Infineon представила MEMS-микрофон повышенной чувствительности. Микрофон mems


Пьезоэлектрические MEMS-микрофоны значительно улучшат запись звука смартфонами

В рамках выставки MWC 2016 компании Infineon, AAC Technologies и стартап Vesper представили новое поколение микрофонов на основе микроэлектромеханических систем (MEMS) — пьезоэлектрические MEMS-микрофоны (в настоящее время распространены конденсаторные MEMS-микрофоны). Как водится, всё новое — это неоднократно проданное старое. Микрофоны на MEMS не являются чем-то новым. Главное их достоинство — это компактные размеры и возможность выпускать главные элементы микрофонов — MEMS-структуры — на полупроводниковых подложках подобно тому, как выпускаются традиционные микросхемы. Такие микрофоны в сборе представляют собой модули со сторонами два–три миллиметра. Это близкое к идеалу решение для установки в тонкие смартфоны. К сожалению, остаются потери в качестве записи звука, но более совершенные микрофоны попросту не поместятся в смартфон.

Пример MEMS-микрофона отдельно и в сборе (ADI)

Между тем новые модели мобильных устройств — смартфонов и планшетов — могут похвастаться прорывом в качестве записи видео, которое достигает разрешения 4K. Для полноты «картинки» микрофонам надо догонять в качестве записи. Новые микрофоны на матрицах MEMS с использованием в качестве фиксирующего звуковые волны элемента на базе пьезоэлектрика обещают наилучшее в индустрии соотношение сигнал/шум — на уровне 66 дБ, а также способность вести запись без искажений звука на уровне 135 дБ. Это выше болевого порога для человека, который установлен на отметке 130 дБ.

Пьезоэлектрические микрофоны тоже нельзя считать современным изобретением. Этому принципу записи много лет. Тем не менее в сочетании с матрицами MEMS — это прогрессивное решение. К другим несомненным достоинствам нового решения относится высокий уровень защиты от загрязнения и влаги. На стенде Vesper можно было увидеть пьезоэлектрический MEMS-микрофон, который не терял работоспособность даже при погружении в воду. Это тем более важно, так как вторая по числу негарантийных случаев поломка у смартфонов — это отказ микрофонов по причине загрязнения. Современные MEMS-микрофоны с конденсаторным элементом также подвержены этой напасти и требуют специальных мер для защиты.

Работа пьезоэлектрического MEMS-микрофона в ёмкости с водой (Vesper)

Наконец, особенности разработанной конструкции пьезоэлектрического MEMS-микрофона Vesper и компании Infineon позволяют с высокой точностью вести направленную запись. Это достигает как за счёт качеств самого микрофона, так и благодаря организации массива микрофонов. Кстати, для приложений с виртуальной реальностью точность позиционирования звука будет играть важную роль, поэтому пьезоэлектрические микрофоны могут прописаться в VR-системах.

Полупроводниковая пластина с MEMS-микрофонами (Infineon)

Производством пьезоэлектрических MEMS-микрофонов на уровне полупроводниковых пластин занимаются обе компании — Infineon (на своих заводах) и Vesper (на линиях компании GlobalFoundries). В то же время они не собираются выпускать готовые для установки в смартфоны модули. Компания Vesper поставляет пластины с MEMS-микрофонами гонконгской компании AAC Technologies, а та, в свою очередь, продаёт готовые микрофоны китайским клиентам и компании Apple. Немецкая Infineon поставляет пластины с MEMS-микрофонами компаниям AAC, Goertek, Hosiden и BSE. Отметим, у Infineon больше шансов захватить значительный кусок нового рынка, чем у кого-то другого.

Источник:

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

3dnews.ru

Infineon представила MEMS-микрофон повышенной чувствительности

Технологии распознавания речи становятся обыденностью. «Умные» колонки Amazon Echo или Google Home, голосовые ассистенты Apple или Samsung, а также многие другие решения из этой области сильно зависят от качества записи звука и, прежде всего, от микрофонов. Когда производители научились делать их на основе микроэлектромеханических матриц MEMS, микрофоны значительно выиграли в характеристиках и снизили себестоимость. Дальше дело за малым — улучшать технологию производства микрофонов MEMS и совершенствовать их параметры, чем, собственно, активно занялась немецкая компания Infineon.

