MEMS超聲波換能器極具替代塊體型壓電晶體超聲波換能器的潛力，原因之一是硅片的價格比壓電晶體便宜，因此基于硅芯片的換能器比壓電晶體換能器更具價格優(yōu)勢；第二是因為壓電晶體換能器對制造工藝的要求更高，批量生產(chǎn)的難度更高。

超聲波技術的應用

超聲波技術廠商尋求壓電晶體換能器的替代品，MEMS技術迎來機遇

據(jù)麥姆斯咨詢介紹，傳統(tǒng)超聲波換能器是利用塊體型壓電晶體產(chǎn)生超聲波，盡管壓電效應已被證實對傳輸超聲波有效，但受生產(chǎn)成本和尺寸的限制，壓電晶體技術存在局限性?；诠栊酒膿Q能器，或稱為MEMS超聲波換能器（MUT），主要有兩種類型：電容式MEMS超聲波換能器（CMUT）和壓電式MEMS超聲波換能器（PMUT），例如CMUT使用硅芯片將電壓轉換成機械振動。這種換能器極具替代傳統(tǒng)超聲波換能器的潛力，原因之一是硅片的價格比壓電晶體便宜，因此基于硅芯片的換能器比壓電晶體換能器更具價格優(yōu)勢；第二是因為壓電晶體換能器對制造工藝的要求更高，批量生產(chǎn)的難度更高。MEMS超聲波換能器性能優(yōu)勢也更加明顯，處理的頻率更高，且易于集成到電子設備中，是3D成像和全身掃描的理想選擇。

兩種MEMS超聲波換能器：CMUT和PMUT

首款MEMS超聲波換能器乏善可陳，成像質量和制造工藝存在挑戰(zhàn)

據(jù)麥姆斯咨詢此前報道，日立（Hitachi）公司曾于2009年推出了首款基于硅芯片的超聲波換能器——電容式MEMS超聲波換能器（CMUT），這是一款帶有矩陣線性換能器的4G CMUT。盡管最初受到了較多關注，但由于成像質量和制造工藝方面的挑戰(zhàn)，并未如預期那樣迅速擴大生產(chǎn)。在轉向硅芯片的過程中，MEMS超聲波換能器失去了穿透能力。盡管這款換能器可以掃描全身，但僅限于某一深度的掃描，其性能比不上專用的壓電晶體換能器，不足以用于多種醫(yī)療領域。此外，該技術當時是一項全新的技術，因此尚未開發(fā)出可大批量生產(chǎn)此類換能器的制造工藝。如果這些問題得以解決，則用戶最終只需購買一臺價格低廉的MEMS超聲波換能器，而無需購置多臺具有不同掃描頻率的換能器。然而，直到最近，隨著4G CMUT的艱難推出，超聲波技術廠商仍在猶豫是否開發(fā)基于MEMS超聲波換能器的醫(yī)療設備。

日立（Hitachi）4G CMUT

MEMS超聲波換能器將卷土重來，多家初創(chuàng)企業(yè)摩拳擦掌

MEMS超聲波換能器（PMUT和CMUT）“起飛”在即

盡管最初的MEMS超聲波換能器產(chǎn)品發(fā)布帶來的興奮感已過，但隨著2018年Butterfly iQ的發(fā)布，Butterfly Network可能會讓基于MEMS超聲波技術開發(fā)熱潮再度掀起。Butterfly iQ是第一款完整的基于MEMS超聲波換能器的系統(tǒng)。這款手機大小的裝置可以掃描全身，價格僅1999美元，而全球手持式超聲波系統(tǒng)的平均售價為8200美元。盡管一些業(yè)內專家認為該產(chǎn)品已經(jīng)引領了超聲波技術新時代的到來，但也有人持不同態(tài)度，他們認為，MEMS超聲波換能器與優(yōu)質的壓電晶體超聲波換能器相比，其成像質量較差，這是該技術不會給超聲波市場帶來革命性變化的主要原因！孰是孰非，只能交由時間給出答案，但Butterfly iQ無疑為數(shù)家超聲波技術初創(chuàng)企業(yè)推出創(chuàng)新型換能器奠定了市場基礎。

Butterfly iQ及成像效果

2017年底，Kolo Medical推出了基于MEMS技術的SiliconWave換能器。2019年8月，Exo Imaging在籌集了3500萬美元后宣布了他們的壓電式MEMS超聲波換能器（PMUT）計劃。

Kolo Medical基于MEMS技術的SiliconWave換能器晶圓

Exo Imaging致力于將診斷級醫(yī)療成像“放入”全球每位護理人員和臨床醫(yī)生的口袋。該公司正在開發(fā)一種經(jīng)濟型醫(yī)療超聲波平臺，該平臺具有出色的圖像保真度、穿透深度和3D成像性能，此外，其尺寸仍僅有手掌大小。

