硅晶麦克风恐将取代电容麦克风
时间：2007-09-11 10:43:34
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[导读]往未来看，MEMS MIC可能会朝数字化、数组化、整合化等路线发展，数字化将使应用业者更容易实现设计；数组化则可以提升音质；至于整合化将能让麦克风与众多电子芯片一体成形，使麦克风应用能更大量、快速地普及……
往未来看，MEMS MIC可能会朝数字化、数组化、整合化等路线发展，数字化将使应用业者更容易实现设计；数组化则可以提升音质；至于整合化将能让麦克风与众多电子芯片一体成形，使麦克风应用能更大量、快速地普及……
运用微机电系统工艺所制成的硅晶麦克风，与传统的驻极式电容麦克风有何不同？
ECM的原理是将探测到的音波信号转换成电子信号，再将电子信号透过驻极连接到具缓冲性质(Buffer)的场效晶体管的闸极，以此将电波信号放大而得。
而MEMS MIC方面，内分成微机械性的MEMS部分与微电路性的ASIC部分，MEMS部分将探测到的音波信号转成电子信号，再将电子信号传送到ASIC部分，由ASIC的放大器将信号放大而得。
不过这只是概略原理，实际而言MEMS MIC还必须内建电荷泵，将工作电压进行调整，再将调整后的电压供应至MEMS部分，让MEMS部分能执行声、电转换的工作，同时ASIC部分要对外输出已电子化的声波信号。
进一步的，倘若信号要以数字方式输出，则ASIC部分还必须内建模拟数字转换器，且转换完成的数字信号会以串行方式输出，这时MEMS MIC必须有外部输入频率信号，才能确切对外输出数字化的电子声波信号。如此就不仅是一个MEMS MIC，而且还是一个数字化的MEMS MIC。
MEMS MIC前途似锦
很明显的，MEMS MIC远比传统ECM复杂，甚至较昂贵，但MEMS MIC却有着多项ECM所不及的优势，例如：可大量效率性生产；容易与其它功效的微电路整合；容易实现数字化；能承受回流焊接；质量一致且稳定性高；体积小，适合用在短小轻薄的应用设计中。
特别是「承受回流焊接」部分，IEA的MEMS MIC能承受摄氏260度的高温而不坏损，如此在电子制造加工上具有优势，包括过锡炉、解焊后重焊等都不用担心会坏损。正因为有种种超越传统ECM的优势，因此德国Darmstadt工业大学的教授，同时也是传统ECM麦克风的发明人：Sessler教授才会大胆预言：「再过若干年，人们将不再使用传统麦克风，取而代之的将全部是硅晶麦克风(即MEMS MIC)。」
主流技术为电容式探测
前面所言为MEMS MIC的整体原理，然在此要更仔细说明MEMS MIC的前端声波探测技术，目前的探测技术主要有5种：电容式、压电式、压阻式、光学式、微流式，5种方式各有其优缺点，例如压电式有热飘移效应的问题，在无信号时其零点准位并不精准；或如压阻式的灵敏性仍不足；光学式精度虽高但成本也高，眼前仅限于航天领域使用。所以，最适合大宗普及运用的是电容式，事实上传统ECM的探测原理也属电容式。
MEMS MIC的研制流程
了解MEMS MIC技术后，IEA自己在MEMS MIC方面的实际作法又是如何呢？首先，IEA先进行MEMS MIC的研发，包括MEMS部分的研发与AISC部分的研发，经过各种研制、测试、验证后，再将确定的MEMS设计、ASIC设计分别交付给专业的芯片代工业者生产，生产出MEMS芯片与ASIC芯片。IEA取回MEMS芯片与ASIC芯片后，再自行进行封装及测试，一旦封装、测试完成即可出货给客户。
在整个研制流程中，除了IEA自有的MEMS设计、ASIC设计外，封装方面也是IEA自有的技术，对此IEA已申请15项的MEMS MIC封装技术专利，相关的芯片智能财产权也申请达20项之多。在IEA的封装专利上，许多技术是在于如何降低封装、测试的成本，这也使的IEA的MEMS MIC的价格上拥有绝佳的竞争力。
此外，用MEMS工艺来制造麦克风，很大的一项诱因即是让麦克风的体积更为短小轻薄，现在IEA已能制出多种轻薄型的MEMS IC，尺寸上为4.72 x 3.76 x 1.25公厘、6.15 x 3.76 x 1.25公厘，甚至已能够达4 x 4 x 1.25公厘的超小型境界。且在体积精缩的同时仍不失精准性，在200Hz∼3kHz的频率内都能保有正负3dB的相对响应。
MEMS MIC的未来发展推估
往未来看，我个人认为MEMS MIC有以下的发展趋势：数字化、数组化、整合化。
在数字化方面，过往MEMS IC是对外输出模拟性的电子声信号，往后将逐渐转变成输出数字性的电子声信号，即如前述的MEMS IC内的ASIC部分将追加模拟数字转换的电路。
而数组化的发展趋势，过去1个MEMS MIC内只有1个探测声波的单体，未来单体数将会增加，即是1个MEMS MIC会有2个以上的声波探测单体，单体数愈多，转成数字信号后可透过比对性演算，让声音质量更为提升。事实上目前就有数组化麦克风(Array MIC)的趋势，只是现有作法是用多个封装，每个封装内各1个单体来实现数组化，往后将会是在单一封装内就实现数组化。
