壓電微機(jī)械超聲換能器（Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer，PMUT）是一類通過壓電材料的正逆壓電效應(yīng)使壓電薄膜振動，從而發(fā)射或者接收超聲波信號的MEMS器件。當(dāng)PMUT用于發(fā)射超聲波時(shí)，它是一個(gè)執(zhí)行器；當(dāng)PMUT用于接收超聲波時(shí)，它是一個(gè)傳感器。

在商業(yè)化產(chǎn)品中，完全相同的PMUT器件可以承擔(dān)兩個(gè)相對立的功能，這使得PMUT器件從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)、封裝、測試、系統(tǒng)化的成本得到極大的降低。而MEMS標(biāo)準(zhǔn)工藝批量化生產(chǎn)和晶圓級封裝的大規(guī)模應(yīng)用，使得PMUT非常適合商業(yè)化應(yīng)用。

MEMS超聲波換能器芯片PMUT區(qū)別于傳統(tǒng)的壓電陶瓷超聲波傳感器，其體積僅為其1/4，功耗也大幅降低，并且MEMS超聲波傳感器不同于光學(xué)TOF傳感器，其能夠在強(qiáng)光霧霾天氣中使用，對于明暗，透明物體皆可實(shí)現(xiàn)測量。在掃地機(jī)器人、工業(yè)機(jī)器人、駕駛輔助、無人機(jī)、玩具避障、閘機(jī)門控等眾多場景中具有廣泛的應(yīng)用前景。

敏芯股份作為國內(nèi)屈指可數(shù)掌握多品類MEMS芯片設(shè)計(jì)和制造工藝能力企業(yè)，可提供高端定制化的基于PMUT的TOF模組。通過基于SOI晶圓的半導(dǎo)體加工工藝制造，實(shí)現(xiàn)底電極/壓電層/頂電極的三明治結(jié)構(gòu)用作驅(qū)動和接收構(gòu)件，發(fā)送升壓后的脈沖串來驅(qū)動此器件在諧振頻率工作，通過計(jì)時(shí)發(fā)出脈沖和回收脈沖的時(shí)間差，來計(jì)算與障礙物的距離。

同時(shí)，敏芯股份提供了基于PMUT的TOF測距模組的驅(qū)動和控制電路，可減少開發(fā)者的開發(fā)難度，加快開發(fā)進(jìn)程。

常見應(yīng)用

車載系統(tǒng)：

測距離是超聲器件的重要應(yīng)用，高頻超聲波抗干擾能力強(qiáng)，傳播距離遠(yuǎn)，非常適合測距應(yīng)用。現(xiàn)有的安裝于汽車上的倒車?yán)走_(dá)，一般就是前后各四顆，但是這四顆倒車?yán)走_(dá)普遍有體積大、成本高的缺點(diǎn)。而PMUT的封裝后尺寸都不會超過10mm，設(shè)想一種場景，如果使用PMUT陣列來做距離檢測，小尺寸高密度的排布，不僅可以做到在不超過現(xiàn)有倒車?yán)走_(dá)成本的條件下全車無盲區(qū)檢測，甚至可以完整建立環(huán)繞全車的超聲成像以輔助智能駕駛系統(tǒng)。

掃地機(jī)器人：

避障檢測就是以超聲傳感器和紅外光電傳感器相結(jié)合來完成的。因成本問題，主流掃地機(jī)器人的超聲雷達(dá)數(shù)量都在個(gè)位數(shù)。因此，掃地機(jī)器人的避障檢測和尋跡問題依然突出，被卡住、錯(cuò)誤判斷等都是超聲雷達(dá)檢測精度不夠高造成的。

PMUT在掃地機(jī)器人上的商業(yè)化應(yīng)用是一個(gè)非常有價(jià)值的切入點(diǎn)，其低成本和小體積、高精度的優(yōu)點(diǎn)可以滿足掃地機(jī)器人這類需要進(jìn)一步提高檢測分辨率的應(yīng)用場景。