對于壓電器件來說，目前正在經歷一個光明時期！5G通信、個人語音助手、消費類可穿戴設備、指紋識別和醫(yī)療設備都是壓電器件的候選應用。自從20世紀初，當石英成為軍事應用中聲吶器件的可選材料時，壓電技術就已發(fā)展出多種產品類型，并在多種應用領域中發(fā)揮作用。如今，壓電特性為換能器（傳感器和執(zhí)行器）提供了很好的市場機遇。

壓電陶瓷應用（傳感器和執(zhí)行器）

據麥姆斯咨詢介紹，塊體型壓電器件由具有一定結構形式的石英或陶瓷材料制成，無論是普通還是高端電子產品中皆可發(fā)現其身影。另一方面，自21世紀初以來，先進材料和技術不斷發(fā)展，如利用半導體工藝（包括MEMS工藝）來應對小型化和高度集成化的雙重挑戰(zhàn)，以滿足智能手機等消費類產品的海量需求。壓電薄膜沉積技術在MEMS產業(yè)中變得越來越重要，主要涉及材料是鋯鈦酸鉛（PZT）和氮化鋁（AlN）。每種壓電材料都有其特殊規(guī)格/性能，需要根據應用需求選擇合適的材料制成傳感器或執(zhí)行器。例如，愛普生（Epson）和賽爾（Xaar）均使用薄膜PZT沉積工藝來制造壓電噴墨打印頭，主要應用領域為工業(yè)打印機，詳情請查看報告：《愛普生PrecisionCore壓電噴墨打印頭》和《Xaar 1201壓電噴墨打印頭》。

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PZT壓電材料應用之噴墨打印頭

雖然一些器件采用的壓電材料已從塊體轉向薄膜，但是具體的應用場景仍會影響塊體或薄膜類型的選擇。壓電MEMS超聲換能器（PMUT）是壓電材料從塊體轉向薄膜的完美示例，PMUT器件已被廣泛用于指紋識別和手勢識別。另一個有前途的應用領域是醫(yī)學成像，基于塊體和薄膜的壓電器件（用于超聲波成像探頭）將處于共存狀態(tài)，需根據應用需求和性能進行選擇使用。由于塊體壓電材料和技術的進步，TDK近期推出了厚度為0.45mm~0.7mm的PiezoListen壓電揚聲器，展示了一種從塊體材料中獲得最薄壓電層的方法。總而言之，大家需要深入理解：壓電材料的“轉型”不是“競爭”——塊體型和薄膜型是兩種互補的方法！

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兩種壓電技術（塊體型和薄膜型）應用

本報告分析了壓電材料的轉型及最有前景的應用，從微型壓電揚聲器和麥克風到MEMS微鏡和自動對焦執(zhí)行器，當然包括非常熱門的薄膜體聲波諧振器（FBAR）！報告介紹了這些壓電器件的進展狀態(tài)和產品可用性路線圖。此外，還深入探討了壓電材料對換能器（傳感器和執(zhí)行器）的性能影響，以及壓電市場趨勢和技術路線選擇。

揚聲器和微型揚聲器：尺寸與性能關系

壓電器件市場快速發(fā)展，2024年將達485億美元

2018~2024年壓電器件市場（薄膜型 vs. 塊體型）

2018年壓電器件市場規(guī)模為238億美元，預計2024年將達到485億美元，2018~2024年期間的復合年增長率為12.6%。盡管塊體型壓電器件的市場份額仍然較大，但是薄膜型壓電器件的成長勢頭更猛。在整個壓電器件市場中，射頻（RF）濾波器受益于5G通信而快速發(fā)展，包括SAW濾波器和BAW濾波器。博通（Broadcom）和Qorvo是射頻濾波器領域的主要薄膜型壓電器件廠商。

AlN壓電材料應用之射頻濾波器（FBAR）

薄膜型壓電器件廠商近期受到亞馬遜（Amazon）等互聯網巨頭的青睞，希望募集資金以支持研發(fā)超低功耗的微型壓電揚聲器和壓電MEMS麥克風。而塊體型壓電器件具有很高的驅動性能，可用于噴墨打印頭和直線電機等應用，實現非常精確的運動控制。

PZT壓電材料應用之MEMS揚聲器

AlN壓電材料應用之MEMS麥克風

本報告預測未來五年塊體型和薄膜型壓電器件的增長情況，說明這兩類器件的發(fā)展趨勢和動態(tài)，并重點分析市場關注的壓電器件。

PZT壓電材料應用之慣性傳感器（陀螺儀）

薄膜沉積工藝：溶膠-凝膠法 vs. 物理氣相沉積法

一些MEMS代工廠針對壓電薄膜技術進行研究，并開發(fā)了壓電薄膜制造工藝。例如Globalfoundries的AlN壓電MEMS技術為Vesper量產MEMS麥克風；意法半導體（STMicroelectronics）的PZT壓電MEMS技術為Usound量產MEMS揚聲器。在薄膜沉積工藝方面，主要是兩大類技術之間的競爭：（1）溶膠-凝膠法（Sol-Gel）；（2）物理氣相沉積法（PVD），如濺射法（Sputtering）或脈沖激光沉積法（Pulsed Laser Deposition，PLD）。溶膠-凝膠法具有更好的固有薄膜特性、良好的均勻性和更高的擊穿電壓。但是，當考慮大批量生產時，吞吐量成為主要考慮因素，這也是溶膠-凝膠法的局限之處。

PZT壓電薄膜沉積：溶膠-凝膠法（Sol-Gel）

大多數MEMS整合元件制造商（IDM）和代工廠已經對他們的工藝路線做出抉擇。富士膠片（Fujifilm）Dimatix和博世（Bosch）選擇濺射法，而意法半導體和羅姆（Rohm）采用溶膠-凝膠法。設備制造商在開發(fā)正確的工藝中發(fā)揮著重要作用：例如，總部位于荷蘭的設備制造商SolMAteS最近宣布，其PLD技術已進入5G基站和接收器市場。