《MEMS麥克風》PPT課件.ppt

MEMS,麥克風,主要內(nèi)容,駐極體電容式麥克風(ECM) MEMS麥克風 ECM vs. MEMS麥克風 MEMS麥克風的發(fā)展前景,ECM,電容式麥克風工作原理,PFxV,電容式麥克風的工作原理,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,ECM的結(jié)構(gòu),駐極體麥克風由隔膜、駐極體、墊圈、外殼、背電極、印制板、場效應管等7部分組成，其中最主要的部件為一片單面涂有金屬的駐極體薄膜與一個上面有若干小孔的金屬電極（即背電極）。其中駐極體面與背電極相對，中間有一個極小的空氣隙，它和駐極體構(gòu)成了絕緣介質(zhì)，而背電極和駐極體上的金屬層則構(gòu)成一個平板電容器。,ECM的工作原理,駐極體麥克風的工作原理是以人聲通過空氣引起駐極體薄膜震膜震動而產(chǎn)生位移，從而使得背電極和駐極體上的金屬層這兩個電極的距離產(chǎn)生變化，隨之電容也改變，由于駐極體上的電荷數(shù)始終保持恒定，由Q=CU可得出當C變化時將引起電容器兩端的電壓U發(fā)生變化，從而輸出電信號，實現(xiàn)聲-電的變換。,ECM的結(jié)構(gòu)與原理,Typical Specification,Sensitivity: -42 dBV/Pa SNR: 55-58 dB IOUT: 500 A PSRR: 6 dB ZOUT: 2.2 kohm,MEMS麥克風,Microphone Technology Trends Towards MEMS,一、工作原理,MEMS麥克風是通過微機電技術(shù)在半導體上蝕刻壓力感測膜片而制成的微型麥克風，其工作原理與ECM麥克風完全相同，工藝好比在單一硅晶片上制作傳統(tǒng)麥克風的各個零部件，所集成的半導體元件有信號放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和專用集成電路（ASIC）。,一、工作原理,新型麥克風內(nèi)含兩個晶片：MEMS晶片和ASIC晶片，兩顆晶片被封裝在一個表面貼裝器件中。MEMS晶片包括一個剛性穿孔背電極（fixed backplate）和一片用作電容器的彈性硅膜（flexible membrane）。該彈性硅膜將聲壓轉(zhuǎn)換為電容變化。ASIC晶片用于檢測電容變化，并將其轉(zhuǎn)換為電信號，傳送給相關(guān)處理器件，如基帶處理器或放大器等。,二、Module Structure,Microphone Construction,ADI MEMS Microphone Die,ADI MEMS Microphone Structure,MEMS Microphone Structure,工藝步驟,從微機電麥克風的制造來看就目前的技術(shù)層面而言，集成CMOS電路的MEMS元件可分為三種。Pre-CMOS MEMS 工藝：先制作MEMS結(jié)構(gòu)再制作CMOS元件；Intra-CMOS MEMS 工藝：CMOS與MEMS元件工藝混合制造；Post-CMOS MEMS 工藝：先實現(xiàn)CMOS元件，再進行MEMS結(jié)構(gòu)制造。一般而言，前兩種方法無法在傳統(tǒng)的晶圓廠進行，而Post-CMOS MEMS 則可以在半導體晶圓代工廠進行生產(chǎn)。 在Post-CMOS MEMS 工藝中需特別注意，不能讓額外的熱處理或高溫工藝影響到CMOS組件的物理特性及MEMS的應力狀態(tài)，以免影響到振膜的初始應力。鑫創(chuàng)科技公司克服了諸多的技術(shù)難題，完全采用標準的CMOS工藝來同時制造電路元件及微機電麥克風結(jié)構(gòu)。