第23期“见微知著”培训课程:压电MEMS与传感器
2020-06-10 09:02:56   来源:麦姆斯咨询   评论:0   点击:

为了满足广大MEMS从业人员对压电技术的知识渴求,麦姆斯咨询曾在2019年10月开设了一期《压电MEMS和传感器培训课程》,该课程一经推出就受到了行业人士的热捧,并获得了很好的培训效果。2020年,麦姆斯咨询秉承精益求精、不断进取的精神,特推出新一期课程!

主办单位:麦姆斯咨询

协办单位:上海传感信息科技有限公司、华强电子网

一、课程简介

自1880年法国物理学家居里兄弟发现压电效应以来,压电材料已成为深入到现代社会各个层面的重要功能材料。对于压电器件来说,目前正在经历一个光明的快速发展期!5G通信、个人语音助手、可穿戴设备、指纹识别和医疗设备都是压电器件的潜在热门应用。据麦姆斯咨询报道,2019年全球压电器件市场规模为1935亿元人民币,预计2024年将增长至3320亿元人民币,2019~2024年期间的复合年增长率(CAGR)为11.4%。

压电器件市场规模预测(薄膜型 vs. 块体型)

压电器件市场规模预测(薄膜型 vs. 块体型)

长期以来,压电器件主要采用基于石英或陶瓷等块体材料,器件不仅体积庞大,价格昂贵,还难以采用连续生产模式制造,因此局限于一些特殊应用或高端应用。21世纪初以来,随着先进材料和半导体技术不断发展,压电薄膜材料沉积技术与MEMS/CMOS制造工艺的集成度越来越高,为薄膜型压电器件的“亲民”路线开辟了一条新路。虽然薄膜型压电器件的市场份额看似不高,但是增长幅度却高于块体型压电器件,薄膜型压电器件的市场渗透率将从2019年的11.4%增加到2024年的15.4%,其“黄金时代”正在悄然来临!

薄膜型压电器件“黄金时代”的功臣则是体声波滤波器(BAW),其市场份额大概为整个薄膜型压电器件市场的99%。随着5G通信时代的来临,射频前端模组变得越来越复杂,要求滤波器在缩小尺寸的同时提高性能,薄膜体声波滤波器(FBAR)成为各大巨头厂商和初创企业的“竞技之地”!此外,MEMS麦克风和扬声器、陀螺仪、MEMS微镜、MEMS马达、能量收集器、微泵等MEMS传感器和执行器,以及超声波换能器和指纹识别传感器等产品,与压电技术融合后,正在为全球MEMS产业带来一场革命!

典型薄膜型压电器件:Avago FBAR芯片(左)、Vesper压电式MEMS麦克风(中)、TDK超声波飞行时间(ToF)传感器(右)

典型薄膜型压电器件:Avago FBAR芯片(左)、Vesper压电式MEMS麦克风(中)、TDK超声波飞行时间(ToF)传感器(右)

制约薄膜型压电器件走向量产的一个重要因素是其制造工艺复杂,特别是PZT薄膜沉积需要在低温下完成,与CMOS/MEMS工艺的兼容性较差,能提供相关技术的设备厂商和晶圆代工厂资源也相对稀缺。当前,越来越多的MEMS代工厂开始提供压电器件的制造服务,包括IDM巨头——博世(Bosch)和意法半导体(STMicroelectronics)也积极参与其中。

为了满足广大MEMS从业人员对压电技术的知识渴求,麦姆斯咨询曾在2019年10月开设了一期《压电MEMS和传感器培训课程》,该课程一经推出就受到了行业人士的热捧,并获得了很好的培训效果。2020年,麦姆斯咨询秉承精益求精、不断进取的精神,特推出新一期课程!

2019年《压电MEMS与传感器培训课程》师生合影留念

2019年《压电MEMS与传感器培训课程》师生合影留念

(相关报道:把握压电MEMS核心技术,开启5G万物互联时代

在本次培训课程中,将为学员带来以下丰富的内容:(1)压电材料体系知识;(2)射频滤波器:SAW滤波器和BAW滤波器(含FBAR);(3)基于压电MEMS超声换能器(PMUT)的指纹传感器和飞行时间(ToF)传感器;(4)SAW传感器和SAW微流控;(5)压电执行器:压电MEMS微镜、压电MEMS变形镜、压电MEMS微振动台和压电MEMS马达;(6)压电薄膜制备工艺详解:氮化铝(AlN)薄膜和锆钛酸铅(PZT)薄膜;(7)压电MEMS器件设计与仿真。

