低温接着剤ボンディングを用いた空気中で動作するフレキシブル圧電マイクロマシン加工超音波トランスデューサの作製

Low Temperature Adhesive Bonding-Based Fabrication of an Air-Borne Flexible Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer.

• Wei Liu
• Dawei Wu

抄録

本論文では、平面、凹面、凸面に適合し、空気中で動作するフレキシブル圧電マイクロマシン超音波トランスデューサ(PMUT)の開発について紹介する。PMUTは、レーザー加工された高分子基板上にAgコートされたポリフッ化ビニリデン(PVDF)フィルムから構成されている。製作工程では、低温(<100℃)での接着技術を採用しています。有限要素解析(FEA)を実施し、複合材振動板の共振周波数を予測し、デバイスの最適化が可能であることを確認した。製作されたPMUTは、198kHzの中心周波数を持ち、広い動作帯域幅を持つことを確認した。その音響性能は、曲面上の空気中で超音波を送受信することで実証された。本研究から得られた結論は、提案されたPMUTが超音波やウェアラブルデバイスへの応用に大きな可能性を持っていることを示している。

This paper presents the development of a flexible piezoelectric micromachined ultrasonic transducer (PMUT) that can conform to flat, concave, and convex surfaces and work in air. The PMUT consists of an Ag-coated polyvinylidene fluoride (PVDF) film mounted onto a laser-manipulated polymer substrate. A low temperature (<100 °C) adhesive bonding technique is adopted in the fabrication process. Finite element analysis (FEA) is implemented to confirm the capability of predicting the resonant frequency of composite diaphragms and optimizing the device. The manufactured PMUT exhibits a center frequency of 198 kHz with a wide operational bandwidth. Its acoustic performance is demonstrated by transmitting and receiving ultrasound in air on curved surface. The conclusions from this study indicate the proposed PMUT has great potential in ultrasonic and wearable devices applications.