主辦單位：麥姆斯咨詢
協辦單位：上海傳感信息科技有限公司、華強電子網
支持單位：無錫微納産業發展有限公司、創星咖啡
一、課程簡介
壓電材料是一種重要而性能優異的功能材料，其根本性質在于能實現機械能與電能的相互轉換：介質在力的作用下産生形變，引發介質表面帶電，稱爲正壓電效應；反之爲逆壓電效應，即施壓激勵電場，介質産生機械形變。自從20世紀初，當石英成爲軍事應用中聲呐器件的可選材料時，壓電技術就已發展出多種産品類型，並在多種應用領域中發揮作用。如今，壓電特性爲換能器（傳感器和執行器）提供了很好的市場機遇。
據麥姆斯咨詢報道，壓電和MEMS技術的融合發展正在爲全球MEMS産業帶來一場革命。壓電MEMS技術越來越多地應用于射頻濾波器、MEMS時鍾、MEMS陀螺儀、噴墨打印頭、MEMS揚聲器和麥克風、MEMS微鏡、自動對焦執行器、能量收集器，以及超聲波換能器和指紋識別傳感器等産品。
壓電MEMS産品的面市時間及未來預測
（來源：Yole《MEMS産業現狀-2019版》）
基于石英或陶瓷塊體材料制成的壓電器件，無論是普通還是高端電子産品中皆可發現其身影。自21世紀初以來，隨著先進材料和半導體技術不斷發展，電子器件朝著小型化、智能化和高集成化道路發展，面對智能手機等消費類産品的海量需求，市場對壓電薄膜型器件的需求日益增加，越來越多的電子器件采用的壓電材料開始從塊體型轉向薄膜型。因此，壓電薄膜沉積技術在MEMS産業中變得越來越重要。目前應用最廣泛的壓電薄膜材料是氮化鋁（AlN）和锆钛酸鉛（PZT）。
雖然一些MEMS器件采用的壓電材料已經轉向薄膜型，但是具體的應用場景仍會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向薄膜的完美示例，PMUT器件已被廣泛用于指紋識別和手勢識別。另一個有前途的應用領域是醫學成像，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，需根據應用需求和性能進行選擇使用。
兩種壓電技術（塊體型和薄膜型）應用
（來源：Yole《壓電器件：從塊體型到薄膜型-2019版》）
在市場需求和壓電材料制備水平提高的雙重因素影響下，壓電MEMS和傳感器正迎來黃金時代，將在5G通信、智能語音、消費類可穿戴設備、指紋識別和醫療等設備中擁有廣闊的應用前景。在整個壓電器件市場中，射頻濾波器受益于5G通信而快速發展，包括SAW和BAW濾波器。智能語音交互市場引爆了麥克風海量需求，新型壓電MEMS麥克風憑借高信噪比優勢，有望打破傳統的電容式麥克風壟斷地位，同樣壓電MEMS揚聲器也蓄勢待發。在全屏手機需求背景下，壓電超聲波指紋識別的高安全性和良好的抗汙特性，更切合物聯網安全可靠的發展趨勢，因而備受關注。綠色環保的壓電能量收集器正成爲新能源開發的焦點。
根據《壓電器件：從塊體型到薄膜型-2019版》報告介紹，2018年壓電器件市場規模爲238億美元，預計2024年將達到485億美元，2018~2024年期間的複合年增長率爲12.6%。盡管塊體型壓電器件的市場份額仍然較大，但是薄膜型壓電器件的成長勢頭更猛，爲MEMS産業帶來新機遇。
2018~2024年壓電器件市場（薄膜型 vs. 塊體型）
（來源：Yole《壓電器件：從塊體型到薄膜型-2019版》）