MEMS микрофон (Infineon Technologies AG)

Свежим пресс-релизом производитель заявил, что подготовил к массовому производству высокопроизводительные MEMS-микрофоны с улучшенным соотношением сигнал/шум (SNR). Это означает, что повышена чувствительность микрофонов. Новые микрофоны Infineon улучшили параметр SNR на 6 дБ и подняли его до уровня 70 дБ. На практике это означает, что дистанция безошибочного распознавания голоса между человеком и устройством (микрофоном) может быть удвоена или запись может вестись без искажения с пониженным уровнем громкости.

Сравнение коэффициента гармонических искажения новых MEMS-микрофонов Infineon с конкурирующей продукцией (http://electronicsmaker.com)

Частотные характеристики микрофона также превосходны. Суммарный коэффициент гармонических искажения до уровня 135 дБ не превышает 10 % (Total Harmonic Distortion, THD), оставаясь ниже 1 % до отметки 130 дБ. Конкурентов этому решению нет, уверены в Infineon. Смартфон с таким микрофоном без искажения или с минимальными искажениями запишет всё: от рок-концерта до журчания ручья.

«Классическая» схема конденсаторного микрофона и схема микрофона Infineon с двумя электродами (http://electronicsmaker.com)

Секрет высокой чувствительности MEMS микрофона Infineon заключается в его строении. Обычные конденсаторные микрофоны (включая MEMS) состоят из заряженной подвижной мембраны и жёсткого электрода. Колебания мембраны под воздействием звука ведут к изменению ёмкости «таблетки» и к изменениям амплитуды и полярности напряжения на её контактах. Встроенный в микрофон чип либо обрабатывает аналоговый сигнал (если микрофон аналоговый), либо с помощью ЦАП переводит его в «цифру», если микрофон цифровой.

Микрофон MEMS Infineon состоит из двух неподвижных электродов вместо одного с диафрагмой посередине (http://electronicsmaker.com)

В микрофоне Infineon два неподвижных электрода с мембраной посередине. Это позволяет генерировать два полярных сигнала и лучше фильтровать помехи и бороться с искажениями. Также микрофон с двойным электродом лучше защищён от повреждений при резких перепадах давления во время падений устройства и лучше ведёт себя при работе во время сильного ветра.

Наконец, новые микрофоны имеют настолько небольшой разброс параметров, что они прекрасно согласовываются при создании массивов микрофонов для направленной записи звука. Разброс в чувствительности не превышает 1 дБ, а фазовый разброс — не более 2 градусов. Габариты микрофонов, кстати, составляют всего 4 × 3 × 1,2 мм. Рабочие образцы микрофонов компания начнёт рассылать в четвёртом квартале 2017 года с началом массового производства в первом квартале 2018 года.

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

3dnews.ru

MEMS Microphones - What's All The Noise About?

The market for MEMS microphones has been growing rapidly in recent years for a variety of applications, primarily mobile devices, but also other products such as hearing aids, Bluetooth headsets, “digital assistants” (like Amazon Echo / Google Home) and increasingly in cars. According to IHS Inc, more than four billion MEMS microphones will ship in 2016, and will reach almost six billion units annually by 2019[1]. Microphones in smartphones today do more than capture voice for transmission. They also work as audio sensors in a very low power mode to support voice activation and they provide high quality audio when the phone is used for video recording.

Compared to traditional Electret Condenser Microphones (ECM), MEMS microphones tend to offer a smaller footprint/thickness, a high signal to noise ratio (SNR), lower power consumption and are easier to integrate into a semiconductor package that unlike ECMs then lends itself to automated PCB assembly. Their reduced size allows arrays of multiple MEMS microphones to be used in small products like mobile phones or Bluetooth headsets to recognize sound directionality and most importantly to provide noise cancellation capability. Silicon MEMS microphones also offer greater immunity to radio-frequency interference (RFI) and electromagnetic interference (EMI), and they can withstand the high temperatures of a surface-mount technology (SMT) process.

