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用MEMS方法制備麥克風刻不容緩

發布時間:2009-03-02 來源:中電元協電聲分會秘書長

機遇與挑戰:
  • 傳統駐極體電容麥克風(ECM)外形尺寸的限制及難以承受自動表面貼裝工藝的高溫
  • ECM在手機、計算機等消費電子領域正逐步被新型MEMS硅麥克風所替代
  • 超小型化及低功耗也是MEMS麥克風的主要發展趨勢
MEMS技術有望實現新型麥克風的高度集成,使制作集信息采集、處理、模數轉換、數字傳輸于一體的系統集成芯片(SOC)成為可能。它具有價格便宜、體積小、重量輕、可靠性高等優點。它的尺寸已經達到4.72mm×3.76mm×1.5mm。 

由于傳統駐極體電容麥克風(ECM)外形尺寸的限制及難以承受自動表面貼裝工藝的高溫,所以ECM在手機、計算機等消費電子領域正逐步被新型MEMS硅麥克風所替代,用MEMS方法制備麥克風已是電聲業界一個刻不容緩的課題了。
 
MEMS麥克風技術有很大的發展前景,使用半導體的工藝制造麥克風,可以在麥克風中加上AD(模數)轉換和DSP(數字信號處理器)等集成電路,可以完成各種算法,實現微型化、智能化的系統。有理由說,未來的整個市場都可能對MEMS麥克風敞開大門,但鑒于數字傳聲器在應對惡劣的聲學噪聲和電氣噪聲環境的能力,目前最適合的還是筆記本計算機與手機類移動通信產品。 

為此,以提供高保真音頻技術而被音響愛好者所熟知的ADI公司最近推出了信噪比(SNR)大于61dB的MEMS麥克風系列產品ADMP421ADMP401,而目前蜂窩電話中最高質量的聲音僅為55dB。新的全向輸入麥克風可提供數字輸出或模擬輸出,在100Hz到超過15kHz范圍內具有良好的頻率響應,而且封裝尺寸與成本都能滿足便攜式電子產品制造商的設計要求,具有高保真音視頻回放、會議召集、TIA-920兼容VoIP、語音識別等功能。 

除了更好的聲音質量,超小型化及低功耗也是MEMS麥克風的主要發展趨勢。英飛凌面向消費和計算機通信設備推出了新一代微型MEMS麥克風SMM310,其尺寸只有傳統麥克風的一半,而功耗更低,采用1.5V~3.3V電源的微型MEMS麥克風功耗只有ECM麥克風的大約13。據介紹,基于 MEMS技術的SMM310的聲學和電氣性能可與傳統麥克風媲美,但其更堅固耐用,能更好地承受震動和沖擊,且耐熱性更好,可承受最高260℃的溫度。它可以焊接到任何標準PCB(印制電路板)上,能適用于大眾消費產品通用的全自動化生產線。 

全球第一大MEMS麥克風大廠樓氏電子(Knowles)的MEMS麥克風用的是一種雙芯片解決方案,他們已設計出一款數字輸出MEMS麥克風,這款新產品采用了與其現有的模擬MEMS麥克風相同的自有MEMS工藝,外加一顆具有數字電子元件的單獨芯片。該公司還宣布將于2010年推出第四代MEMS麥克風,為滿足3C產品持續朝向輕薄短小發展方向需求,第四代MEMS麥克風體積將較第一代大幅縮小近75%。 

就我國而言,前幾年,中國科學院聲學研究所使用創新基金完成了樣品研制。目前,國內大型的微型電聲器件生產企業,如瑞聲聲學科技公司、歌爾聲學公司和東莞泉聲公司已能量產該產品,并擁有多項專利。清華大學在國際上率先成功研制了高品質、實用化的鐵電微麥克風產品。鐵電微麥克風是將鐵電薄膜技術與硅微電子技術相結合,是一種新型微聲學器件。該產品具有微型化、靈敏度高、頻響帶寬、可靠性高、低成本等突出特點,并可實現微麥克風、揚聲器、放大電路及其他電路的單芯片集成。 
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