MEMS麦克风
MEMS(数字)麦克风基本知识
MEMS Wafer
MEMS Die
Hale Waihona Puke MEMS Microphone 产品简介
MEMS Microphone Profile
4
Acoustic port hole
1
L
3
W H
PIN# FUNCTION 1.OUTPUT,
2
2.NO CONNECTION
MEMS Microphone 工作原理
MEMS麦克风是由MEMS微电容传感器、微集成转换电路 (放大器)、声腔及RF抗噪电路组成。MEMS微电容极头部分包含 接收声音的硅振膜和硅背极,硅振膜可直接将接收到的音频信号 经MEMS微电容传感器传输给微集成电路,微集成电路可将高阻 的音频电信号转换并放大成低阻的音频电信号,同时经RF抗噪电 路滤波,输出与手机前置电路相匹配的电信号.完成“声--电”转 换.
< MEMS Microphone >
MEMS Packaging
Notebook Computer, Desk-Top Computer Video Door Phone etc. Cordless Phone
MEMS Microphone 产品简介
Application of Product
MEMS Mic
MEMS Microphone
MEMS Microphone 产品简介
Recommended Interface Circuit
Term4
+ R2 +
R1
AAC MEMS Microphone
Term1
External Gain=-R1/R2 Term3. Term2. (Set by customer)
关于麦克风的参数介绍-驻极体麦克风（ECM）和硅麦（MEMS）
关于麦克风的参数介绍-驻极体麦克风（ECM）和硅麦（MEMS）1、麦克风的分类1.1、动圈式麦克风（Dynamic Micphone）原理：基本构造包含线圈、振膜、永久磁铁三部分。
当声波进⼊麦克风，振膜受到声波的压⼒⽽产⽣振动，与振膜在⼀起的线圈则开始在磁场中移动，根据法拉第的楞次定律，线圈会产⽣感应电流。
特性：动圈式麦克风因含有磁铁和线圈，不够轻便、灵敏度较低、⾼低频响应表现较差；优点是声⾳较柔润，适合⽤来收录⼈声。
应⽤：KTV场所。
1.2、电容式麦克风（Condenser Micphone）原理：根据电容两⽚隔板间距离的改变来产⽣电压变化。
当声波进⼊麦克风，振膜产⽣振动，使得振动膜和基板之间的距离会随着振动⽽改变，于是基板间的电容会变，根据Q=C*V（电容式麦克风中电容极板的电压会维持⼀个定值）得到变化的电荷量Q。
特性：灵敏度⾼，常⽤于⾼质量的录⾳。
应⽤：消费电⼦、录⾳室。
1.3、铝带式麦克风（Ribbon Micphone）原理：在磁铁两极间放⼊通常是铝制的波浪状⾦属箔带，⾦属薄膜受声⾳震动时，因电磁感应⽽产⽣信号。
1.4、碳精麦克风（Carbon Micphone）2、两种常⽤电容式麦克风的对⽐：驻极体电容麦克风（ECM）和微机电麦克风（MEMS Micphone）2.1、驻极体电容麦克风（Electret Condenser Micphone）原理：驻极体麦克风使⽤了可保有永久电荷的驻极体物质，不需要再对电容供电。
（若驻极体麦克风中内置放⼤电路，则需要供电）优点：技术成熟、价格便宜缺点：体积⼤，不⽅便SMT、引线长，造成信号衰减、⽣产⼯序多，⼀致性差、灵敏度不稳定2.2、微机电麦克风（MEMS Micphone）原理：微机电麦克风也称麦克风芯⽚或硅麦克风，硅麦⼀般都集成了前置放⼤器，甚⾄有些硅麦会集成模拟数字转换器，直接输出数字信号，成为数字麦克风。
优点：体积⼩，可SMT、产品稳定性好缺点：价格较⾼备注：⼀般情况下，我们把集成了前置放⼤器或者模拟数字转换器的麦克风称为拾⾳器（pickup）。
mems麦克风幅频曲线公式
mems麦克风幅频曲线公式
摘要：
一、MEMS麦克风简介
1.1 微电子机械系统技术
1.2 MEMS麦克风的优点
1.3 应用领域
二、MEMS麦克风幅频曲线
2.1 定义与重要性
2.2 公式说明
2.3 参数含义
三、MEMS麦克风幅频曲线的应用
3.1 频率响应特性分析
3.2 性能优化
3.3 指导设计和制造
正文：
MEMS麦克风是一种基于微电子机械系统技术制造的麦克风，具有体积小、重量轻、功耗低等特点，广泛应用于各种语音识别、音频处理等领域。
MEMS麦克风的幅频曲线是衡量其性能的重要指标，通过计算和分析幅频曲线，可以了解麦克风的频率响应特性。