爲了滿足廣大MEMS從業人員迫切需求，麥姆斯咨詢特開設《壓電MEMS和傳感器培訓課程》，邀請壓電領域知名專家和學者，爲大家深入講解當前熱門的壓電MEMS和傳感器，包括：射頻濾波器（SAW和BAW濾波器）、SAW傳感器、MEMS諧振器與振蕩器、壓電MEMS超聲波換能器和指紋識別傳感器、壓電MEMS麥克風、壓電MEMS揚聲器、壓電能量收集器等。課程內容不僅涉及壓電薄膜材料（PZT和AlN）的制備方法、壓電器件的設計仿真和制造工藝，還包括壓電MEMS産業現狀、壓電器件應用及市場，以期讓學員們全面學習壓電MEMS和傳感器知識及技術。
二、對象
本課程主要面向壓電MEMS和傳感器相關企業（包括設計公司、晶圓代工廠、封裝和測試廠、模組及應用廠商、半導體設備及原材料供應商）的技術人員和管理人員、高校師生，同時也歡迎其他希望了解壓電MEMS和傳感器技術産業和應用的非技術背景人員參加，如銷售和市場人員、投融資機構人員、政府管理人員等。
三、時間
培訓時間：2019年10月18日至20日
授課結束後，爲學員頒發麥姆斯咨詢的結業證書。
四、地點
無錫市菱湖大道200號中國傳感網國際創新園
五、內容
一：BAW濾波器和壓電能量收集器
講師：武漢大學 工業科學研究院副院長、教授 孫成亮
與聲表面波（SAW）器件不同，聲波在體聲波（BAW）器件裏是垂直傳播，隨著無線通信技術朝著高頻率和高速度方向迅猛發展，基于薄膜體聲波諧振器（FBAR）的濾波器的研究與開發正越來越受到人們的關注。壓電能量收集器可用于捕獲環境中普遍存在的振動能，通過機電轉換進行清潔發電，是當前新能源和物聯網領域的國際研究前沿。
本課程主要針對AlN壓電薄膜材料特性、BAW/FBAR濾波器和壓電能量收集器的原理、設計、制造、封裝、測試、應用以及産業鏈情況進行講解。
大綱：
（1）BAW濾波器原理及基本概念；
（2）AlN壓電薄膜材料特性、制備及表征；
（3）FBAR濾波器設計、制造、封裝、測試及應用；
（4）FBAR濾波器産業現狀和主要廠商；
（5）能量收集器原理及基本概念；
（6）壓電能量收集器結構和工作原理；
（7）壓電能量收集器設計、制造、封裝、測試及應用；
（8）壓電能量收集器産業現狀和主要廠商。
二：SAW濾波器和SAW傳感器
講師：華中科技大學 副教授 羅爲
聲表面波（SAW）是一種能量集中在介質表面傳播的彈性波，其振幅在材料深度方向上迅速衰減。隨著能夠在壓電材料表面激勵聲表面波的金屬叉指換能器（IDT）的發明，SAW技術的發展速度大大加快。利用SAW傳播特性可以實現射頻信號截取和處理，如今SAW濾波器已廣泛應用于手機、電視、廣播等通訊系統。另外，由于外界因素（如溫度、壓力、氣體等）會對SAW傳播特性産生影響，因此可利用SAW技術制作傳感器測量各種物理量和化學量。
本課程主要針對SAW濾波器、SAW壓力和氣體傳感器的原理、設計、制造、封裝、測試、應用以及産業鏈情況進行講解。
大綱：
（1）SAW器件原理及基本概念；
（2）SAW濾波器結構和工作原理；
（3）SAW濾波器設計、制造、封裝、測試及應用；
（4）SAW濾波器産業現狀和主要廠商；
（5）SAW濾波器 vs. BAW濾波器；
（6）SAW壓力傳感器設計、制造、封裝、測試及應用；
（7）SAW氣體傳感器設計、制造、封裝、測試及應用；
（8）SAW傳感器産業現狀和主要廠商。
三：壓電MEMS諧振器與振蕩器
講師：武漢大學 教授 吳國強
時鍾器件是電子電路設備的心髒，提供時間參考和頻率基准。MEMS時鍾器件（如MEMS諧振器和振蕩器）是推動MEMS市場增長的主要動力之一。以MEMS振蕩器爲例，與石英晶體振蕩器相比，具有小尺寸、高可靠性、低功耗和可編程等優勢，在可穿戴設備、物聯網和移動設備等領域具有廣闊的應用前景。
本課程將針對壓電MEMS諧振器和振蕩器的原理、設計、制造、封裝、測試、應用以及産業鏈情況進行講解。
大綱：
