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王润礼:硅微型(MEMS)传声器发展动态

2009/4/10/08:41 来源:中国电声行业协会 作者:王润礼

    慧聪音响灯光网微机电系统(MEMS)是近年来发展迅速的高新科学技术,是一种集成微电子和微机械、具有微观尺寸的静止或移动部件的装置。作为最近十几年来新出现的一项技术,MEMS对现代科技的影响,将超过晶体管的出现。MEMS技术是一种多学科交叉的前沿性领域,它几乎涉及到自然及工程科学的所有领域,如电子、机械、光学、物理学、化学、生物医学、材料科学、能源科学等。MEMS技术是21世纪最具发展潜力的学科之一。

    硅基MEMS麦克风又叫微型硅基麦克风,是采用硅基MEMS工艺生产的仅有普通麦克风一半大小的新型产品,它具有驻极体麦克风相同的声学和电学性,但却更加结实耐用、耐热性能更强、功耗更低。

    硅微型(MEMS)传声器是使用微电子加工工艺在硅片上生成膜片和后极板组成的电容传声器结构的微型传声器。这种新型麦克风内含两个芯片——MEMS芯片和专用集成电路(ASIC)芯片,两枚芯片封装在一个表面贴装器件封装体中。MEMS芯片包括一个刚性穿孔背电极和一片用作电容器的弹性硅膜。该弹性硅膜将声转换为电容变化。ASIC芯片用于检测电容变化,并将其转换为电信号传递给相关处理器件。

    MEMS技术有望实现新型传声器的高度集成,使制作集信息采集、处理、模数转换、数字传输于一体的系统集成芯片(SOC)成为可能。它具有价格便宜、体积小、重量轻、可靠性高等优点。它又成为微电子机械系统(MEMS)技术的一部分。它的尺寸已经达到4.72×3.76×1.5mm。

    国外楼氏声学公司(Knowles Acoustics)已经商品化,前几年,中国科学院声学研究所使用创新基金完成了样品研制。目前,国内大型的微型电声器件生产企业,如瑞声声学科技公司、歌尔声学公司和东莞泉声公司已能量产该产品,并拥有多项专利。使用半导体的工艺制造传声器,在传声器后可以加上A/D转换和DSP等集成电路,可以完成各种算法,实现微型化、智能化,并可对电声信号进行相关处理已指日可待,该技术有很大的发展前景。

    一、硅微型传声器发展现状

    近年来,随着科技潮流的演进,新一代的手机、笔记本计算机等IT产品朝着轻薄、多任务的方向发展,使得新型lT产品里每个组件的空间也被相对压缩,所以lT产品内部组件的高度及组件的安装形式决定了IT产品的厚度。由于传统驻极体电容传声器(ECM)外形尺寸的限制及难以承受自动表面贴装工艺的高温,所以ECM在手机、计算机等消费电子领域正逐步被新型MEMS硅传声器所替代,用MEMS方法制备麦克风已是我国电声业界一个刻不容缓的课题了。

    Akustica公司的J·Rock说:"MEMS方式生产麦克风的最初的价值不在于价格,而是减少了电子装置的制造费用。自Bell实验室科学家在1962年发明了驻极体电容麦克风(ECM)以来,目前被大公司以只要0.5美元单价每年售出超过十亿个。但是因为ECM会被高热损害,它们一定要用手工焊接。此种仍需人工的步骤在大数量、低利润电子产品中,如2008年数亿支手机的自动化组装中可能是一个昂贵的瓶颈。”如何解决这个问题呢?这正如同楼氏电子总经理JeffreyNiew解释的:硅麦克风能抵抗现代自动化“pick—and—place”组装时摄氏260度的焊接温度。

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