MEMS麦克风

MEMS麦克风主要内容驻极体电容式麦克风(ECM)MEMS麦克风ECMvs.MEMS麦克风MEMS麦克风的发展前景ECM电容式麦克风工作原理PFxV电容式麦克风的工作原理Microphonevs.pressuresensor:Pressuresensormessurehigh(kPa)staticpressureMicrophonesmessurelow(mPa)alternatingpressureNomalconversation(60dB):app.20mPaalternatingsoundpressureECM的结构驻极体麦克风由隔膜、驻极体、垫圈、外壳、背电极、印制板、场效应管等7部分组成，其中最主要的部件为一片单面涂有金属的驻极体薄膜与一个上面有若干小孔的金属电极（即背电极）。其中驻极体面与背电极相对，中间有一个极小的空气隙，它和驻极体构成了绝缘介质，而背电极和驻极体上的金属层则构成一个平板电容器。ECM的工作原理驻极体麦克风的工作原理是以人声通过空气引起驻极体薄膜震膜震动而产生位移，从而使得背电极和驻极体上的金属层这两个电极的距离产生变化，随之电容也改变，由于驻极体上的电荷数始终保持恒定，由Q=CU可得出当C变化时将引起电容器两端的电压U发生变化，从而输出电信号，实现声-电的变换。ECM的结构与原理TypicalSpecificationSensitivity:-42dBV/PaSNR:55-58dBIOUT:500μAPSRR:6dBZOUT:2.2kohmMEMS麦克风MicrophoneTechnologyTrendsTowardsMEMS一、工作原理MEMS麦克风是通过微机电技术在半导体上蚀刻压力感测膜片而制成的微型麦克风，其工作原理与ECM麦克风完全相同，工艺好比在单一硅晶片上制作传统麦克风的各个零部件，所集成的半导体元件有信号放大器、模数转换器（ADC）和专用集成电路（ASIC）。一、工作原理新型麦克风内含两个晶片：MEMS晶片和ASIC晶片，两颗晶片被封装在一个表面贴装器件中。MEMS晶片包括一个刚性穿孔背电极（fixedbackplate）和一片用作电容器的弹性硅膜（flexiblemembrane）。该弹性硅膜将声压转换为电容变化。ASIC晶片用于检测电容变化，并将其转换为电信号，传送给相关处理器件，如基带处理器或放大器等。二、ModuleStructureMicrophoneConstructionADIMEMSMicrophoneDieADIMEMSMicrophoneStructureMEMSMicrophoneStructure序号名称1Cover2Housing3WireBounding4PCBoard5Capacitor10pF6Capacitor33pF7ASIC8MEMSDie工艺步骤从微机电麦克风的制造来看就目前的技术层面而言，集成CMOS电路的MEMS元件可分为三种。Pre-CMOSMEMS工艺：先制作MEMS结构再制作CMOS元件；Intra-CMOSMEMS工艺：CMOS与MEMS元件工艺混合制造；Post-CMOSMEMS工艺：先实现CMOS元件，再进行MEMS结构制造。一般而言，前两种方法无法在传统的晶圆厂进行，而Post-CMOSMEMS则可以在半导体晶圆代工厂进行生产。在Post-CMOSMEMS工艺中需特别注意，不能让额外的热处理或高温工艺影响到CMOS组件的物理特性及MEMS的应力状态，以免影响到振膜的初始应力。鑫创科技公司克服了诸多的技术难题，完全采用标准的CMOS工艺来同时制造电路元件及微机电麦克风结构。工艺步骤Post-CMOSMEMS麦克风基本结构及工艺步骤ADIMEMSMicrophonesKeyPerformanceTHD@115dBL10%SNR61dBATypicalPSRR:Analog70dBV;Digital80dBFSFrequencyResponseFLAT100Hzto15kHz,noresonantpeakShockResistance20kG-force160dBsoundpressureshockPowerConsumption:AnalogIDD250μA;DigitalIDD650μAStableacrosstemprature&afterreflowADIDesignsandmanufacturesbothMEMSandASICParttoPartMatching:MagnitudeandPhaseResponseECMvs.MEMS麦克风一、表面贴装相对于传统驻极体麦克风，具有耐高温、耐回流焊特性，可以直接使用SMT生产方式组装，减少了烦琐的手工、半自动装配、电气性能测试、返工等一系列生产成本，生产效率显著提高。传统驻极体麦克风装配方式表面贴装硅麦克风二、生产组装传统驻极体麦克风，零部件繁多，生产工艺工序人工因素多，产品性能一致性及品质一致性差。硅麦克风，全自动化生产，产品性能一致性及品质一致性高。传统ECM麦克风配件结构图硅麦克风配件结构图三、声学的电气参数的稳定度传统驻极体麦克风，采取高电压将电荷驻存在驻极体材料上的工作原理，电荷易受环境和使用条件影响，造成电荷逃逸，灵敏度降低。硅麦克风采用偏置电压工作原理，无需驻存电荷，无需驻极体材料，产品稳定性好。项目X-ray检查品质一致性工作湿度工作温度ECM不可忍受一般最高75%-25℃～85℃MEMSMicrophone可忍受高可忍受90%-40℃～105℃四、ParttoPartResponseVariations五、SensitivityVariationsvs.Tempreture六、MicrophoneTechnologyPackagingMEMS麦克风的发展前景2005-2010MEMS麦克风的市场情况MEMS麦克风的应用MEMS麦克风的应用MEMS麦克风目前已经取代ECM麦克风被广泛应用于手机中(尤其是智能手机)，其主要原因是MEMS麦克风具有耐温性佳、尺寸小及易于数字化的优点。MEMS麦克风采用半导体材质，特性稳定，不会受到环境温湿度的影响而发生改变，因而可以维持稳定的音质。电子产品组装在过锡炉时的温度高达260℃，常会破坏ECM麦克风的振膜而必须返工，这将增加额外的成本。采用MEMS麦克风则不会因为锡炉的高温而影响到材质，适合于SMT的自动组装。麦克风信号在数字化后，可以对其进行去噪、声音集束及回声消除等信号处理，从而能够提供优异的通话品质。目前已有多款智能手机采用数字化技术，在功能手机中也有加速采用的迹象。此外，笔记本电脑也是目前使用MEMS麦克风的主流，而机顶盒生产企业同样在积极尝试将MEMS麦克风应用于开发声控型机顶盒。单一手机或搭载5颗苹果(Apple)可以算是引领MEMS麦克风趋势的翘楚。自从苹果推出Siri后，智慧型手机语音识别能力不足的问题被凸显出来，虽然iPhone4S已搭载2颗MEMS麦风，透过类似波束成型(Beam-forming)的技术提升对于来自不同角度声音的辨识能力，达成指向性收音，但对需要高度敏锐性的Siri而言仍显不足。因此，在新一代iPhone5当中，苹果新增第3颗MEMS麦克风，安装在手机底部，如此一来，机身上方、后座和底部都有一颗MEMS麦克风，藉此大幅提升抗噪及语音辨识能力。在对高效音质的追求以及价格滑落的双轴发展下，业界认为未来单一手机中搭载的MEMS麦克风数量可能攀升到5颗以上，也可望带动市场对MEMS麦克风的需求。发展潜力ASIC中将会集成更多功能:ADC和数字输出是第一步;还可利用标准组件,如风噪信号过滤组件;专用接口和信号预处理将成为很大的应用领域；RF屏蔽也会得到进一步改进。很难预测何时会出现带有集成式麦克风并能记录美妙立体声的单芯片摄像电话,但毫无疑问,技术正在朝着这个方向发展。Thankyou!