MEMS麦克风的幅频曲线公式如下：A(f) = 1 / (1 + (f - f0) / fc)
其中，A(f)表示幅频曲线，f表示频率，f0表示麦克风的谐振频率，fc表
示麦克风的截止频率。
MEMS麦克风幅频曲线的定义与重要性体现在它反映了麦克风在不同频率下的灵敏度变化。
在音频处理领域，幅频曲线可以帮助工程师设计出性能优良的音频系统，同时也可以指导麦克风的设计和制造。
在实际应用中，通过对MEMS麦克风幅频曲线的分析，可以得到麦克风的频率响应特性。
例如，在语音识别领域，麦克风的幅频曲线可以用来判断麦克风在接收语音信号时的灵敏度，进而提高语音识别的准确率。
同时，通过调整幅频曲线的形状，可以实现对麦克风性能的优化，以满足不同应用场景的需求。
总之，MEMS麦克风幅频曲线在麦克风性能分析、优化和设计制造过程中起着关键作用。
mems mic结构 -回复
mems mic结构-回复MEMS麦克风（Micro-Electro-Mechanical Systems Microphone）是一种微型电子器件，采用微机电系统技术制造而成，用于将声音转换为电信号。
本文将一步一步回答有关MEMS麦克风结构的问题。
第一部分：引言MEMS麦克风是当今许多电子设备中的关键组成部分，如手机、耳机、音频设备等。
它的小巧尺寸和高性能使其成为一种理想的音频传感器。
在了解MEMS麦克风的结构之前，我们首先需要了解MEMS技术的基本原理。
第二部分：MEMS技术的基本原理MEMS技术是一种将微型机械系统和电子技术相结合的技术，它使用半导体制造工艺在微米级别上制造具有机械功能的结构。
根据MEMS技术的原理，MEMS麦克风结构可以被划分为以下几个部分：1.薄膜振膜MEMS麦克风的核心部件是薄膜振膜。
薄膜振膜是由一层薄的材料制成，通常是硅或聚合物。
当声波通过振膜时，振动会引起膜片的形变，从而产生电荷或电压变化。
2.电容板电容板位于薄膜振膜的下方，与薄膜振膜之间形成一个微小的电容间隙。
电容板上会施加一定的电压，形成与薄膜振膜之间的电容。
当薄膜振膜振动时，电容的值会发生变化，从而改变电信号的大小。
第三部分：MEMS麦克风的制造过程MEMS麦克风的制造过程通常包括以下几个步骤：1.硅片制备首先，通过半导体工艺将硅片切割成适当的尺寸。
这些尺寸可以根据麦克风的设计要求来确定。
2.薄膜沉积将薄膜材料沉积在硅片上，可以使用物理气相沉积或化学气相沉积等技术。
薄膜的厚度可以根据设计要求进行控制。
3.光刻和蚀刻通过光刻和蚀刻等步骤，将硅片上的薄膜制作成薄膜振膜和电容板的形状。
这些步骤使用光罩和化学蚀刻剂等工具进行。
4.封装和连接将制作好的MEMS麦克风封装在保护壳内，以保护其免受外部环境的干扰。
然后，通过金线焊接或其他技术将麦克风连接到电路板上，以传输声音信号。
第四部分：MEMS麦克风的工作原理MEMS麦克风工作时，当声波进入麦克风时，它会使薄膜振膜发生弯曲。
MEMS麦克风介绍
– 表示麦克风引起的相位失真，换句话说，频响表示推动麦克风振膜的声 波与麦克风输出电信号之间的延迟
– 该参数包括振膜和ASIC引起的失真
• 最好的频响、全指向性拾音模式、最佳的灵敏度、更低的相位旋转、 优化的音质(SNR > 60dB)、精确的单元对单元匹配、最高的可靠性和耐 用性、优异的湿度、温度和防尘稳定性。
2021/3/10
6
动态范围和声学过载点
• 动态范围是麦克风在不失真条件下检测到的最大声音和最 小声音之间的差值
– 麦克风在不失真条件与数字麦克风的AOP值相同，均为 120dBSPL声压
– 麦克风在不失真条件下“听到”的最小信号取决于信噪比(SNR)。 换句话说，最小信号相当于残余噪声，用dBSPL表示。
2021/3/10
3
MEMS麦克风主要参数
• 灵敏度
• 灵敏度是麦克风输出电信号与给定输入声压之比。基准声 压是1Pa 或 94dB SPL @ 1kHz
• 典型灵敏度单位:
– • 模拟麦克风的灵敏度单位为 mV/Pa或dBV；dBV = 20 * Log (mV/Pa / 1V/Pa)
– • 数字麦克风的灵敏度单位为 %FS或 dBFS ；dBFS = 20 * Log (%FS / 1FS)
• 信噪比是麦克风输出中给定基准信号与残余噪声之比。
• 基准信号是当声压为1Pa @ 1kHz 时麦克风输出端的标准信 号。
• 噪声信号 (残余噪声)是静音时麦克风的输出电信号。噪声 信号包括MEMS单元的噪声和ASIC的噪声。
• 噪声级通常是在消声环境中测量噪声，然后用A加权方法 修改所采集的噪声。A加权滤波器与人耳频响相关 。
2021/3/10
