微訪談：Philips Innovation Services業(yè)務(wù)開發(fā)經(jīng)理Paul Bekkers

據(jù)麥姆斯咨詢介紹，過去十年里，MUT（MEMS超聲波換能器）技術(shù)的發(fā)展令市場高度興奮。如今，使用電容特性的CMUT（電容式MEMS超聲波換能器）已經(jīng)成為體壓電模組的卓越替代者，可以使產(chǎn)品更小、集成度更高、成本更低，實現(xiàn)了從工業(yè)手持式無損檢測到醫(yī)學(xué)成像的諸多應(yīng)用。根據(jù)Yole最新發(fā)布的《醫(yī)療、工業(yè)和消費類應(yīng)用的超聲波傳感技術(shù)》報告，成像應(yīng)用為超聲波產(chǎn)品帶來了巨大市場，并為CMUT的市場滲透提供了機遇。醫(yī)療、工業(yè)和消費類應(yīng)用的超聲波傳感市場總規(guī)模，預(yù)計將在2023年增長至約60億美元。

2017~2023年超聲波模組市場預(yù)測數(shù)據(jù)來源：《醫(yī)療、工業(yè)和消費類應(yīng)用的超聲波傳感技術(shù)》

據(jù)麥姆斯咨詢報道，Philips Innovation Services（飛利浦創(chuàng)新服務(wù)公司）是CMUT器件開發(fā)和制造主要廠商。該公司花了十多年的時間開發(fā)CMUT技術(shù)，解決了各種技術(shù)挑戰(zhàn)。Yole專注于研究噴墨和生物MEMS傳感器微技術(shù)的高級技術(shù)與市場分析師Jerome Mouly，最近有幸會見了飛利浦創(chuàng)新服務(wù)公司業(yè)務(wù)開發(fā)經(jīng)理Paul Bekkers，請他與我們分享了他的“超聲波”經(jīng)歷。

Jerome Mouly（以下簡稱JM）：請您概述一下飛利浦創(chuàng)新服務(wù)公司及其產(chǎn)品和服務(wù)。

Paul Bekkers（以下簡稱PB）：在飛利浦創(chuàng)新服務(wù)公司，我們希望能夠幫助客戶成功地將他們的創(chuàng)新市場化，在這里他們對客戶和整個社會都很重要。我們的使命很簡單：加速從初創(chuàng)公司到大型跨國公司的創(chuàng)新。我們針對MEMS和微型器件，提供原型設(shè)計、工藝開發(fā)和生產(chǎn)制造服務(wù)。我們的MEMS代工廠專注于6英寸和8英寸晶圓的中小批量的定制MEMS制造服務(wù)。這座最先進的純MEMS代工廠占地2650平方米，位于荷蘭埃因霍溫的高科技園區(qū)。

我們可以靈活地提供硅、SOI、GaAs、玻璃、石英和CMOS晶圓等襯底材料，并且我們符合ISO13485和ISO9001質(zhì)量體系。我們的Micro Devices工廠適用于原型設(shè)計和批量生產(chǎn)。我們的服務(wù)包括工業(yè)PCBA（Printed Circuit Board Assembly）原型設(shè)計，高端PCBA組裝，以及互連架構(gòu)和原型設(shè)計。除了這些服務(wù)，我們還提供一些與Philips Research（飛利浦研究院）共同開發(fā)的技術(shù)。CMUT就是其中之一。2017年初，我們開始對CMUT技術(shù)進行出樣。從那時起，我們與客戶合作的應(yīng)用數(shù)量開始快速增長。

JM：飛利浦創(chuàng)新服務(wù)公司正在開發(fā)一種CMUT技術(shù)，所使用的關(guān)鍵工藝和材料有哪些？

PB：我總是喜歡開玩笑說我們的CMUT技術(shù)只是在硅晶圓上多疊了幾層。我們投入大量精力使我們的工藝變得更簡單，只使用標準化的材料。利用我們在應(yīng)力控制（用于膜）和高品質(zhì)介電材料方面的優(yōu)勢，我們在CMUT平臺中實現(xiàn)了一個很重要的特性，即所謂的“collapse mode”。我們簡練的工藝可實現(xiàn)高度集成和定制化。例如，我們可以直接在CMOS-ASIC晶圓上進行處理，甚至可以制作彎曲或柔性芯片。根據(jù)我的經(jīng)驗，這種結(jié)合高性能、批量生產(chǎn)和集成水平的能力，是獨一無二的。這使我們的CMUT技術(shù)對于各種廣泛的應(yīng)用都非常有吸引力。并且很顯然，它是無鉛的。