至于整合化，由于MEMS MIC在工艺尺寸上已接近集成电路、微电子电路，所以能轻易与其它功效芯片整合，未来同时性的影音通讯将愈来愈成熟普及，所以MEMS MIC很有可能与CMOS影像传感器(CMOS Image Sensor)一并整合，或者其它相关应用的整合，届时MEMS MIC将不再是独立封装，而将会与其它电子芯片一同封装，甚至在研制、生产时就实行一体性研发设计、一体性晶圆片生产。如此MEMS MIC将无所不在。
ECM的原理是将探测到的音波信号转换成电子信号，再将电子信号透过驻极连接到具缓冲性质(Buffer)的场效晶体管的闸极，以此将电波信号放大而得。
而MEMS MIC方面，内分成微机械性的MEMS部分与微电路性的ASIC部分，MEMS部分将探测到的音波信号转成电子信号，再将电子信号传送到ASIC部分，由ASIC的放大器将信号放大而得。
不过这只是概略原理，实际而言MEMS MIC还必须内建电荷泵，将工作电压进行调整，再将调整后的电压供应至MEMS部分，让MEMS部分能执行声、电转换的工作，同时ASIC部分要对外输出已电子化的声波信号。
进一步的，倘若信号要以数字方式输出，则ASIC部分还必须内建模拟数字转换器，且转换完成的数字信号会以串行方式输出，这时MEMS MIC必须有外部输入频率信号，才能确切对外输出数字化的电子声波信号。如此就不仅是一个MEMS MIC，而且还是一个数字化的MEMS MIC。
MEMS MIC前途似锦
很明显的，MEMS MIC远比传统ECM复杂，甚至较昂贵，但MEMS MIC却有着多项ECM所不及的优势，例如：可大量效率性生产；容易与其它功效的微电路整合；容易实现数字化；能承受回流焊接；质量一致且稳定性高；体积小，适合用在短小轻薄的应用设计中。
特别是「承受回流焊接」部分，IEA的MEMS MIC能承受摄氏260度的高温而不坏损，如此在电子制造加工上具有优势，包括过锡炉、解焊后重焊等都不用担心会坏损。正因为有种种超越传统ECM的优势，因此德国Darmstadt工业大学的教授，同时也是传统ECM麦克风的发明人：Sessler教授才会大胆预言：「再过若干年，人们将不再使用传统麦克风，取而代之的将全部是硅晶麦克风(即MEMS MIC)。」
主流技术为电容式探测
前面所言为MEMS MIC的整体原理，然在此要更仔细说明MEMS MIC的前端声波探测技术，目前的探测技术主要有5种：电容式、压电式、压阻式、光学式、微流式，5种方式各有其优缺点，例如压电式有热飘移效应的问题，在无信号时其零点准位并不精准；或如压阻式的灵敏性仍不足；光学式精度虽高但成本也高，眼前仅限于航天领域使用。所以，最适合大宗普及运用的是电容式，事实上传统ECM的探测原理也属电容式。
MEMS MIC的研制流程
了解MEMS MIC技术后，IEA自己在MEMS MIC方面的实际作法又是如何呢？首先，IEA先进行MEMS MIC的研发，包括MEMS部分的研发与AISC部分的研发，经过各种研制、测试、验证后，再将确定的MEMS设计、ASIC设计分别交付给专业的芯片代工业者生产，生产出MEMS芯片与ASIC芯片。IEA取回MEMS芯片与ASIC芯片后，再自行进行封装及测试，一旦封装、测试完成即可出货给客户。
在整个研制流程中，除了IEA自有的MEMS设计、ASIC设计外，封装方面也是IEA自有的技术，对此IEA已申请15项的MEMS MIC封装技术专利，相关的芯片智能财产权也申请达20项之多。在IEA的封装专利上，许多技术是在于如何降低封装、测试的成本，这也使的IEA的MEMS MIC的价格上拥有绝佳的竞争力。
此外，用MEMS工艺来制造麦克风，很大的一项诱因即是让麦克风的体积更为短小轻薄，现在IEA已能制出多种轻薄型的MEMS IC，尺寸上为4.72 x 3.76 x 1.25公厘、6.15 x 3.76 x 1.25公厘，甚至已能够达4 x 4 x 1.25公厘的超小型境界。且在体积精缩的同时仍不失精准性，在200Hz∼3kHz的频率内都能保有正负3dB的相对响应。
MEMS MIC的未来发展推估
往未来看，我个人认为MEMS MIC有以下的发展趋势：数字化、数组化、整合化。
在数字化方面，过往MEMS IC是对外输出模拟性的电子声信号，往后将逐渐转变成输出数字性的电子声信号，即如前述的MEMS IC内的ASIC部分将追加模拟数字转换的电路。
而数组化的发展趋势，过去1个MEMS MIC内只有1个探测声波的单体，未来单体数将会增加，即是1个MEMS MIC会有2个以上的声波探测单体，单体数愈多，转成数字信号后可透过比对性演算，让声音质量更为提升。事实上目前就有数组化麦克风(Array MIC)的趋势，只是现有作法是用多个封装，每个封装内各1个单体来实现数组化，往后将会是在单一封装内就实现数组化。
至于整合化，由于MEMS MIC在工艺尺寸上已接近集成电路、微电子电路，所以能轻易与其它功效芯片整合，未来同时性的影音通讯将愈来愈成熟普及，所以MEMS MIC很有可能与CMOS影像传感器(CMOS Image Sensor)一并整合，或者其它相关应用的整合，届时MEMS MIC将不再是独立封装，而将会与其它电子芯片一同封装，甚至在研制、生产时就实行一体性研发设计、一体性晶圆片生产。如此MEMS MIC将无所不在。
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