MEMS(数字)麦克风基本知识
MEMS Wafer
MEMS Die
MEMS Microphone 产品简介
MEMS Microphone Profile
Acoustic port hole
W
H
4
1
L
3
2
PIN# FUNCTION 1.OUTPUT, 2.NO CONNECTION 3.GROUND, 4.POWER
Stage
Temperature Profile
Time (Maximum)
Pro-head
170~180 ℃
120sec.
Solder Melt
Above 230 ℃
100sec.
Peak
260 ℃ Maximum
30sec.
Production Process
Wafer Fabrication
>58dB
RF-filtering capacitance
10pF, 33pF, both or none
Change in sensitivity(电压特性) <1dB across voltage range
Standard operating temperature -40℃ to + 100℃
Packaging/Cutting
Testing / Marking / Taping
Shipping Inspection
Packing
Reliability Test
MEMS Microphone 产品简介
Application of Product
MEMS Wafer Fab. < MEMS Microphone >
mems mic结构
mems mic结构【原创实用版】目录1.MEMS 麦克风的基本概念2.MEMS 麦克风的结构3.MEMS 麦克风的工作原理4.MEMS 麦克风的应用领域正文MEMS（Microelectromechanical Systems，微电子机械系统）麦克风是一种基于微电子技术的声学传感器，具有体积小、灵敏度高、抗干扰能力强等特点。
它广泛应用于消费电子、通信、汽车电子等领域。
MEMS 麦克风的基本概念：MEMS 麦克风是一种微型麦克风，它采用微电子机械系统技术制造，将声学传感器与信号处理电路集成在同一块芯片上。
这使得 MEMS 麦克风具有体积小、重量轻、灵敏度高、抗干扰能力强等优点。
MEMS 麦克风的结构：MEMS 麦克风的主要结构包括麦克风芯、信号处理电路、接口电路等。
麦克风芯是 MEMS 麦克风的核心部件，通常由微小的膜片和背板组成。
当声波作用于膜片时，膜片产生振动，通过背板将振动转换为电信号。
信号处理电路用于对麦克风输出的信号进行放大、滤波等处理。
接口电路则负责将处理后的信号传输给后续设备。
MEMS 麦克风的工作原理：MEMS 麦克风的工作原理基于声电转换。
当声波作用于麦克风膜片时，膜片产生振动。
这些振动通过背板传递到信号处理电路，信号处理电路将振动转换为电信号。
电信号经过放大、滤波等处理后，被传输给后续设备。
MEMS 麦克风的应用领域：MEMS 麦克风广泛应用于各种电子设备中，如智能手机、平板电脑、笔记本电脑等。
此外，MEMS 麦克风在通信领域也有广泛应用，如无线麦克风、对讲机等。
在汽车电子领域，MEMS 麦克风可用于车内音响系统、倒车雷达等。
MEMS麦克风市场及专利态势分析
MEMS麦克风市场及专利态势分析
权威数据
一、MEMS麦克风市场概况
MEMS（微电子机械系统）麦克风是一种新型传感器，它结合了微型机
械系统和微电子技术，可以捕捉和转换物理声音信号。
MEMS麦克风的应
用领域十分广泛，目前已经在智能手机、汽车、穿戴设备、移动设备、消
费类电子产品等多个领域得到了广泛应用。
特别是随着现代智能设备的发展，如智能设备、智能家居、智能机器人等设备，MEMS麦克风的应用前
景则更为广阔。
根据第三方调研机构IDC（International Data Corporation）公布
的数据，2023年全球MEMS麦克风市场规模达到38.6亿美元，2023年至2023年，全球MEMS麦克风市场规模将以每年13.4％的年复合增长率增长
到2023年的69.5亿美元。
二、MEMS麦克风专利态势
根据国外知识产权机构生物智能（Biol Intelligence）的数据显示，截止2023年7月，全球MEMS麦克风的专利申请量超过4.7万件，其中中
国是MEMS麦克风专利申请量最多的国家，达到3.57万件，占全球MEMS
麦克风专利申请量的76％，紧随其后的是日本，专利申请量为2.85万件，占比17.9％，美国专利申请量为2.3万件，占比13％。
