隔空觸覺應用看漲 imec開發微型超音波數組技術

比利時微電子研究中心（imec），于本周舉行的2022年IEEE國際超音波會議（International Ultrasonics Symposium），展示了新型壓電式微型超音波換能器（pMUT）數組，它能與平面顯示器（FPD）制程技術兼容。新型數組可以隔空感測高于1kPa的聲壓，滿足隔空觸覺與指向聲波應用。

（A）包含22個直徑為500μm環形pMUT的相控數組大范圍影像（B）細部影像

此次開發的pMUT技術不再聚焦晶圓制程，而是朝向與平面顯示器技術兼容的方向發展，方便將來與隔空感測應用整合，例如振動觸覺、飛時測距3D感測或手勢識別，并用于智能手機或汽車儀表板等新式硬件設計。它還能用來開發車用或消費性產品的非接觸式互動屏幕，或者滿足電競應用。
超音波技術能支持智能化系統的觸覺回饋功能，提供用戶觸覺體驗。在隔空觸覺應用上，超音波會產生局部壓力場，讓用戶不必觸碰實體就有輕微「觸感」。這類應用需要低頻超音波以高壓運作來實現。
現有的解決方案包含大型的壓電組件，它會產生較高頻的聲波，不利于裝置與用戶進行精準互動，另一種則是小型的硅基換能器數組，但它只能在小范圍內提供短距的觸覺回饋功能。此次發表的pMUT薄膜技術與平面顯示器技術的兼容性更高，因而開拓了前所未見的使用體驗深度與廣度，實現更多元的應用。
imec開發的薄膜pMUT數組技術鎖定了隔空觸覺應用所需的低頻高壓超音波組件。其研究成果顯示，在200kHz~400kHz共振范圍內，隔空最大感測壓力達到1.5kPa，并成功地在硅晶圓制程展示隔空觸覺回饋功能，并獲得同等性能。
imec超音波MEMS研究計劃主持人Erwin Hijzen表示：「目前我們能在晶圓級制程展示這項平面顯示器技術與初步的解決方案，提供有興趣參與的各方參考。我們也在探索能夠量產大型面板與板材的合作伙伴。」
imec傳感器與制動器領域的研究員Xavier Rottenberg總結：「我們開發的pMUT技術可望與大型面板和顯示器整合，這對實現大型傳感器應用來說是一大里程碑。我們先是研究了超音波換能器的醫療體內影像應用，現在更延伸到隔空觸覺應用。」