MEMS-Ultraschallwandler werden in Anwendungen wie medizinischer Bildgebung, Umweltüberwachung, Gestenerkennung und Distanzmessung eingesetzt. Um eine zuverlässige Leistung zu gewährleisten und eine Designoptimierung zu ermöglichen, ist eine präzise Charakterisierung während der Entwicklung unerlässlich.

Das Ultraschall-Labor des Fraunhofer EMFT in München bietet Herstellern die Möglichkeit, MEMS-Ultraschallwandler mit professionellen Messgeräten und dem Fachwissen erfahrener Ultraschall-MEMS-Spezialisten zu testen und zu charakterisieren.

Elektrische Charakterisierung

Impedanzmessung

Messung der elektrischen Impedanz des Prüflings/Device-Under-Tests (DUT) und Ableitung eines 7-Elemente-Butterworth–Van-Dyke-(BVD)-Ersatzschaltkreismodells. Auf Basis dieser Analyse können zentrale Geräteparameter bestimmt werden, einschließlich elektrischer Kapazität, Resonanz- und Antiresonanzfrequenzen sowie des elektromechanischen Kopplungskoeffizienten.

Akustische Charakterisierung

3D- Mapping des akustischen Feldes

Messung der Verteilung des akustischen Drucks in X-, Y- und Z-Richtung (DUT im Sendebetrieb).

Mittenfrequenz und akustische Bandbreite

Messung des akustischen Schalldrucks in Abhängigkeit von der Anregungsfrequenz an einer festen XYZ-Position (DUT im Sendebetrieb). Diese Messung ermöglicht zudem die Bestimmung der relativen (fractional) Bandbreite des DUT.

Sendeempfindlichkeit

Bestimmung der akustischen Sendeempfindlichkeit des DUT aus der Steigung der linearen Kennlinie zwischen akustischem Schalldruck und Ansteuerspannung an einer festen XYZ-Position (DUT im Sendebetrieb). Diese Messung ermöglicht zudem die Ermittlung der maximalen akustischen Leistung des DUT sowie der zweiten harmonischen Verzerrung (Second-Harmonic Distortion).

Empfangsempfindlichkeit

Messung der akustischen Empfangsempfindlichkeit des DUT durch Auswertung der Beziehung zwischen dem akustischen Spitzdruck an der DUT-Oberfläche und dem resultierenden elektrischen Ausgangssignal an einer festen XYZ-Position (DUT im Empfangsbetrieb). Diese Messung ermöglicht zudem die Bestimmung der Rundlaufempfindlichkeit (Round-Trip Sensitivity) des DUT bei Betrieb als Sende- und Empfangswandler.

Mechanische Charakterisierung

Zerstörende Belastungsprüfung

Messung der maximalen elektrischen und akustischen Leistung, die das DUT bis zum Eintritt eines Ausfalls bzw. zur Zerstörung aushalten kann.

Laser-Doppler-Vibrometrie

Laser-Doppler-vibrometrische Messungen sind auf Anfrage verfügbar, gehören jedoch nicht zum standardmäßigen Messportfolio.

DUT-Vorbereitung

Vor der akustischen Charakterisierung werden wesentliche Informationen zum DUT benötigt, darunter Betriebsbedingungen wie maximale Ansteuerspannung und -frequenz, das erwartete akustische Feld sowie das vorgesehene Betriebsmedium.

Der DUT muss auf einer geeigneten Evaluierungsplatine (PCB) montiert und per Drahtbonden kontaktiert werden. Für Messungen in Flüssigkeiten (z. B. VE-Wasser) muss das Bauteil zusätzlich hermetisch verkapselt werden.

Vorbereitungsleistungen, einschließlich PCB-Montage, Drahtbonden und Verkapselung, können auf Anfrage bereitgestellt werden.