MEMS麦克风的基本原理
MEMS麦克风的声学传感器
• MEMS麦克风所用的声学传感器是利用半导体生产线制作且通过高度自动化过 程封装的芯片。MEMS麦克风的制造过程是，首先，在晶圆上沉积数层不同的 物质，然后蚀去无用的物质，在基础晶片上形成一个腔室，在腔室上覆盖一 层能够运动的振膜和一个固定的背板。传感器背板具有优良的刚性，采用通 孔结构，通风性能优异；而振膜是一个很薄的实心结构，当声波引起气压变 化时，振膜将会弯曲。 振膜较薄，易弯曲。当声波引起的气压变化时，振膜会随着气压变化而弯曲； 背板较厚且多孔，当空气流过时，背板保持静止。当振膜运动时，振膜与背 板之间的电容量将会变化。ASIC器件可将这种电容变化转换成电信号。
模拟麦克风的灵敏度通常表示为相对于1vrms信号的分贝数dbv而数字麦克风的灵敏度通常表示为相对于麦克风满量程输出的分贝数dbfs麦克风的背景噪声又称本底噪声是指在较安静的环境内麦克风输出中的噪声量
前言
• 微机电系统（MEMS）技术的问世和应用让麦克风变得越 来越小，性能越来越高。MEMS麦克风具有诸多优点，例 如，高信噪比，低功耗，高灵敏度，所用微型封装兼容贴 装工艺，回流焊对MEMS麦克风的性能无任何影响，而且 温度特性非常出色。
频响 MEMS麦克风频响是在不同频率时指灵敏度的变化。麦克风频响通常在1 kHz 时设为0 dB，对不同频率下 的灵敏度进行归一化处理。大多数MEMS麦克风的灵敏度都低于100Hz，在出现Helmholtz谐振后开始上 升，达到大约4kHz至6kHz之间。这就是许多MEMS麦克风将频响指定在100Hz至10kHz之间的原因。不过， 高性能的MEMS麦克风在20Hz至20kHz全音频带内拥有较平坦的频响曲线。 电源抑制比(PSR) • 麦克风电源抑制比是评价麦克风防止噪声从电源输入端进入输出端的能力指标。电源抑制比通常是 在音频带内使用通过仿真GSM蜂窝无线电产生的TDMA噪声的217Hz方波和/或扫描正弦波来指定。
MEMS电容式硅麦克风
MEMS 硅麦克风MEMS 麦克风采用批量化的半导体制作工艺, 具有尺寸小、性能优良、一致性高等特点, 并且易于实现阵列化, 对语音效果实现了较大的提升。
根据制造技术, 麦克风可以分为两种主要类型, 传统的驻极体麦克风和MEMS麦克风。
驻极体麦克风通常由独立的金属部件和聚合物材料制成, 尺寸较大, 不易于集成和大批量生产。
而MEMS 麦克风采用与集成电路工艺兼容的硅微加工技术制成, 尺寸较小, 比较适合集成和大规模量产, 进一步降低了生产成本, 并在性能上也得到了较大的提升.电容式MEMS 麦克风主要由两块平行的导电极板组成（包括固定极板和可动极板）, 当可动极板在声波作用下产生振动时, 改变了两极板间的距离, 从而引起电容值的变化。
那么, 通过专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit, ASIC）可以将电容的变化转换成电压信号。
从设计的角度来说, MEMS麦克风的灵敏度取决于电学灵敏度和机械灵敏度。
其中, 电学灵敏度与偏置电压和极板面积成正比, 与极板间的距离成反比。
因此, 偏置电压越高, 极板面积越大, MEMS 麦克风的电学灵敏度就越高。
但是, 增大极板面积就意味着增大MEMS 麦克风的尺寸, 提升偏置电压就意味着增加功耗, 而且偏置电压也会受到吸合电压的限制而不能任意增大。
因此, 这就需要在尺寸、功耗、灵敏度之间找到一个平衡点, 在不增加尺寸和功耗的前提下进一步提升MEMS 麦克风的灵敏度。
MEMS 麦克风的机械灵敏度与振膜（可动电极）的刚度成正比, 一般来说, 刚度越小的薄膜在声波作用下产生的形变就越大。
因此, 减小振膜刚度可以获得更高的机械灵敏度, 但是在制作过程中, 刚度较小的振膜极易受到外界的影响产生形变甚至破裂。
而且在静电力的作用下, 振膜与固定极板之间会产生一个吸引力, 导致振膜逐渐向固定极板靠近, 当振膜与固定极板接触时的偏置电压称为吸合电压。
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
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。
工作温度
ECM
不可忍受
一般
最高75% -25 ℃ ～85℃
MEMS Microphone
可忍受
高
可忍受90% -40 ℃ ～ 105
℃
四、Part to Part Response Variations