Types of MEMS Microphone

MEMS Condenser (capacitive) Microphones 

The first capacitive, or condenser, microphones were developed at Bell Labs in 1916.  Traditional condenser microphones are air gap capacitors with a back-plate and a flexible diaphragm.  Modern capacitive MEMS microphones operate on the same principle and are basically miniaturized condenser microphones manufactured in a silicon wafer process.  Capacitive microphones use two or three plates, a diaphragm and one or two back-plates, that form an air gap capacitor that has a high bias charge. When the diaphragm moves in response to sound, the capacitance changes and the resulting voltage is amplified. 

Fig 1 Capacitive MEMS microphone principles: A) Single back-plate and B) Dual back-plate. [Source: Infineon]

The dual back-plate design[2] produces a differential (compared to single-ended) output, which minimizes distortion due to its symmetrical construction. A differential element is also more readily managed through the audio processing chain, which potentially reduces power requirements for the accompanying ASIC. It also reduces RF interference, resulting in fewer signal processing steps.

Capacitive MEMS microphones use many of the processes which SPTS has been providing to the MEMS industry for decades. SPTS’s silicon DRIE process is used to create the large air cavity, where our Rapier plasma etch system offers a high silicon etch rate (typically between 10-25µm/min, depending on a customer’s sidewall roughness and profile requirements) which delivers a high wafer throughput.

SPTS’s dry vapor HF or xenon difluoride etch processes can be used to etch sacrificial layers which define the smaller air gap between the membrane and back-plate(s), without the risk of stiction between the two remaining surfaces.  Our PECVD solutions can be used for the deposition of sacrificial oxide layers, and also offer excellent stress control of the deposited films which form the diaphragm.

Fig 2 400µm deep cavity etch. Silicon etch rate of 12µm/min (26% open area)

Piezoelectric MEMS Microphones

A piezoMEMS microphone uses the piezoelectric effect of specific materials, such as aluminium nitride (AlN), which generates an electrical signal when the diaphragm made of such material is deformed by a sound wave. 

Fig 3 PiezoMEMS microphone [Source: Vesper]

Without an enclosed air gap, acoustic damping (a major source of noise in capacitive microphones) is eliminated, and recent developments using scandium-doped AlN promise a significant improvement in SNR over capacitive MEMS microphones. At the same time they are more robust and less susceptible to degradation over time because piezoMEMS microphones lack the small capacitive gap that is sensitive to dust or moisture.  In addition, the leading piezoMEMS microphone manufacturer, Vesper, explains[3] “whereas capacitive systems have to be constantly on, listening for keywords such as ‘Alexa’ or ‘Siri’, piezoMEMS microphones do not have a charge pump, and so have a very fast startup time. They can therefore do duty cycles very rapidly when in ‘always listening’ mode, allowing up to 90% reduction in power usage.” Earlier this year (2016), Vesper announced a new “quiescent-sensing” microphone[4] which actually uses the power of the piezo element itself to turn on the microphone. This means there will be the potential to have a multitude of voice sensors in a device without any power penalty. This opens up a lot of new applications where currently infrequent use and a constant power drain make voice-control impractical in battery powered devices.

In the case of piezoMEMS, the properties of the AlN film are of paramount importance, so in addition to the standard etch and deposition processes common with capacitive microphones, deposition of a high quality piezoelectric film and associated metal electrodes is of the utmost importance.  SPTS has been depositing AlN films using their Sigma® PVD system for almost 20 years.  We are the market-leader in the PVD of AlN films for a host of applications which include BAW filters, silicon oscillators, energy harvesters and various sensors/actuators.  For piezoMEMS, the piezoelectric efficiency is very dependent on the “texture” of the deposited AlN.  Utilizing Sigma’s “Soft Etch” Module and a patented pre-treatment of the oxide underlayer prior to AlN deposition, it is possible to improve the texture of the AlN (i.e. lower FWHM* to < 1.5°) and therefore improve the piezoelectric properties of the film.  We also offer patent-protected Sigma® technology to ensure superior film thickness uniformity and stress control. 

In addition to our PVD technology, SPTS also offers optimized etch processes for AlN in our ICP or SynapseTM plasma sources.  For PZT, we recommend using the SynapseTM source which has a plasma density 10x greater than a conventional ICP source, and has been designed specifically for materials which are difficult to etch in using standard ICP processes.