二、培训对象

本课程主要面向压电MEMS和传感器相关企业(包括设计公司、代工厂、封装和测试厂、模组及应用厂商、半导体设备及原材料供应商)的技术人员和管理人员、高校师生,同时也欢迎其他希望了解压电MEMS和传感器技术和应用的非技术背景人员参加,如销售和市场人员、投融资机构人员、政府管理人员等。

三、培训时间

培训时间:2020年7月24日至26日

授课结束后,为学员颁发麦姆斯咨询的结业证书。

四、培训地点

无锡市协信维嘉酒店(无锡市新吴区和风路19号星光商业中心1号)

五、课程内容

课程一:压电材料体系综述和射频滤波器

讲师:美国伊利诺伊厄巴纳-香槟大学 终身教授 龚颂斌

压电材料能够实现机械能与电能的相互转化,集传感、执行和控制属性于一体,已成为当前智能材料和结构的首选材料,在机械、电子、通信、生物等领域拥有广泛的应用前景。随着先进材料与制造技术的不断进步,越来越多的压电器件开始从块体型转向薄膜型。5G通信时代,手机滤波器数量将增加到百颗数量级,采用更小、性能更佳的滤波器进行集成化、模组化成为必然趋势。本课程将从压电材料基本特性开始,再深入讲解射频滤波器的相关知识。

课程大纲:
(1)压电效应、热释电效应和铁电效应;
(2)压电材料发展历程及应用;
(3)主要压电材料(如AlN、PZT、ZnO、PVDF)及特性介绍;
(4)块体型压电材料 vs. 薄膜型压电材料(如制备方法、性能表征、典型器件);
(5)压电材料掺杂改性技术及应用(如Sc掺杂AlN的压电改性);
(6)SAW滤波器 vs. BAW滤波器;
(7)BAW-SMR滤波器 vs. FBAR滤波器;
(8)FBAR滤波器工作原理及技术发展;
(9)FBAR滤波器结构设计、制造工艺、封装和测试;
(10)FBAR滤波器应用案例介绍。

课程二:基于PMUT的指纹识别传感器和飞行时间(ToF)传感器

讲师:上海思立微电子科技有限公司 研发工程师 黄景泽

压电MEMS超声换能器(PMUT)是压电材料从块体型转向薄膜型的完美示例,PMUT器件已被广泛用于指纹识别和手势识别。基于PMUT的指纹识别传感器不受温度、环境光和干湿手指的影响,而且可以检测到三维指纹特征(表皮和真皮指纹信息),从而具有更高的稳定性和安全性。本课程针对基于PMUT的指纹识别传感器和ToF传感器的原理、设计、制造、封测、典型应用以及产业链情况进行讲解。

课程大纲:
(1)MEMS超声波换能器基本概念及分类(PMUT、CMUT);
(2)压电MEMS超声波换能器(PMUT)结构及工作原理;
(3)指纹识别传感器产业现状及发展趋势(电容式、光学式和超声波式);
(4)基于PMUT的指纹识别传感器工作原理;
(5)基于PMUT的指纹识别传感器关键技术(与CMOS单片集成的设计、制造和封测等);
(6)基于PMUT的ToF传感器设计与应用;
(7)基于PMUT的传感器应用领域及市场前景。

课程三:SAW传感器和SAW微流控

讲师:SAW技术学者 周剑

声表面波(SAW)作为一种沿基底表面传播的弹性声波,最大的特点是能量汇聚于基底表面,可以有效地实现对基底表面流体及流体中物质的驱动、分离等操纵。声波与流体介质之间独特的相互作用促使表面声波与微流控技术完美结合,形成了基于表面声波的微流控技术,在生化分析、疾病检测、药物筛选、生物传感等领域具有广阔的应用前景。另外,由于外界因素(如温度、压力、气体等)会对SAW传播特性产生影响,因此可利用SAW技术制作传感器测量各种物理量和化学量。本课程针对SAW传感器和SAW微流控的原理、设计、制造、封测、典型应用以及产业链情况进行讲解。