（1）MEMS諧振器與振蕩器基礎知識；
（2）MEMS諧振器工作原理和主要分類；
（3）MEMS諧振器産業化發展及主要廠商；
（4）壓電MEMS諧振器設計理論（機械模型和電學模型）；
（5）壓電MEMS諧振器産業化中的關鍵技術（如Q值、溫度穩定性、頻率一致性等）；
（6）壓電MEMS諧振器與振蕩器應用案例詳解。
四：壓電MEMS超聲波換能器與生物識別技術
講師：上海思立微電子科技有限公司 研發工程師 黃景澤
超聲波換能器（MUT）在醫療成像、非破壞性檢測、距離檢測等方面得到了廣泛應用。壓電MEMS超聲換能器（PMUT）因爲具有體積小、功耗低、與CMOS兼容等優點，在手持電子設備、汽車等領域具有廣闊的應用前景。基于PMUT的指紋識別傳感器不受溫度、環境光和幹濕手指的影響，而且可以檢測到三維指紋信號（表皮和真皮指紋信號），從而具有更高的穩定性和安全性。同時，PMUT還可以應用于飛行時間（ToF）傳感器和血壓傳感器等生物識別技術領域。
本課程主要針對PMUT以及超聲波生物識別傳感器的原理、設計、制造、封裝、測試、應用以及産業鏈情況進行講解。
大綱：
（1）MEMS超聲波換能器基本概念及分類（PMUT、CMUT）；
（2）壓電MEMS超聲波換能器（PMUT）結構及工作原理；
（3）指紋識別傳感器産業現狀及發展趨勢（電容式、光學式和超聲波式）；
（4）基于PMUT的指紋識別傳感器的關鍵技術（與CMOS單片集成的設計、制造和封測等）；
（5）基于PMUT的指紋識別傳感器應用領域及市場前景；
（6）基于PMUT的ToF傳感器設計與應用；
（7）基于PMUT的血壓傳感器設計與應用。
五：AlN壓電薄膜制備及壓電MEMS器件工藝流程設計
講師：上海微技術工業研究院 資深技術總監 林華茂
氮化鋁（AlN）壓電薄膜材料作爲一種重要的III-V族化合物，具有高聲波速、高壓電性以及良好的化學穩定性等優點，在高頻聲波諧振器、濾波器、傳感技術等領域備受關注。其次，AlN壓電薄膜與IC工藝線完全兼容，這都使得AlN壓電薄膜成爲當前最炙手可熱的壓電薄膜材料之一。不過，AlN壓電薄膜的材料性能對工藝參數極爲敏感且存在性能表征等問題，使得實現規模化高質量的AlN壓電薄膜制備極具挑戰。
本課程將結合上海微技術工業研究院MEMS中試平台——8英寸晶圓代工廠，詳細介紹AlN壓電薄膜制備以及典型壓電MEMS器件工藝流程。
大綱：
（1）CMOS兼容的AlN壓電薄膜MEMS制造工藝概述；
（2）AlN壓電薄膜制備原理、工藝參數控制、常見問題及解決方法；
（3）基于AlN壓電薄膜的FBAR濾波器制造工藝流程設計；
（4）基于AlN壓電薄膜的超聲波換能器、水聽器和麥克風制造工藝流程設計；
（5）基于AlN壓電薄膜的能量采集器制造工藝流程設計；
（6）上海微技術工業研究院AlN壓電薄膜制備能力介紹。
六：PZT壓電薄膜制備及壓電MEMS器件工藝流程設計
講師：蘇州MEMS中試平台 技術總監 馬清傑
锆钛酸鉛（PZT）是目前應用最廣泛的壓電材料之一。基于PZT壓電薄膜的微傳感器、微執行器具有響應速度快、靈敏度高、輸出應變高等優點，越來越多的代工廠開始提供PZT壓電薄膜制造服務。那麽，PZT壓電薄膜的制備技術如何？相應的壓電MEMS器件的工藝流程如何設計？實際流片過程中會遇到了哪些問題？
本課程將結合蘇州MEMS中試平台——6英寸晶圓代工廠，詳細介紹PZT壓電薄膜制備以及典型壓電MEMS器件工藝流程。
大綱：
（1）典型MEMS器件制造工藝流程：體微加工技術、表面微加工技術和CMOS MEMS技術；
（2）PZT壓電薄膜制備原理、工藝參數控制、常見問題及解決方法；