五、Sensitivity Variations vs. Tempreture
六、Microphone Technology Packaging
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不足的问题 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。
mems mic结构
mems mic结构：mems 麦克风，或MEMS麦克风，是一种使用微电子机械系统（MEMS）技术制造的麦克风。
这种麦克风的核心组件是一个微小的音膜，当音膜受到声音波动的影响时，它会改变音膜的振动速度和幅度，从而改变电容。
这个电容变化随后被转换成电信号，并进一步转化为可以处理和传输的数字信号。
MEMS麦克风的内部结构主要包括以下几个部分：
1.音膜：位于MEMS麦克风的顶部，通常由金属或陶瓷材料制成。
音膜会随着声音的
波动而振动。
2.背板：位于音膜的下方，通常由固体材料制成。
背板上有一个电极，用于感应音膜
的振动。
3.空气隙：音膜和背板之间的微小间隙，当声音波动时，音膜将在空气隙中振动。
4.支撑结构：用来支撑音膜和背板的稳定的框架结构。
5.电容式数字输出转换器：这个电子器件用于测量音膜的振动并将其转化为电信号。
6.封装材料：用于保护和固定MEMS麦克风的内部结构。
MEMS麦克风介绍
频响
• 从量级角度描述麦克风频响:
– 表示灵敏度在频带范围内的变化。该参数还能表示输出信号与基准值0dB 的偏差。
– 频响测量所用基准通常就是麦克风的灵敏度 0dB = 94dBSPL @ 1kHz
– 麦克风频响通常表示因 通风孔而导致频响低频降低和因Helmholtz
效应而导致频响高频上升。
• 从相位角度描述麦克风频响:
– 表示麦克风引起的相位失真，换句话说，频响表示推动麦克风振膜的声 波与麦克风输出电信号之间的延迟
– 该参数包括振膜和ASIC引起的失真
• 最好的频响、全指向性拾音模式、最佳的灵敏度、更低的相位旋转、 优化的音质(SNR > 60dB)、精确的单元对单元匹配、最高的可靠性和耐 用性、优异的湿度、温度和防尘稳定性。
• 脉冲密度调制（Pulse Density Modulation），简称PDM，是一种在数字领域使 用二进制数0,1表示模拟信号的调制方式，1表示单个脉冲，0表示没有脉冲。 在PDM信号中，模拟信号的幅值使用输出脉冲对应区域的密度表示。PWM波 是PDM波转换频率固定的一种特例，对于一个使用8位长表示的电压信号而言， 峰值的1/2处会高低电平各持续一半，即128个时钟周期。在PDM信号中，会 在1,0之间每个时钟周期都切换。两种波形的平均值都是50%，但是PDM波切 换的更加频繁。对于100%和0的电平信号，两种方式的输出相同
图2. MEMS麦克风基本结构
PCM and PDM
• 脉冲编码调制（英文：Pulse-code modulation，缩写：PCM）是一种模拟信号 的数字化方法。PCM将信号的强度依照同样的间距分成数段，然后用独特的 数字记号（通常是二进制）来量化。PCM常被用于数字电信系统上，也是电 脑和红皮书中的标准形式。在数字视频中它也是标准，例如使用 ITU-R BT.601。 但是PCM并不流行于诸如DVD或DVR的消费性商品上，因为它需要相当大的比 特率（DVD格式虽然支持PCM，不过很少使用）；与之相较，压缩过的音频 较匹配效率。不过，许多蓝光光盘使用PCM作音频编码。非常频繁地，PCM 编码以一种串行通信的形式，使数字传讯由一点至下一点变得更容易——不 论在已给定的系统内，或物理位置。
mems mic结构
mems mic结构
MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）是一种微型电子力
学系统，是集成了微型传感器、微型执行器和微型电子控制器的微型设备。
MEMS技术能够实现微小尺寸、低耗能、高可
靠性和低成本的制造，广泛应用于各种领域，包括通信、汽车、医疗、工业控制等。
MEMS mic（MEMS麦克风）是MEMS技术应用于麦克风的
一种产品，它采用了MEMS声音传感器作为麦克风的核心组件。
与传统电容式麦克风相比，MEMS mic具有更小的尺寸、更低的功耗和更高的灵敏度。
它能够实现高质量的声音捕捉，并广泛应用于手机、耳机、智能音箱等消费电子设备中。
MEMS mic的结构一般由MEMS声音传感器、信号处理电路
和封装材料组成。
MEMS声音传感器部分通常采用微型薄膜
