《医疗、工业和消费类应用的超声波传感技术》
2018-07-28 16:11:26   来源:麦姆斯咨询   评论:0   点击:

据麦姆斯咨询介绍,几十年来,MEMS超声波换能器,无论是PMUT(压电式MEMS超声波换能器),还是CMUT(电容式MEMS超声波换能器),都已经敲响了大众市场之门。如今,大众市场之门即将打开,那么为何是现在呢?

Ultrasound Sensing Technologies for Medical, Industrial and Consumer Applications

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新兴应用、制造能力和技术储备正在推动MEMS超声波换能器“起飞”。

MEMS超声波换能器正进入大众市场,为何是现在?

据麦姆斯咨询介绍,几十年来,MEMS超声波换能器,无论是PMUT(压电式MEMS超声波换能器),还是CMUT(电容式MEMS超声波换能器),都已经敲响了大众市场之门。如今,大众市场之门即将打开,那么为何是现在呢?

超声波技术的应用

超声波技术的应用

三种超声波换能器技术

三种超声波换能器技术

解释上述时间因素主要有四点。首先,市场应用正在推动MEMS超声波换能器发展。由于更便宜且更小的探头诞生,医疗超声波成像将实现平民化,全科医生甚至家庭都可以负担使用。在消费类应用中,超声波指纹传感器可以实现显示屏下感测识别,从而促进全面屏智能手机的出现!

第二,MEMS超声波换能器技术已经准备就绪。PMUT需要可控的压电薄膜制造工艺,这项技术的成熟得益于压电式喷墨打印头的用量增加。同时,CMUT也离不开精密的制造工艺,以解决大薄膜中存在的机械应力问题。

第三,业内厂商一直在投资MEMS超声波换能器技术,并为供应链做好准备。日立(Hitachi)和飞利浦(Philips)主攻CMUT,富士胶片(FUJIFILM)Dimatix和意法半导体(STMicroelectronics)主攻PMUT,而格罗方德(GlobalFoundries)和Silex Microsystems则同时涉足CMUT和PMUT。

最后但同样重要的是,作为制造业重要环节的“组装”也蓄势待发。面对大众市场,同欣电子(Tong Hsing Electronic)、飞利浦(Philips)和SilTerra等公司为大批量生产做好了准备。

MEMS超声波传感技术(PMUT和CMUT)“起飞”在即

MEMS超声波传感技术(PMUT和CMUT)“起飞”在即

正是由于上述有利因素的存在,为超声波传感技术进入多种应用和市场奠定了坚实的基础!

超声波传感模组:2017年市场为21亿美元,预计2023年将接近60亿美元

由于新兴应用的出现,超声波传感模组市场将在未来五年内蓬勃发展,2017~2023年期间的复合年增长率为18%。2017年,最大的超声波传感模组市场是停车辅助,其次是自动化。但是,消费类领域的指纹识别和医疗领域的新应用将以惊人的速度成长。指纹传感模组的增速最快,并随着PMUT的引入,有望看到技术方面产生最大变化。

2017~2023年超声波模组市场预测

2017~2023年超声波模组市场预测

随着售价2000美元的Butterfly iQ超声波探头等新产品的问世,医疗超声波传感市场也将出现许多变化。这种手持式低成本设备将重塑医疗超声波应用,初级护理师、急诊医师和护士等新用户可以将超声波成像作为日常工具。因此,超声波可能成为新的“听诊器”!

Butterfly iQ和iPhone手机一起搭配使用

Butterfly iQ和iPhone手机一起搭配使用

Butterfly iQ和iPhone手机一起搭配使用

从技术角度来看,我们看到如今的超声波模组市场几乎完全由体压电换能器(bulk piezoelectric transducers)占据。这是超声波传感的传统技术,并将继续作为停车辅助和自动化等应用的黄金标准。CMUT是30年前研发出的技术,主要应用于医疗领域,最近才发现其“杀手级”应用:手持式超声波设备。对于PMUT,由于它的高集成度,适合大批量应用领域。小型化、低成本和高集成度是超声波换能器技术的主要驱动力。

本报告研究的超声波传感领域

本报告研究的超声波传感领域

本报告介绍超声波换能器生态系统的发展情况,以及MEMS超声波换能器技术将如何迅速渗透至超声波市场。

主要面临的挑战已经解决,MEMS超声波换能器产业满怀希望

在日立2008年6月发布新款数字化彩色超声波诊断仪之后,经过十年长期的努力,MEMS超声波换能器技术终于引起产业很高的期望。虽然主要面临的挑战已经解决,但是业界还在研发新型MEMS超声波换能器,并根据市场应用进行优化。

MEMS器件不仅要性能满足需求,还需在研发和生产设施方面投入巨资。MEMS代工厂现在已经为超声波换能器做足准备,可提供大批量生产服务。在前道工艺方面,薄膜压电层沉积工艺取得了很大进步,并实现了均匀性和一致性。Teledyne Dalsa的钪掺杂氮化铝(AlN)、富士胶片(Fujifilm)的铌掺杂PZT,显著地提升了PMUT器件性能。

飞利浦和Micralyne花了超过15年的时间来解决CMUT的主要挑战:CMUT结构的寿命问题和棘手的组装挑战。由于CMUT结构和两侧电极的存在,CMUT组件比PMUT更复杂。因此,PMUT是高集成度和小型化的更好选择。

那么,十年之后超声波传感产业会怎么样?CMUT和PMUT的差异将如何影响应用呢?本报告介绍超声波技术的主要挑战及应用情况,并提供未来十年的发展路线图。

超声波传感产品和技术路线图

超声波传感产品和技术路线图

报告目录:

Executive summary

Introduction
> Ultrasound technologies, applications, and history
> Yole’s segmentation of the ultrasound market
> Introduction to ultrasound transducer technologies: bulk piezoelectric, CMUT and PMUT
> Report scope

Global ultrasound market analysis
> Hypothesis for our market data and forecasts
> Market data and forecasts 2017 - 2023
- Ultrasound modules market, per application (in $M, Munits, and ASP)
- Ultrasound modules market per technology (in $M and Munits)
- Penetration of bulk piezoelectric, CMUT and PMUT per application - comparisons 2017 -2023 (in Munits)
> Drivers for each application
> Market dynamics
> Applications roadmap
> Technology roadmap

Applications
> Industrial applications (non-destructive testing, automation)
> Automotive applications (park assist, gesture recognition)
> Consumer applications (fingerprint sensor, spatial cognition)
> Medical ultrasound (diagnostics, ultrasound)

Technology trends for ultrasonic transducers
> Bulk piezoelectric vs. MUT
> CMUT technology trends
> PMUT technology trends
> Key differences between CMUT and PMUT
> Ultrasonic sensors - teardowns

Industrial landscape
> Ecosystem
- Key players per application, at the system and device level
- Company profiles
- Mergers and acquisitions
> Supply chain analysis
- Supply chain, by application
- Foundry players and capabilities
- Equipment manufacturers (thin-film deposition, etching)

General conclusions

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