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全球首款单芯片集成ASIC的电容式MEMS超声波换能器(CMUT)

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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。

Butterfly iQ及成像效果

Butterfly iQ拆解分析

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。


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