课程大纲:
(1)SAW基本概念;
(2)SAW传感器原理和无线无源监测;
(3)SAW传感器的制备和封装工艺;
(4)SAW传感器产业现状、主要厂商;
(6)SAW微流控基本原理;
(7)SAW片上微流控应用:声线、粒子集聚、微崩、药物雾化等;
(8)SAW微流控产业现状。

课程四:压电MEMS微镜和压电MEMS变形镜

讲师:华中科技大学 教授 余洪斌

光学MEMS将MEMS执行器与微光学元件集成制造,开启了智能光学系统的新技术方向,并打开了一系列高价值的技术应用。MEMS微镜作为一种非常重要的光束操纵元件,被广泛应用于高速光通信、激光雷达、3D成像以及医学成像领域。MEMS变形镜作为波前矫正器是自适应光学系统核心元件,广泛渗透于天文学、视网膜成像、光束整形等领域。随着光学器件的小型化和集成化发展,压电驱动具有线性控制、快速响应以及低功耗等优势正受到越来越多的关注和研究。本课程主要介绍基于压电驱动的MEMS微镜和MEMS变形镜的发展现状和问题挑战,并结合实例进行讲解。

课程大纲:
(1)MEMS微镜的基本概念及不同驱动技术特性分析(压电驱动、静电驱动、电磁驱动、电热驱动);
(2)压电MEMS微镜技术发展现状及其面临的问题和解决方案;
(3)压电MEMS微镜器件设计和制造实例;
(4)自适应光学的基本概念和工作原理;
(5)压电MEMS变形镜技术发展现状及其面临的问题和解决方案;
(6)压电MEMS变形镜器件设计实例。

课程五:压电MEMS微振动台、压电MEMS马达

讲师:中国工程物理研究院 副研究员 杜亦佳

压电MEMS执行器能够精确、自主地执行复杂动作,如直线、旋转、加速度、钳动等,以此完成对极微小器件与结构的纳米尺度精确操作。因此,压电MEMS执行器不但能够满足集成微系统(IMS)对自测试性、微定位性和片上操控性的严苛要求,同时能够满足集成微系统对输出力矩/体积效能比、响应速度、分辨率、功耗、集成度方面的需求。另一方面,压电MEMS马达技术由于具备低电压、低功耗、高集成度、高精度等优点,广泛应用于微动作控制部件、微机械装配维修、纳米定位等方面。本课程针对几款压电MEMS执行器的原理、设计、制造、典型应用及产业链情况进行讲解。

课程大纲:
(1)压电MEMS多自由度微振动台基本概念和工作原理;
(2)压电MEMS多自由度微振动台结构设计和制造工艺;
(3)基于多自由度微振动台的MEMS惯性传感器自标定技术;
(4)压电MEMS马达的基本概念和工作原理;
(5)压电MEMS马达结构设计和制造工艺;
(6)PZT材料与微执行器长期稳定性研究;
(7)压电MEMS执行器产业现状及发展趋势。

课程六:AlN压电薄膜制备工艺详解

讲师:上海微技术工业研究院 先进声学部门总监 张嵩松

氮化铝(AlN)压电薄膜作为一种重要的III-V族化合物材料,具有高声波速、高压电性以及良好的化学稳定性等优点,在高频声波谐振器、滤波器、传感技术等领域备受关注。同时,AlN压电薄膜工艺可与IC工艺线兼容,这都使得AlN压电薄膜成为当前最炙手可热的压电薄膜材料之一。但是,AlN压电薄膜的材料性能对工艺参数极为敏感且存在性能表征等问题,使得实现规模化高质量的AlN压电薄膜制备极具挑战。本课程结合上海微技术工业研究院8英寸MEMS中试平台,详细介绍AlN压电薄膜制备以及典型压电MEMS器件制造工艺流程。

课程大纲:
(1)CMOS兼容的AlN压电薄膜MEMS制造工艺概述;
(2)AlN压电薄膜制备原理、工艺参数控制、常见问题及解决方法;
(3)基于AlN压电薄膜的FBAR滤波器制造工艺流程;
(4)基于AlN压电薄膜的超声波换能器制造工艺流程;
(5)基于AlN压电薄膜的能量采集器制造工艺流程;
(6)上海微技术工业研究院AlN压电薄膜制备能力介绍。