（3）基于PZT壓電薄膜的MEMS微鏡制造工藝流程設計；
（4）基于PZT壓電薄膜的超聲波換能器制造工藝流程設計；
（5）蘇州MEMS中試平台PZT壓電薄膜制備能力介紹。
七：壓電聲學換能器設計與仿真課程（壓電MEMS麥克風、壓電MEMS揚聲器、壓電MEMS超聲波換能器）
講師：COMSOL中國 應用工程師 鍾振紅
電聲裝置（包括揚聲器、耳機、麥克風和助聽器等）常常涉及電磁、結構和聲學等多個物理場，需要在同一環境下綜合實現力學、聲學和電氣學等多個物理場的仿真。COMSOL Multiphysic作爲一款優秀的多物理場仿真軟件，能在其平台上統一地對力學、聲學和電磁學做多物理場耦合仿真，幫助客戶在盡可能真實的環境中評估産品或設計的性能。
本課程通過基礎理論結合實際案例，爲學員們講授壓電聲學換能器設計和仿真技術，包括器件建模、有限元分析、多物理場耦合仿真等（需自帶電腦）。
大綱：
（1）壓電MEMS麥克風工作原理和器件設計；
（2）COMSOL Multiphysics軟件實操練習：壓電MEMS麥克風的器件建模、有限元分析、多物理場耦合仿真；
（3）壓電MEMS揚聲器工作原理和器件設計；
（4）COMSOL Multiphysics軟件實操練習：壓電MEMS揚聲器的器件建模、有限元分析、多物理場耦合仿真；
（5）壓電MEMS超聲波換能器工作原理和器件設計；
（6）COMSOL Multiphysics軟件實操練習：壓電MEMS超聲波換能器的器件建模、有限元分析、多物理場耦合仿真；
（7）COMSOL Multiphysics在其它聲學換能器中的應用及解決方案展示：例如壓電MEMS水聽器。
六、師資介紹
孫成亮，武漢大學工業科學研究院教授、副院長，湖北省百人計劃特聘專家。擁有武漢大學理學學士學位和凝聚態物理博士學位。曾先後在香港理工大學從事博士、博士後研究工作和美國匹茲堡大學、威斯康辛大學麥迪遜分校從事博士後研究工作。曾在新加坡微電子研究院專門從事壓電氮化鋁（AlN）MEMS工作，榮獲新加坡工程院“新加坡工程院傑出工程成就獎”和新加坡科技研究局“培育人才獎”。主要從事壓電材料器件和MEMS器件的研究，並在射頻諧振器、濾波器，能量采集器，智能傳感器等領域做出了許多創新性和開拓性的工作。近五年來，先後主持項目13項，共計項目資金6500萬人民幣，主要集中在基于氮化鋁薄膜材料的一維、二維Lamb波、FBAR射頻諧振器、濾波器，MEMS能量采集器及壓力、粘度傳感器等方面。在Energy & Environmental Science，Nano letters，IEEE Electron Device Letters （EDL），Applied physics letters（APL），Journal of applied physics（JAP）等國際權威期刊發表SCI論文40篇（累計影響因子>150），迄今論文已被引用1300余次；參加國際會議或邀請報告10余次；申請國際專利7項，其中一項已經成功技術轉讓，另有7項技術know-how和17項國內發明專利申請。
羅爲，華中科技大學光學與電子信息學院電子科學系副教授。擁有華中科技大學電子科學與技術學士學位和微電子學與固體電子學專業博士學位。曾先後在華中科技大學和美國密歇根大學（安娜堡）從事博士後研究工作。一直從事以聲表面波器件和體聲波器件爲代表的微波射頻器件和傳感器的研究工作，有豐富的數值計算、材料制備和器件設計經驗，同國內外相關研究組有廣泛的聯系。近五年主持和參與國家自然科學基金、國家863計劃、美國NIH項目等，總經費超過150萬。在Sensors & Actuators B、IEEE sensors Journal、Nature Scientific Reports等權威期刊，IEEE Electronic Device Meeting (IEDM)、IEEE ultrasonic symposium等超聲學領域的國際頂級會議上發表學術論文十余篇，申請和國際、國內發明專利7項。是美國電氣和電子工程師協會（IEEE）會員。