Summary

With the evolution of smartphones and many new voice-activated products, the demand for smaller, energy-efficient microphones is expected to continue to grow rapidly over the next few years.  SPTS’s etch and deposition technologies offer makers of both capacitive and piezo-based MEMS microphones the process capabilities they require throughout the production process. For more information on AlN deposition for microphones and other PiezoMEMS products, click here.

 

*FWHM = Full Width Half Maximum – This is a measure of the spread of x-ray diffraction (XRD) from a sample. A perfect crystal will produce a very sharp peak (i.e a very low FWHM), while defects like dislocations, mis-aligned grains and curvature due to non-uniform deposition, will result in a broader XRD curve and a higher FWHM

 

To download the app brief, click here: 

References

[1] http://press.ihs.com/press-release/apple-products-are-driving-market-growth-mems-microphones-ihs-says

[2] http://www.analog-eetimes.com/news/mems-microphone-design-better-audio

[3] http://www.i-micronews.com/mems-sensors/7737-a-new-wave-of-mems-microphones-vesper-introduces-piezoelectric-mems-microphones.html?

[4] http://vespermems.com/press/vesper-demonstrates-first-commercial-quiescent-sensing-mems-device-consumer-products/

www.spts.com

Survey of MEMS Microphone Technology

Contributed by: Sinjin Dixon-Warren

MEMS microphones appear in smartphone and tablet products from all the major suppliers, including in Apple and Samsung products. According to IHS, Apple is a major driver for MEMS microphone product growth. The iPhone 6, for example, contains three MEMS microphones, while the iPhone 6s contains four. The need for three or four microphones is driven by hands-free calling, voice commands for Siri, better audio fidelity in video recording, noise cancellation, and improved call and recording performance.

Knowles is the leading manufacturer of MEMS microphone technology in the market today, with about 59% market share for packaged devices, according to IHS. They are the major supplier for both Apple and Samsung. Chipworks has catalogued the components found inside nearly 80 samples of the iPhone 6 product family and we have found design wins from Knowles in 42% of the samples; from two Asian suppliers, AAC Technologies and GoerTek Inc in 31% and 17% of the samples, respectively, and from STMicroelectronics in 10% of the samples. It would appear that MEMS microphones are now a commodity product and that Apple is able to source equivalent devices from multiple vendors.

 

Knowles has been making MEMS microphones for over 10 years. In 2006, Chipworks analyzed one of their early products, the SP0103BE3 [1]. This device features a MEMS microphone die that was 1.6 mm square and featured a single 0.65 mm diameter diaphragm, with s2.14 die markings. The microphone diaphragm occupied only 13% of the die area in this early Knowles microphone. 

 

(Click to enlarge)

Knowles has been progressively shrinking the size of the MEMS microphone dies down to about 1 mm square, while keeping the size of the MEMS diaphragm constant. Recently, they have been adding additional diaphragms. The Knowles KSM1 and KMM1 microphones, found in recent iPhone 6 phones, feature two 0.64 mm diameter MEMS diaphragms on a single die. The die is 1.1 mm x 1.7 mm and the two active MEMS diaphragms occupy nearly 35% of the die area, which is more than double the percentage in the 2006 SP0103BE3 device.

Chipworks has also seen Knowles devices with four microphone diaphragms on a single die, such as the Knowles K0614 found in the iPhone 5, where the microphone diaphragms occupy 36% of the die. All the Knowles microphones are based on capacitive sensing with two thin polysilicon plates forming the MEMS diaphragm [1] [2]. According to Yole, Knowles uses Sony to fabricate their microphone dies using six-inch wafers. The 1.1 mm x 1.7 mm die size would yield about 7,700 die per wafer.

 

 

The iPhone 6 product family also includes microphones made by AAC Technologies and GoerTek. In all cases, these manufacturers use 1.4 mm x 1.4 mm MEMS dies fabricated by Infineon. The MEMS diaphragm is larger than on the Knowles devices, at 1.0 mm in diameter, corresponding to 40% of the die area.

