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消费和医疗领域应用广阔,MEMS超声波ToF传感器前景光明
2018-09-08 09:03:49   来源:麦姆斯咨询   评论:0   点击:

Yole分析师近期有幸采访了目前主要的超声波传感器厂商Chirp Microsystems的首席执行官兼联合创始人Michelle Kiang。Chirp Microsystems开发了一种基于压电微机械超声波换能器的创新技术。让我们一起了解Michelle Kiang对超声波传感器市场的独到见解。

微访谈:Chirp Microsystems联合创始人兼首席执行官Michelle Kiang

据麦姆斯咨询报道,得益于新应用,尤其是消费类和医疗市场的新应用,超声波模组市场预计将在未来五年迎来爆发式增长。2017年~2023年期间,超声波模组市场的复合年增长率(CAGR)预计可达18%,市场规模将从2017年的20亿美元增长至2023年的60亿美元。

从技术角度来看,目前的超声波模组市场几乎完全由体压电换能器主导。在Yole最新发布的《医疗、工业和消费类应用的超声波传感技术》报告中,解释了超声波换能器生态系统将如何发展,以及微机械超声波换能器技术将如何迅速渗透整个超声波市场。微型化、低成本和集成化是超声波换能器的主要驱动因素,这也解释了为什么来自半导体行业的新技术如此受欢迎。

Yole分析师近期有幸采访了目前主要的超声波传感器厂商Chirp Microsystems的首席执行官兼联合创始人Michelle Kiang。Chirp Microsystems开发了一种基于压电微机械超声波换能器的创新技术。让我们一起了解Michelle Kiang对超声波传感器市场的独到见解。

Yole:请您简单介绍一下Chirp Microsystems(以下简称Chirp)公司及其发展历史。

Michelle Kiang(以下简称MK):Chirp基于美国加州大学伯克利分校传感器和执行器研究中心(BSAC)的早期研究和专利,创立于2013年。创始团队开发出了全球首款MEMS超声波飞行时间(ToF)传感器CH-101,并在2016年CES消费电子展上发布了这款产品。此后,我们开发出了第二款ToF传感器CH-201,能够提供更广的探测范围(5m),覆盖房间的感知能力可以满足机器人、无人机及其它物联网产品的应用需求。同时,我们还开发了一款完整的软硬件解决方案,可以实现高精度、超低功耗的六自由度控制器跟踪,可用于VR/AR/MR(虚拟现实/增强现实/混合现实)系统,这款产品我们在2017年CES展上进行了展示。此外,我们打造了世界级的供应链,确保我们能够为大规模消费电子应用稳定出货超声波ToF传感器。在2018年初,我们被TDK收购,与InvenSense、ICSense、EPCOS和Tronics等其它MEMS产业耳熟能详的公司一起,成为TDK传感器系统业务公司的一员。

Chirp压电微机械超声波传感器

Chirp压电微机械超声波传感器

Yole:Chirp的技术基于压电微机械超声波换能器(PMUT),请您介绍一下该技术,及其相比竞争技术的优势。

MK:超声波ToF传感器能够在各种不同的环境中提供最佳的范围感知性能,因而广泛应用于汽车和工业应用。Chirp是第一家基于微机械超声波换能技术推出超声波传感器的厂商。我们选择压电方案(PMUT)是因为我们的目标是在需要大振幅的空气中运行。在空气中运行的电容式方案(CMUT)需要大的电容间隙,因此需要高电压(通常超过100V),而PMUT能够在低电压下工作。在目前的市场中,我们通常会看到与红外(IR)ToF传感器的比较。相对于红外ToF,超声波ToF的优势包括:可在阳光直射下工作,更低的功耗(超声波ToF为数十个微瓦,而红外ToF需要数十个毫瓦),以及更大的视场,仅需一个超声波ToF传感器便能提供高达180°的视场。这对于许多市场的不同产品很重要,例如智能家居、智能手机、可穿戴以及机器人等。

Chirp的压电MEMS超声波换能器能够在一个微型封装中提供远距离、低功耗的传感性能,使产品能够精确感知三维世界中的位置信息。结合Chirp的嵌入式软件库,这些传感器能够大幅提高VR/AR、智能手机、可穿戴、机器人和占用探测的用户体验。

三种超声波换能器技术

三种超声波换能器技术

Yole:我们经过研究分析,看到来自消费类(指纹传感)和医疗(手持系统)市场的新应用,令CMUT和PMUT技术都有着光明的市场前景。

MK:目前,Chirp专注于空气中运行的超声波ToF传感器,或消费电子应用的“空气耦合”超声波传感器。虽然我们的传感器技术可以应用于消费类以外的领域,但我们目前正忙于解决客户为ToF传感器找到的现有应用。与此同时,InvenSense正在开发使用PMUT技术的指纹传感器,该技术也来自加州大学的同一研究团队。

Yole:年初Chirp被TDK收购了。在您看来,和TDK的整合对Chirp有何影响?

MK:我们看到了和TDK存在的巨大的协同效应,因此决定加入TDK,例如,它们的压电材料和传统超声波换能器技术,MEMS传感器产品线(运动传感器和麦克风等),以及它们在传感器融合软件方面的核心竞争力。并购后,通过整合我们的后端和供应链,利用TDK深厚的经验和广泛的销售渠道,我们大幅加速了产品的规模量产。

Chirp压电超声波传感器与铅笔的对比

Chirp压电超声波传感器与铅笔的对比

Yole:请您介绍一下Chirp压电MEMS超声波器件的未来应用。

MK:在我们的产品规划路线图上,将逐步引入感知距离更远、尺寸更小,片上信号处理能力更强大的新传感器。我们现在合作的客户已经包括VR/AR、智能家居、智能扬声器、无人机、机器人以及移动计算设备等。

Yole:在您看来超声波市场未来几年将如何发展?

MK:我们预计很多红外ToF传感器和传统超声波传感器的用户,未来都会选择我们的MEMS超声波ToF传感器。除了ToF传感,在超声波领域还有很多有趣的应用,从空中能感受到的触觉,到定向扬声器的参数音频。超声波频段是不受管制的频段,目前没有太多人使用。我们看到很多机会将超声波频谱用于新应用。

Yole:除了超声波,Chirp的技术还能用于其它应用嘛?

MK:大体来说,我们是为声学器件制造压电MEMS,因此作为基础技术,它可以用于很多其它声学应用。不过,在超声波产品线我们已经看到了非常巨大的应用前景,因此我们暂时还没有足够的时间和资源去投入其它应用。

Yole:您还有其它为读者补充的吗?

MK:Chirp是自InvenSense和SiTime等大约十年前兴起的无晶圆MEMS先驱之后创立的首批“MEMS 2.0”企业。随着全球MEMS供应链的高度成熟,我们认为现在对于其它MEMS厂商来说时机已经成熟,跟随我们的高效资本模式,将更多的新产品引入市场。

延伸阅读:

《医疗、工业和消费类应用的超声波传感技术》

《MEMS产业现状-2018版》

《声学MEMS和音频解决方案-2017版》

《TDK收购超声波MEMS传感器先锋Chirp Microsystems》

《3D成像和传感-2018版》

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