结构，包括薄膜振膜、电容板和支撑结构。
当声音波动作用于薄膜振膜上时，振膜会发生位移并改变电容板之间的间隔距离，从而产生电容变化。
信号处理电路会将这个电容变化转化为电压信号，并进行放大和滤波处理，最终输出麦克风的声音信号。
封装材料则用于保护和固定MEMS mic的内部结构。
总之，MEMS mic采用了MEMS技术的声音传感器作为核心
组件，结合信号处理电路和封装材料，实现高质量、高性能的声音捕捉功能。
它在消费电子设备和其他领域中具有广泛的应用前景。
MEMS(微型机电系统) 麦克风
∙MEMS（微型机电系统）麦克风是基于MEMS技术制造的麦克风，简单的说就是一个电容器集成在微硅晶片上，可以采用表贴工艺进行制造,能够承受很高的回流焊温度,容易与 CMOS 工艺及其它音频电路相集成, 并具有改进的噪声消除性能与良好的RF 及EMI 抑制性能.MEMS麦克风的全部潜能还有待挖掘，但是采用这种技术的产品已经在多种应用中体现出了诸多优势，特别是中高端手机应用中。
目录∙MEMS麦克风的优势∙MEMS麦克风的主要参数∙MEMS麦克风的发展前景MEMS麦克风的优势∙目前，实际使用的大多数麦克风都是ECM(驻极体电容器)麦克风，这种技术已经有几十年的历史。
ECM 的工作原理是利用驻有永久电荷的聚合材料振动膜。
与ECM的聚合材料振动膜相比，MEMS麦克风在不同温度下的性能都十分稳定，其敏感性不会受温度、振动、湿度和时间的影响。
由于耐热性强，MEMS麦克风可承受260℃的高温回流焊，而性能不会有任何变化。
由于组装前后敏感性变化很小，还可以节省制造过程中的音频调试成本。
MEMS麦克风需要ASIC提供的外部偏置，而ECM没有这种偏置。
有效的偏置将使MEMS麦克风在整个操作温度范围内都可保持稳定的声学和电气参数，还支持具有不同敏感性的麦克风设计。
传统ECM的尺寸通常比MEMS麦克风大，并且不能进行SMT（表面贴装技术）操作。
在MEMS麦克风的制造过程中，SMT回流焊简化了制造流程，可以省略一个目前通常以手工方式进行的制造步骤。
在ECM麦克风内，必须添加进行信号处理的电子元件；而在MEMS麦克风中，只需在芯片上添加额外的专用功能即可。
与ECM相比，这种额外功能的优点是使麦克风具有很高的电源抑制比，能够有效抑制电源电压的波动。
另一个优点是，集成在芯片上的宽带RF抑制功能，这一点不仅对手机这样的RF应用尤其重要，而且对所有与手机操作原理类似的设备（如助听器）都非常重要。
MEMS麦克风的小型振动膜还有另一个优点，直径不到1mm的小型薄膜的重量同样轻巧，这意味着，与ECM相比，MEMS麦克风会对由安装在同一PCB上的扬声器引起的PCB 噪声产生更低的振动耦合。
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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
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。
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
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
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。
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
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
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。
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
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。
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。
二、Module Structure
பைடு நூலகம்
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
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。