吳國強，武漢大學青年學術帶頭人、教授、博士生導師，主要從事MEMS諧振器和振蕩器、慣性MEMS傳感器、微型定位導航授時系統（Micro-PNT）的研究工作。他在中科院上海微系統與信息技術研究所獲得工學博士學位，研究方向爲單晶硅體模態微機械諧振器及其應用。曾擔任中航工業自控所慣性MEMS傳感器研發工程師，以及新加坡科技局微電子研究院研究員，期間作爲獨立項目負責人主持含政府企業合作、企業資助及政府資助等共4項科研項目，總計科研經費超過560萬新幣。近年來在IEEE Trans、IEEE Sensors Letters、Applied Physics Letters、Sensors and Actuators A: Physical、IEEE Electron Device Letters、Microelectronic Engineering、Microelectromechanical Systems、IEEE Sensors、IEEE-MEMS等國際權威期刊和國際會議上，發表學術論文30余篇，申請國內專利13項、國際專利3項、新加坡專利1項。
林華茂，上海微技術工業研究院的資深技術總監。擁有新加坡國立大學電子工程碩士學位和英國愛丁堡大學微電子學博士學位。曾在英國的半導體設備制造公司SPTS和半導體代工廠格羅方德（Globalfoundries）擔任工藝開發和制程集成的資深工程師，在新加坡微電子研究院（A*STAR IME）擔任工藝研發的負責人。林博士在半導體及MEMS制造工藝和器件集成領域工作了20多年，發表學術論文40多篇並完成超過15項技術訣竅創新成果的鑒定。
黃景澤，碩士，上海思立微電子科技有限公司MEMS傳感器研發工程師。本科就讀于天津大學精儀學院測控技術與儀器專業，研究生就讀于天津大學MEMS實驗室，期間進行了基于薄膜體聲波諧振器（FBAR）的傳感器的設計、制造與測試。2017年加入上海思立微科技電子有限公司，主要負責基于PMUT的指紋識別傳感器的研發，在PMUT設計、加工、測試、封裝、模組等方面具有豐富的行業經驗。
馬清傑，麥姆斯咨詢“傑出講師”，碩士，蘇州工業園區納米産業技術研究院有限公司微納分公司技術總監。專注于MEMS壓阻壓力傳感器、VOx非制冷紅外探測器等器件和MEMS工藝集成技術創新和工程化工作。至今從事MEMS器件研發及MEMS整合工藝研發9年，成功開發並量産多個MEMS産品，積累了大量MEMS器件研發及量産經驗。曾經作爲項目負責人，先後主持中國航空工業集團MEMS高溫壓力傳感器研發及産業化項目以及國家發改委高端MEMS傳感器産業化項目。在從事MEMS行業之前，一直從事集成電路器件及整合工藝開發工作，對半導體芯片制造工藝及器件有非常深刻的理解。申請國家發明專利超過30項，其中已授權超過20項。
鍾振紅，麥姆斯咨詢“最受歡迎講師”，COMSOL中國應用工程師。畢業于複旦大學力學系理論與應用力學專業，長期負責COMSOL MEMS及聲學行業的技術支持和客戶咨詢，擁有近十年COMSOL仿真經驗。研究內容主要涉及MEMS和傳感器、聲學、光學、壓電以及AC/DC等領域。
