對(duì)于壓電器件來說，目前正在經(jīng)歷一個(gè)光明時(shí)期！5G通信、個(gè)人語音助手、消費(fèi)類可穿戴設(shè)備、指紋識(shí)別和醫(yī)療設(shè)備都是壓電器件的候選應(yīng)用。自從20世紀(jì)初，當(dāng)石英成為軍事應(yīng)用中聲吶器件的可選材料時(shí)，壓電技術(shù)就已發(fā)展出多種產(chǎn)品類型，并在多種應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)揮作用。如今，壓電特性為換能器（傳感器和執(zhí)行器）提供了很好的市場(chǎng)機(jī)遇。

壓電陶瓷應(yīng)用（傳感器和執(zhí)行器）

據(jù)麥姆斯咨詢介紹，塊體型壓電器件由具有一定結(jié)構(gòu)形式的石英或陶瓷材料制成，無論是普通還是高端電子產(chǎn)品中皆可發(fā)現(xiàn)其身影。另一方面，自21世紀(jì)初以來，先進(jìn)材料和技術(shù)不斷發(fā)展，如利用半導(dǎo)體工藝（包括MEMS工藝）來應(yīng)對(duì)小型化和高度集成化的雙重挑戰(zhàn)，以滿足智能手機(jī)等消費(fèi)類產(chǎn)品的海量需求。壓電薄膜沉積技術(shù)在MEMS產(chǎn)業(yè)中變得越來越重要，主要涉及材料是鋯鈦酸鉛（PZT）和氮化鋁（AlN）。每種壓電材料都有其特殊規(guī)格/性能，需要根據(jù)應(yīng)用需求選擇合適的材料制成傳感器或執(zhí)行器。例如，愛普生（Epson）和賽爾（Xaar）均使用薄膜PZT沉積工藝來制造壓電噴墨打印頭，主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)楣I(yè)打印機(jī)，詳情請(qǐng)查看報(bào)告：《愛普生PrecisionCore壓電噴墨打印頭》和《Xaar 1201壓電噴墨打印頭》。

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PZT壓電材料應(yīng)用之噴墨打印頭

雖然一些器件采用的壓電材料已從塊體轉(zhuǎn)向薄膜，但是具體的應(yīng)用場(chǎng)景仍會(huì)影響塊體或薄膜類型的選擇。壓電MEMS超聲換能器（PMUT）是壓電材料從塊體轉(zhuǎn)向薄膜的完美示例，PMUT器件已被廣泛用于指紋識(shí)別和手勢(shì)識(shí)別。另一個(gè)有前途的應(yīng)用領(lǐng)域是醫(yī)學(xué)成像，基于塊體和薄膜的壓電器件（用于超聲波成像探頭）將處于共存狀態(tài)，需根據(jù)應(yīng)用需求和性能進(jìn)行選擇使用。由于塊體壓電材料和技術(shù)的進(jìn)步，TDK近期推出了厚度為0.45mm~0.7mm的PiezoListen壓電揚(yáng)聲器，展示了一種從塊體材料中獲得最薄壓電層的方法?？偠灾?，大家需要深入理解：壓電材料的“轉(zhuǎn)型”不是“競(jìng)爭(zhēng)”——塊體型和薄膜型是兩種互補(bǔ)的方法！

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兩種壓電技術(shù)（塊體型和薄膜型）應(yīng)用

本報(bào)告分析了壓電材料的轉(zhuǎn)型及最有前景的應(yīng)用，從微型壓電揚(yáng)聲器和麥克風(fēng)到MEMS微鏡和自動(dòng)對(duì)焦執(zhí)行器，當(dāng)然包括非常熱門的薄膜體聲波諧振器（FBAR）！報(bào)告介紹了這些壓電器件的進(jìn)展?fàn)顟B(tài)和產(chǎn)品可用性路線圖。此外，還深入探討了壓電材料對(duì)換能器（傳感器和執(zhí)行器）的性能影響，以及壓電市場(chǎng)趨勢(shì)和技術(shù)路線選擇。

揚(yáng)聲器和微型揚(yáng)聲器：尺寸與性能關(guān)系

壓電器件市場(chǎng)快速發(fā)展，2024年將達(dá)485億美元

2018~2024年壓電器件市場(chǎng)（薄膜型 vs. 塊體型）

2018年壓電器件市場(chǎng)規(guī)模為238億美元，預(yù)計(jì)2024年將達(dá)到485億美元，2018~2024年期間的復(fù)合年增長率為12.6%。盡管塊體型壓電器件的市場(chǎng)份額仍然較大，但是薄膜型壓電器件的成長勢(shì)頭更猛。在整個(gè)壓電器件市場(chǎng)中，射頻（RF）濾波器受益于5G通信而快速發(fā)展，包括SAW濾波器和BAW濾波器。博通（Broadcom）和Qorvo是射頻濾波器領(lǐng)域的主要薄膜型壓電器件廠商。

AlN壓電材料應(yīng)用之射頻濾波器（FBAR）

薄膜型壓電器件廠商近期受到亞馬遜（Amazon）等互聯(lián)網(wǎng)巨頭的青睞，希望募集資金以支持研發(fā)超低功耗的微型壓電揚(yáng)聲器和壓電MEMS麥克風(fēng)。而塊體型壓電器件具有很高的驅(qū)動(dòng)性能，可用于噴墨打印頭和直線電機(jī)等應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)非常精確的運(yùn)動(dòng)控制。

PZT壓電材料應(yīng)用之MEMS揚(yáng)聲器

AlN壓電材料應(yīng)用之MEMS麥克風(fēng)

本報(bào)告預(yù)測(cè)未來五年塊體型和薄膜型壓電器件的增長情況，說明這兩類器件的發(fā)展趨勢(shì)和動(dòng)態(tài)，并重點(diǎn)分析市場(chǎng)關(guān)注的壓電器件。

PZT壓電材料應(yīng)用之慣性傳感器（陀螺儀）

薄膜沉積工藝：溶膠-凝膠法 vs. 物理氣相沉積法

一些MEMS代工廠針對(duì)壓電薄膜技術(shù)進(jìn)行研究，并開發(fā)了壓電薄膜制造工藝。例如Globalfoundries的AlN壓電MEMS技術(shù)為Vesper量產(chǎn)MEMS麥克風(fēng)；意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics）的PZT壓電MEMS技術(shù)為Usound量產(chǎn)MEMS揚(yáng)聲器。在薄膜沉積工藝方面，主要是兩大類技術(shù)之間的競(jìng)爭(zhēng)：（1）溶膠-凝膠法（Sol-Gel）；（2）物理氣相沉積法（PVD），如濺射法（Sputtering）或脈沖激光沉積法（Pulsed Laser Deposition，PLD）。溶膠-凝膠法具有更好的固有薄膜特性、良好的均勻性和更高的擊穿電壓。但是，當(dāng)考慮大批量生產(chǎn)時(shí)，吞吐量成為主要考慮因素，這也是溶膠-凝膠法的局限之處。

PZT壓電薄膜沉積：溶膠-凝膠法（Sol-Gel）

大多數(shù)MEMS整合元件制造商（IDM）和代工廠已經(jīng)對(duì)他們的工藝路線做出抉擇。富士膠片（Fujifilm）Dimatix和博世（Bosch）選擇濺射法，而意法半導(dǎo)體和羅姆（Rohm）采用溶膠-凝膠法。設(shè)備制造商在開發(fā)正確的工藝中發(fā)揮著重要作用：例如，總部位于荷蘭的設(shè)備制造商SolMAteS最近宣布，其PLD技術(shù)已進(jìn)入5G基站和接收器市場(chǎng)。