课程七:PZT压电薄膜制备工艺详解

讲师:爱发科(苏州)技术研究开发有限公司 研究员 岳磊

锆钛酸铅(PZT)是目前应用最广泛的压电材料之一。基于PZT压电薄膜的MEMS换能器具有响应速度快、灵敏度高、输出应变高等优点。那么,PZT压电薄膜的制备方法有哪些?相关压电MEMS器件的制造工艺流程又如何设计?实际流片过程中会遇到了哪些问题?本课程将为您答疑解惑——讲解PZT压电薄膜的制备方法以及两种典型器件的制造工艺流程。

课程大纲:
(1)PZT压电薄膜制备方法:溶胶凝胶法 vs. 溅射法;
(2)溅射法压电薄膜工艺设备及参数控制、常见问题和解决方案;
(3)CMOS兼容的PZT压电薄膜溅射技术;
(4)基于PZT压电薄膜的喷墨打印头制造工艺流程;
(5)基于PZT压电薄膜的超声波换能器制造工艺流程。

课程八:压电MEMS器件设计与仿真

讲师:COMSOL中国 应用工程师 钟振红

COMSOL Multiphysics®是一款功能强大的多物理场仿真软件,用于仿真模拟工程、制造和科研等各个领域的设计、设备及过程。利用COMSOL的核心产品可以轻松实现建模流程的各个环节,与附加模块结合使用时可进一步扩展建模功能,用来分析电磁学、结构力学、声学、流体流动、传热和化工等众多领域的实际工程问题。本课程通过基础理论结合实际案例,为学员们讲授如何利用COMSOL软件进行压电MEMS传感器和执行器的设计与仿真,包括器件建模、有限元分析、多物理场耦合仿真等(需自带电脑)。

课程大纲:
(1)COMSOL Multiphysics多物理场仿真平台介绍;
(2)压电材料本构和固体材料模型;
(3)利用COMSOL模拟压电效应;
(4)压电MEMS器件模型定义和基本建模流程;
(5)典型压电MEMS传感器和执行器有限元分析和多物理域仿真实例操作:压电超声波换能器、压电MEM麦克风、FBAR滤波器、压电喷墨打印头等。

六、师资介绍

龚颂斌,博士,美国伊利诺伊厄巴纳-香槟大学终身教授,英特尔(Intel)冠名教授。2010年获得美国弗吉尼亚大学电子工程博士,先后在美国宾夕法尼亚大学、美国卡内基·梅隆大学和美国伊利诺伊厄巴纳-香槟大学担任博士后助理研究员、助理研究员和助理教授。曾获得美国国防部高级研究计划局青年教授奖、美国国家航空航天局青年教授奖、IEEE青年科学家成就奖和UIUC工程学院最佳科学研究奖。在射频以及毫米波机械滤波器设计、射频模拟电路设计等领域具有16年设计经验,发表高水平同行审阅期刊及会议文章120篇,涵盖基于微机电系统(MEMS)、半导体以及集成光学芯片实现射频以及毫米波通信终端与计算、传感平台。5年内获得8项5G通信、物联网射频终端方向美国专利。

黄景泽,硕士,上海思立微电子科技有限公司MEMS传感器研发工程师。本科就读于天津大学精仪学院测控技术与仪器专业,研究生就读于天津大学MEMS实验室,期间进行了基于薄膜体声波谐振器(FBAR)的传感器的设计、制造与测试。2017年加入上海思立微科技电子有限公司,主要负责基于PMUT的指纹识别传感器和ToF传感器的研发,在PMUT设计、加工、测试、封装、模组等方面具有丰富的行业经验。

周剑,博士,毕业于浙江大学,曾是英国爱丁堡大学、西苏格兰大学的访问学者。他长期从SAW传感器和微流控研究,在SAW传感器和微流控基础材料加工、芯片设计、Comsol仿真、传感和微流控测试等方面积累了丰富的经验。他承担和完成了国家自然科学基金青年基金,国防科技大学预先研究基金等多项项目,参与国家自然科学基金面上项目,装备预研项目、军委科技委项目俞千万元。在Nature旗下Scientific Reports、Applied Physics Letters、JMC、IEEE Electron Device Letters、Journal of Applied Physics、Thin Solid Films等发表了SCI/EI论文40余篇,被引用次数450次,申请发明专利6项。他还曾获校教学个人三等奖一项、校教学比赛三等奖一项。