Exo Imaging超聲波平臺將納米材料領域的進步、創(chuàng)新傳感器技術、先進的信號處理和人工智能技術，與半導體制造的規(guī)模經(jīng)濟相結合，大大降低了成像成本。

Exo Imaging壓電式MEMS超聲波換能器

醫(yī)學影像廠商擁抱MEMS超聲波換能器系統(tǒng)，加強與半導體廠商合作

事實上，醫(yī)學影像廠商正在為批量生產(chǎn)MEMS超聲波換能器系統(tǒng)而備戰(zhàn)。一些大型廠商想通過與半導體廠商建立的合作關系，將這些產(chǎn)品在未來5年內推向市場。而通過此類合作（例如意法半導體（STMicroelectronics）和醫(yī)療設備廠商MU的合作），半導體廠商將在這些醫(yī)療成像系統(tǒng)的開發(fā)中扮演重要的角色！

MU的US-304便攜式超聲成像診斷儀采用意法半導體的STHV800 pulser脈沖發(fā)生器，大幅提升非洲偏遠農(nóng)村地區(qū)的醫(yī)療服務品質

MU便攜診斷儀的設計目的是支持“急救車（Doctor Car）”流動診室項目，為非洲偏遠農(nóng)村地區(qū)提供醫(yī)療服務。在這個項目中，醫(yī)護工作者通過一輛裝備遠程醫(yī)療系統(tǒng)的特種車，為缺少醫(yī)療設施的偏遠農(nóng)村地區(qū)的居民提供醫(yī)療診斷服務。便攜超聲診斷儀獲取的數(shù)據(jù)通過移動網(wǎng)絡送到大城市的醫(yī)療中心，進行詳細的醫(yī)學診斷，輔助醫(yī)務人員確定合理的治療方案。MU從2016年開始為急救車和非洲醫(yī)療站提供超聲成像診斷儀。

MU的US-304是一個凸型超聲成像診斷儀（3.5MHz）， 能夠診斷腹部皮下15cm的部位，可以攜帶到任何地方，只需一條USB數(shù)據(jù)線即可連接筆記本或平板電腦。MU超聲診斷儀集成意法半導體的高壓、高速超聲脈沖發(fā)生器芯片和一個8通道變送器驅動電路，采用意法半導體獨有的200V SOI-BCD半導體制造工藝，這項技術可在單片集成高壓CMOS技術、精確的模擬電路和穩(wěn)健的功率級。

MEMS超聲波換能器將迅速探索市場，掀起市場變革浪潮

主要醫(yī)學影像廠商推出MEMS超聲波換能器系統(tǒng)將對醫(yī)學成像市場產(chǎn)生巨大影響。他們進入醫(yī)療保健領域以及大批量生產(chǎn)設備的能力可能會給全球超聲波系統(tǒng)市場帶來重大變革。從長遠來看，成像質量的欠缺將阻礙MEMS超聲波換能器系統(tǒng)取代傳統(tǒng)壓電晶體換能器系統(tǒng)。然而，MEMS超聲波換能器系統(tǒng)制造商可能會瞄準“非”常規(guī)超聲波新市場，比如不需要完美成像質量的初步評估。以往醫(yī)院和醫(yī)療影像診所是超聲波設備的購買主力軍，但如果超聲波設備價格大幅下降，其可能會在醫(yī)生辦公室、私人診所和護理機構中普及，并最終演變成大眾可以承擔的普通消費品。

MEMS超聲波換能器具有廣闊應用前景，還可用于微創(chuàng)手術刀

MEMS超聲波換能器系統(tǒng)除了對壓電晶體超聲波換能器市場產(chǎn)生影響之外，還可以實現(xiàn)并改善非常規(guī)治療程序。MEMS超聲波換能器系統(tǒng)是高強度聚焦超聲（High-Intensity Focused Ultrasound，簡稱HIFU）——一種“微創(chuàng)手術刀”的強大候選者，HIFU是通過使用超聲波破壞病變組織來對抗慢性疾?。ㄈ缒[瘤）的早期技術。此外，MEMS超聲波換能器系統(tǒng)體積非常小巧，更利于放置在導管或集成到可穿戴式貼片中。毋容置疑，MEMS芯片將改變超聲波市場的發(fā)展前景，真正的挑戰(zhàn)是將由誰來引領這場變革。

HIFU治療腫瘤的原理是將超聲波進行聚焦后，穿透到人體內，通過一系列復合效應來消滅腫瘤組織。就像太陽光可以通過凸透鏡聚焦一樣，超聲波也可以聚焦，而且可以安全地穿透身體，將能量密度較低的超聲波匯聚至體內的腫瘤部位，利用焦點處超聲波的熱效應，在靶區(qū)形成60℃以上的高溫，導致蛋白質變性及組織細胞凝固性壞死或不可逆的嚴重損傷，從而達到治療腫瘤的目的。