Chipworks analyzed an earlier version of the Infineon microphone in 2008. The Infineon MEMS microphone uses capacitive sensing and was also fabricated with a two-poly process, but the top poly back plate was thicker than the poly 1 flexible plate of the MEMS diaphragm [3] [4].

 

STMicroelectronics’ MEMS microphones were found in about 10% of the iPhone 6 products analyzed. The STMicroelectronics microphone modules feature MEMS microphone dies fabricated by Omron. The 1.3 mm x 1.4 mm Omron die features an unusual 0.73 mm square MEMS microphone diaphragm, which occupies approximately 29% of the die area.

 

Exploring the genealogy trees for products, components and dies is effortless with the genealogy feature of Inside Technology. From form factors and process nodes to foundries and libraries, Inside Technology reveals why today's winning consumer products are using the hottest components. 

For example, a search for the iPhone 6 reveals that the MG4P2LL/A model use GoerTek, Knowles, and AAC Technologies MEMS microphones. Inside Technology also provides images, schematics and reports; compare components; navigate the hierarchy of product/component/die relationships; and much more.  See how it’s done. 

MEMS microphones are a relatively mature semiconductor product. Capacitive sensing is used by all the major vendors and there continues to be considerable innovation in the ASIC circuitry required to sense the tiny MEMS microphone signal. The market is dominated by Knowles, with Infineon also commanding significant market share for the MEMS die fabrication. Infineon no longer makes their own MEMS microphone solution, but rather serves as a foundry source for several other vendors. STMicroelectronics, InvenSense (who purchased Analog Devices microphone [5] business), and Akustica [6] (owned by Bosch) are relatively minor players in this market.

References
  1. “Knowles Acoustics SP0103BE3 Zero Height Amplified SiSonic™ Microphone Process Review,” Chipworks, PPR-0608-801
  2. “Knowles Acoustics KSM1 SiSonicTM MEMS Microphone from the iPhone 6 Module 3: MEMS Structural Analysis,” Chipworks, MPR-1603-802-03
  3. “Infineon SMM310E6433XT Integrated Silicon Microphone MEMS Process Review,” Chipworks, MPR-0804-801
  4. “AAC Technologies 00ALP3 MEMS Microphone with Infineon E2222K MEMS Die MEMS Process Analysis,” Chipworks, CWR-1512-902
  5. “Analog Devices ADMP403 MEMS Microphone Package Analysis,” Chipworks, PKG-1005-901
  6. “Akustica AKU2000 MEMS Microphone MEMS Process Review,” Chipworks, MPR-0704-802

www.chipworks.com

Infineon представила MEMS-микрофон повышенной чувствительности

Технологии распознавания речи становятся обыденностью. «Умные» колонки Amazon Echo или Google Home, голосовые ассистенты Apple или Samsung, а также многие другие решения из этой области сильно зависят от качества записи звука и, прежде всего, от микрофонов. Когда производители научились делать их на основе микроэлектромеханических матриц MEMS, микрофоны значительно выиграли в характеристиках и снизили себестоимость. Дальше дело за малым — улучшать технологию производства микрофонов MEMS и совершенствовать их параметры, чем, собственно, активно занялась немецкая компания Infineon.

MEMS микрофон (Infineon Technologies AG)

Свежим пресс-релизом производитель заявил, что подготовил к массовому производству высокопроизводительные MEMS-микрофоны с улучшенным соотношением сигнал/шум (SNR). Это означает, что повышена чувствительность микрофонов. Новые микрофоны Infineon улучшили параметр SNR на 6 дБ и подняли его до уровня 70 дБ. На практике это означает, что дистанция безошибочного распознавания голоса между человеком и устройством (микрофоном) может быть удвоена или запись может вестись без искажения с пониженным уровнем громкости.

Сравнение коэффициента гармонических искажения новых MEMS-микрофонов Infineon с конкурирующей продукцией (http://electronicsmaker.com)

Частотные характеристики микрофона также превосходны. Суммарный коэффициент гармонических искажения до уровня 135 дБ не превышает 10 % (Total Harmonic Distortion, THD), оставаясь ниже 1 % до отметки 130 дБ. Конкурентов этому решению нет, уверены в Infineon. Смартфон с таким микрофоном без искажения или с минимальными искажениями запишет всё: от рок-концерта до журчания ручья.