JM：采用MUT技術(shù)的首批產(chǎn)品用了數(shù)年時間才上市，在傳感器級和電子集成方面的主要發(fā)展挑戰(zhàn)是什么？

PB：自從Haller和Khuri Yakub首次發(fā)布MUT技術(shù)以來，有許多障礙需要克服。MUT技術(shù)的公認挑戰(zhàn)是漂移、壽命、壓力輸出、聲學(xué)接口和可靠性/再現(xiàn)性。這些也是我們發(fā)展初期所面臨的主要挑戰(zhàn)。此外，我們投入了大量工作，實現(xiàn)了單晶圓工藝和多功能技術(shù)平臺。我們換能器的電子集成是非常標準化的：換能器不需要特殊的信號調(diào)制。我們的主要客戶在它們的設(shè)置中，可以輕松地連接并運行我們的換能器。這種便利性使我們的客戶能夠制造出針對其市場優(yōu)化的突破性產(chǎn)品。

JM：飛利浦創(chuàng)新服務(wù)公司如何從眾多競爭對手中脫穎而出？

PB：單晶圓工藝是一項獨一無二的特性，對3D成像和高頻應(yīng)用至關(guān)重要。此外，我們的“collapse mode”將CMUT換能器的壓力輸出和靈敏度提升到了極高的水平，這有利于所有應(yīng)用。最后，我們強大的建模專業(yè)技術(shù)，有助于為我們的客戶優(yōu)化換能器設(shè)計，以適應(yīng)它們的應(yīng)用和商業(yè)案例。

JM：目前的超聲波模組市場幾乎完全基于體壓電技術(shù)，但得益于新的應(yīng)用和技術(shù)的完備，我們看到未來五年向MUT技術(shù)轉(zhuǎn)移的明顯趨勢。您是否認為MUT技術(shù)將開辟新的市場，或者說MUT將成為體壓電技術(shù)的替代技術(shù)？

三種主要超聲波換能器技術(shù)

PB：我們認為體壓電換能器技術(shù)和MUT換能器技術(shù)都將擁有各自的一席之地。在MUT技術(shù)市場化的早期，受益最多的應(yīng)用將是競爭中的領(lǐng)先者，尤其是需要大批量、低成本制造的產(chǎn)品。通常，這些產(chǎn)品可用于工業(yè)和醫(yī)療監(jiān)測應(yīng)用，以及家庭護理。當MUT技術(shù)得到廣泛應(yīng)用時，它將開始取代許多小批量的體壓電換能器應(yīng)用，利用可靠的半導(dǎo)體工藝取代手動裝配。

JM：隨著諸如Butterfly Network等新產(chǎn)品的到來，手持式醫(yī)用超聲波探頭似乎是大眾市場上的首批CMUT應(yīng)用。你們的CMUT技術(shù)的目標應(yīng)用是什么？

Butterfly iQ超聲波探頭PB：對于飛利浦，CMUT技術(shù)最初是為醫(yī)學(xué)成像開發(fā)的。你可以想象這個應(yīng)用領(lǐng)域吸引力很大。除此之外，我們還與領(lǐng)先的廠商針對市場上的大批量應(yīng)用展開合作，例如工業(yè)監(jiān)控和汽車等。

JM：PMUT是CMUT的直接競爭技術(shù)，這兩種技術(shù)在性能方面有何不同？這些差異是否意味著不同的應(yīng)用？

超聲波傳感產(chǎn)品和技術(shù)路線圖（CMUT和PMUT）PB：對于PMUT，單晶圓方案幾乎是不可能的。在性能方面，因為這些技術(shù)種類繁多，很難進行直接比較。

JM：人工智能（AI）在醫(yī)學(xué)成像診斷領(lǐng)域發(fā)揮著越來越大的作用，目前人工智能與超聲成像普及之間的融合度有多大？您對未來怎么看？

PB：這個問題最應(yīng)該由我們的CMUT客戶來回答。總的來說，我們看到了硬件和軟件真正逐漸融合的趨勢。您無需在硬件中解決所有的技術(shù)問題；您也無法通過軟件或應(yīng)用程序解決所有的技術(shù)問題。聰明的數(shù)據(jù)處理或人工智能，可以為傳感器測量增加很多附加價值，甚至可以讓每個人更容易地理解數(shù)據(jù)。我認為這將是一個持續(xù)的挑戰(zhàn)。