MEMS麦克风

Typical Specification
Sensitivity: < -42 dBV/Pa SNR: 55-58 dB IOUT: 500 μA PSRR: 6 dB ZOUT: 2.2 kohm
MEMS麦克风
Microphone Technology Trends Towards MEMS
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丌足的问题 被凸显出来，虽然iPhone 4S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丌同角 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而言仍显丌足。 因此，在新一代iPhone 5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。
Part to Part Matching:Magnitude and Phase Response
ECM vs. 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。
MEMS 麦克风
主要内容
驻极体电容式麦克风(ECM) MEMS麦克风 ECM vs. MEMS麦克风 MEMS麦克风的发展前景
ECM
电容式麦克风工作原理
PFxV
电容式麦克风的工作原理
Microphone vs. pressure sensor: Pressure sensor messure high(kPa) static pressure Microphones messure low(mPa)alternating pressure Nomal conversation(60dB):app. 20mPa alternating sound pressure
二、Module Structure
Microphone Construction
ADI MEMS Microphone Die
ADI MEMS Microphone Structure
MEMS Microphone Structure
序号 名称
1 2 3 4 5 6 7 8 Cover Housing Wire Bounding PC Board Capacitor 10pF Capacitor 33pF ASIC MEMS Die
工艺步骤
Post-CMOS MEMS 麦克风基本结构及工艺步骤
ADI MEMS Microphones Key Performance THD @ 115dBL <10% SNR 61dBA Typical PSRR: Analog 70dBV; Digital 80dBFS Frequency Response FLAT 100Hz to 15kHz,no resonant peak Shock Resistance >20k G-force >160dB sound pressure shock Power Consumption:Analog IDD<250μA;Digital IDD<650μA Stable across temprature & after reflow ADI Designs and manufactures both MEMS and ASIC
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（fixed backplate）和一片用作电 容器的弹性硅膜（flexible membrane）。 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。
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-CMOS MEMS 工艺：先 制作MEMS结构再制作CMOS元件；Intra-CMOS MEMS 工艺： CMOS与MEMS元件工艺混合制造；Post-CMOS MEMS 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-CMOS MEMS 则可以在半导 体晶圆代工厂进行生产。 在Post-CMOS MEMS 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。
六、Microphone Technology Packaging
MEMS麦克风的 发展前景
2005-2010MEMS麦克风的市场情况
Leabharlann Baidu
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，丌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 麦克风则丌会 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。
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
Thank you !
ECM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不一个上面有若干小孔的金属电 极（即背电极）。其中驻极体面不背电极相对，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。
项目 ECM MEMS Microphone X-ray检查 丌可忍受 可忍受 品质一致性 一般 高 工作湿度 最高75% 可忍受90% 工作温度
-25 ℃ ～85℃ -40 ℃ ～ 105 ℃
四、Part to Part Response Variations
五、Sensitivity Variations vs. Tempreture