,工藝步驟,Post-CMOS MEMS 麥克風基本結(jié)構(gòu)及工藝步驟,ADI MEMS Microphones Key Performance,THD 115dBL 20k G-force 160dB sound pressure shock Power Consumption:Analog IDD250A;Digital IDD650A Stable across temprature & after reflow ADI Designs and manufactures both MEMS and ASIC,Part to Part Matching:Magnitude and Phase Response,ECM vs. MEMS麥克風,一、表面貼裝,相對于傳統(tǒng)駐極體麥克風，具有耐高溫、耐回流焊特性，可以直接使用SMT生產(chǎn)方式組裝，減少了煩瑣的手工、半自動裝配、電氣性能測試、返工等一系列生產(chǎn)成本，生產(chǎn)效率顯著提高。 傳統(tǒng)駐極體麥克風裝配方式 表面貼裝硅麥克風,二、生產(chǎn)組裝,傳統(tǒng)駐極體麥克風，零部件繁多，生產(chǎn)工藝工序人工因素多，產(chǎn)品性能一致性及品質(zhì)一致性差。硅麥克風，全自動化生產(chǎn)，產(chǎn)品性能一致性及品質(zhì)一致性高。 傳統(tǒng)ECM麥克風配件結(jié)構(gòu)圖 硅麥克風配件結(jié)構(gòu)圖,三、聲學的電氣參數(shù)的穩(wěn)定度,傳統(tǒng)駐極體麥克風，采取高電壓將電荷駐存在駐極體材料上的工作原理，電荷易受環(huán)境和使用條件影響，造成電荷逃逸，靈敏度降低。 硅麥克風采用偏置電壓工作原理，無需駐存電荷，無需駐極體材料，產(chǎn)品穩(wěn)定性好。,四、Part to Part Response Variations,五、Sensitivity Variations vs. Tempreture,六、Microphone Technology Packaging,MEMS麥克風的 發(fā)展前景,2005-2010MEMS麥克風的市場情況,MEMS麥克風的應用,MEMS麥克風的應用,MEMS 麥克風目前已經(jīng)取代ECM 麥克風被廣泛應用于手機中(尤其是智能手機)，其主要原因是MEMS 麥克風具有耐溫性佳、尺寸小及易于數(shù)字化的優(yōu)點。MEMS 麥克風采用半導體材質(zhì)，特性穩(wěn)定，不會受到環(huán)境溫濕度的影響而發(fā)生改變，因而可以維持穩(wěn)定的音質(zhì)。電子產(chǎn)品組裝在過錫爐時的溫度高達260，常會破壞ECM 麥克風的振膜而必須返工，這將增加額外的成本。采用MEMS 麥克風則不會因為錫爐的高溫而影響到材質(zhì)，適合于SMT 的自動組裝。麥克風信號在數(shù)字化后，可以對其進行去噪、聲音集束及回聲消除等信號處理，從而能夠提供優(yōu)異的通話品質(zhì)。目前已有多款智能手機采用數(shù)字化技術(shù)，在功能手機中也有加速采用的跡象。此外，筆記本電腦也是目前使用MEMS 麥克風的主流，而機頂盒生產(chǎn)企業(yè)同樣在積極嘗試將MEMS 麥克風應用于開發(fā)聲控型機頂盒。,單一手機或搭載5顆,蘋果(Apple)可以算是引領(lǐng)MEMS麥克風趨勢的翹楚。自從蘋果推出Siri后，智慧型手機語音識別能力不足的問題被凸顯出來，雖然iPhone 4S已搭載2顆MEMS麥風，透過類似波束成型(Beam-forming)的技術(shù)提升對于來自不同角度聲音的辨識能力，達成指向性收音，但對需要高度敏銳性的Siri而言仍顯不足。 因此，在新一代iPhone 5當中，蘋果新增第3顆MEMS麥克風，安裝在手機底部，如此一來，機身上方、后座和底部都有一顆MEMS麥克風，藉此大幅提升抗噪及語音辨識能力。 在對高效音質(zhì)的追求以及價格滑落的雙軸發(fā)展下，業(yè)界認為未來單一手機中搭載的MEMS麥克風數(shù)量可能攀升到5顆以上，也可望帶動市場對MEMS麥克風的需求