全球首款单芯片集成ASIC的电容式MEMS超声波换能器（CMUT）
2020-05-08 16:27:31   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

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块体型压电换能器占据。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。电容式MEMS超声波换能器（CMUT）是30年前研发出的技术，主要应用于医疗领域，最近几年才发现其“杀手级”应用：手持式超声波设备。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。

随着2018年Butterfly iQ的发布，Butterfly Network让基于MEMS超声波技术开发热潮再度掀起。Butterfly iQ是第一款完整的基于MEMS超声波换能器的系统。这款手机大小的装置可以扫描全身，价格仅1999美元，而全球手持式超声波系统的平均售价为8200美元。尽管一些业内专家认为该产品已经引领了超声波技术新时代的到来，但也有人持不同态度，他们认为，MEMS超声波换能器与优质的压电晶体超声波换能器相比，其成像质量较差，这是该技术不会给超声波市场带来革命性变化的主要原因！孰是孰非，只能交由时间给出答案，但Butterfly iQ无疑为数家超声波技术初创企业推出创新型换能器奠定了市场基础。

Butterfly iQ及成像效果

Butterfly iQ拆解分析

据麦姆斯咨询介绍，Butterfly Network已经开发出全球首款单芯片集成ASIC的电容式MEMS超声波换能器（CMUT），旨在将CMUT集成到手持式医疗超声设备之中。由于该超声波换能器基于MEMS技术，由半导体供应链生产制造，因此该解决方案降低了整体成本并制造出非常小巧的CMUT器件。

单芯片集成ASIC的电容式MEMS超声波换能器（CMUT）

据麦姆斯咨询介绍，Butterfly Network的CMUT是一款相控阵超声波换能器，由按照140 x 64排列的8960个换能器构成大型阵列。这些换能器发出超声波信号，并以声波的形式接收回波。8960个换能器构成的阵列与专用集成电路（ASIC）芯片集成，可实现高效的2D相控阵传感器。得益于CMUT的小型化，Butterfly iQ超声波探头可以进行曲线、线性和相位分析。而在使用其它常规设备的情况下，必须使用三个不同的超声波探头才能实现相同的分析过程。

电容式MEMS超声波换能器（CMUT）细节

这款CMUT采用硅基MEMS技术制造而成。体硅工艺和薄膜微加工工艺应用于电极和空腔的形成。这款CMUT的技术秘诀不仅在于MEMS芯片，还在于与ASIC芯片的集成技术。该ASIC芯片具有驱动超声波脉冲生成和测量回波的功能，此外，它还运行Butterfly Network研发的算法，以及具有与印刷电路板（PCB）上的处理器进行通信的功能。每个换能器由集成CMOS逻辑电路、模拟读取电路和LDMOS晶体管的模块驱动发射超声波。ASIC芯片和MEMS芯片采用晶圆级键合技术，并通过硅通孔（TSV）实现电气连接。