杜亦佳,博士,中国工程物理研究院微系统与太赫兹研究中心,副研究员。2013年-2015年在中物院无线电物理博士后流动站进行博士后工作,与德国IHP联合开展MEMS微执行器研究;2015年至今,在中国工程物理研究院电子工程研究所微系统与太赫兹研究中心从事压电微执行器技术研究。她先后主持与参与了各类国家项目、国家自然科学基金面上项目、青年基金、中国博士后科学基金等科研项目。近年来,她已经在国际权威期刊JACS、IEEE J MEMS、SENSOR ACTUAT A-PHYS、IEEE T NUCL SCI等发表了多篇学术论文。

余洪斌麦姆斯咨询“2019年度最受欢迎讲师”,博士,华中科技大学教授(楚天学者特聘教授)。2005年,他毕业于华中科技大学获光学工程博士学位,随后赴新加坡国立大学从事微电子(光电子)机械系统(MEMS/MOEMS)技术领域的研究工作,历任研究员和高级研究员。他曾为新加坡科技局微电子研究院研究员、项目负责人(PI),同时担任新加坡国立大学机械工程系客座助理教授。他一直从事基于MEMS/MOEMS技术新型功能器件(诸如微型扫描仪、微型光谱仪、微型摩擦测量仪、微型可调光阑、可变焦透镜及微型超声波器件等)的设计、制备工艺、封装测试及其系统应用方面的研究工作,同时也开展新型光学仪器和光学检测技术方面的研究。近年在Applied Physics Letters、Optics Express、Optics Letters、Sensors and Actuators B、IEEE Journal of Microelectromechanical Systems、IEEE Journal of selected topic on quantum electronics及Journal of Micromechanics and Microengineering等相关领域的国际、国内核心期刊上发表论文80余篇,撰写书本章节并多次在相关领域国际会议上宣讲研究成果。作为核心成员申请和获授权国内、国际专利15项(8项中国专利、7项美国专利),其中两项专利成功获得商业转让,现正进行相关产品的开发。同时,他长期担任十余种国内、国际期刊的特邀审稿人,作为主要负责人成功获得国家自然科学基金资助,主持或参与多个研究项目,包括国家自然科学基金、新加坡教育部基金、新加坡国家研究基金、新加坡科技局项目。

张嵩松,博士,毕业于新加坡国立大学。博士期间独立设计并完成8英寸硅基晶圆上硅纳米线加工,同时研究其压阻效应和MEMS传感器在医疗领域的应用。共发表11篇SCI论文。毕业后加入新加坡科技研究局(A*STAR)微电子研究院,参与氮化铝(AlN)压电MEMS超声换能器(pMUT)的研发和产业化推广,并负责设计、研发基于四种不同工艺制造方式,且针对不同频率、声媒介的压电MEMS声学换能器。作为压电氮化铝团队核心成员之一,于2019年10月加入上海微技术工业研究院,任先进声学部门总监。专注于压电平台声学器件设计、制造工艺验证以及产业化推广。

岳磊麦姆斯咨询“2019年度优秀讲师”,硕士,爱发科(苏州)技术研究开发有限公司研究员。他硕士毕业于日本东京大学,研究方向为超临界水热合成复合金属氧化物微粒子的生成机理。2016年5月加入ULVAC(爱发科)集团,他主要从事MEMS相关功能材料的溅射工艺开发。目前为ULVAC集团MEMS开发团队核心成员,并在ULVAC与国内某顶尖科研机构共同开发项目中担任课题开发负责人。工作期间,他参与开发了新型PZT薄膜制备工艺开发,并在与客户的共同开发中主导优化了ULVAC现行VOx以及AlN工艺,提升了工艺可靠性以及薄膜性能。

钟振红麦姆斯咨询“2019年度最受欢迎讲师”,COMSOL中国应用工程师。他毕业于复旦大学力学系理论与应用力学专业,长期负责COMSOL MEMS及声学行业的技术支持和客户咨询,拥有十余年COMSOL仿真经验,研究内容主要涉及MEMS和传感器、声学、光学、压电以及AC/DC等领域。

七、培训费用和报名方式咨询

请发送电子邮件至ZHAOTingting@MEMSConsulting.com或GUOLei@MEMSConsulting.com,邮件题目格式为:报名+压电MEMS与传感器培训+单位名称+人数。

麦姆斯咨询
联系人:赵婷婷
电话:18021192087
E-mail:ZHAOTingting@MEMSConsulting.com

联系人:郭蕾
电话:13914101112
E-mail:GUOLei@MEMSConsulting.com

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