隔空触觉应用看涨 imec开发微型超音波数组技术

比利时微电子研究中心（imec），于本周举行的2022年IEEE国际超音波会议（International Ultrasonics Symposium），展示了新型压电式微型超音波换能器（pMUT）数组，它能与平面显示器（FPD）制程技术兼容。新型数组可以隔空感测高于1kPa的声压，满足隔空触觉与指向声波应用。

（A）包含22个直径为500μm环形pMUT的相控数组大范围影像（B）细部影像

此次开发的pMUT技术不再聚焦晶圆制程，而是朝向与平面显示器技术兼容的方向发展，方便将来与隔空感测应用整合，例如振动触觉、飞时测距3D感测或手势识别，并用于智能手机或汽车仪表板等新式硬件设计。它还能用来开发车用或消费性产品的非接触式互动屏幕，或者满足电竞应用。
超音波技术能支持智能化系统的触觉回馈功能，提供用户触觉体验。在隔空触觉应用上，超音波会产生局部压力场，让用户不必触碰实体就有轻微「触感」。这类应用需要低频超音波以高压运作来实现。
现有的解决方案包含大型的压电组件，它会产生较高频的声波，不利于装置与用户进行精准互动，另一种则是小型的硅基换能器数组，但它只能在小范围内提供短距的触觉回馈功能。此次发表的pMUT薄膜技术与平面显示器技术的兼容性更高，因而开拓了前所未见的使用体验深度与广度，实现更多元的应用。
imec开发的薄膜pMUT数组技术锁定了隔空触觉应用所需的低频高压超音波组件。其研究成果显示，在200kHz~400kHz共振范围内，隔空最大感测压力达到1.5kPa，并成功地在硅晶圆制程展示隔空触觉回馈功能，并获得同等性能。
imec超音波MEMS研究计划主持人Erwin Hijzen表示：「目前我们能在晶圆级制程展示这项平面显示器技术与初步的解决方案，提供有兴趣参与的各方参考。我们也在探索能够量产大型面板与板材的合作伙伴。」
imec传感器与制动器领域的研究员Xavier Rottenberg总结：「我们开发的pMUT技术可望与大型面板和显示器整合，这对实现大型传感器应用来说是一大里程碑。我们先是研究了超音波换能器的医疗体内影像应用，现在更延伸到隔空触觉应用。」