«Классическая» схема конденсаторного микрофона и схема микрофона Infineon с двумя электродами (http://electronicsmaker.com)

Секрет высокой чувствительности MEMS микрофона Infineon заключается в его строении. Обычные конденсаторные микрофоны (включая MEMS) состоят из заряженной подвижной мембраны и жёсткого электрода. Колебания мембраны под воздействием звука ведут к изменению ёмкости «таблетки» и к изменениям амплитуды и полярности напряжения на её контактах. Встроенный в микрофон чип либо обрабатывает аналоговый сигнал (если микрофон аналоговый), либо с помощью ЦАП переводит его в «цифру», если микрофон цифровой.

Микрофон MEMS Infineon состоит из двух неподвижных электродов вместо одного с диафрагмой посередине (http://electronicsmaker.com)

В микрофоне Infineon два неподвижных электрода с мембраной посередине. Это позволяет генерировать два полярных сигнала и лучше фильтровать помехи и бороться с искажениями. Также микрофон с двойным электродом лучше защищён от повреждений при резких перепадах давления во время падений устройства и лучше ведёт себя при работе во время сильного ветра.

Наконец, новые микрофоны имеют настолько небольшой разброс параметров, что они прекрасно согласовываются при создании массивов микрофонов для направленной записи звука. Разброс в чувствительности не превышает 1 дБ, а фазовый разброс — не более 2 градусов. Габариты микрофонов, кстати, составляют всего 4 × 3 × 1,2 мм. Рабочие образцы микрофонов компания начнёт рассылать в четвёртом квартале 2017 года с началом массового производства в первом квартале 2018 года.

se7en.ws

Микрофоны на основе технологии MEMS для поверхностного монта

Джефри С. Нью

Микрофоны на основе технологии MEMS для поверхностного монтажа

Технология MEMS (Micro Electro Mechanical Systems - электромеханические микросистемы) - это изготовление электромеханических устройств методами полупроводниковой технологии. Традиционно на кремниевой подложке создаются проводящие дорожки для создания электрических соединений внутри микросхем. В дополнение к этому, MEMS преобразует кремний в механически движущиеся части. За последнее десятилетие использование этого процесса в производстве все более расширяется. Например, автомобильный рынок использует MEMS-акселерометры как датчики аварий для срабатывания защитных подушек безопасности. На базе MEMS-технологии фирмы Knowles Acoustics выпустила микрофоны SiSonic в конструктивном исполнении для поверхностного монтажа.

Как работает MEMS-микрофон?

Совершенствование процесса MEMS привело к созданию миниатюрного дешевого микрофона с высокими параметрами. В некоторых приложениях такой прибор обеспечивает определенные преимущества над традиционными электретными микрофонами (ECM). Путем нанесения и травления полупроводникового материала на кремниевой подложке формируется конденсатор, являющийся основой микрофона. Как и обычный электретный микрофон, MEMS-микрофон состоит из гибкой диафрагмы, жесткой подложки и демпфирующего отверстия с электрическим зарядом на подложке. Диафрагма находится в непосредственной близости от подложки, образуя конденсатор. Под воздействием звукового давления диафрагма движется, при этом изменяется емкость между ней и подложкой. Эти изменения измеряются и выводятся в виде электрического сигнала.

Если отвлечься от процесса формирования кремния, то основное различие между ECM и кремниевым микрофоном заключается в том, как поддерживается заряд на подложке. В ECM заряд подложки формируется в процессе изготовления. Если по какой-либо причине заряд уменьшится или исчезнет, то динамический отклик микрофона быстро деградирует. Чаще всего деградация вызывается перегревом. По этой причине ECM-микрофоны не применяются при температуре свыше 85 градусов и не могут быть припаяны в процессе автоматического поверхностного монтажа. Кремниевый микрофон после изготовления не имеет заряда. Заряд при напряжении 12 В закачивается в подложку с помощью КМОП-схемы. Микросхема поддерживает этот заряд, когда микрофон активирован.

Традиционно электретные микрофоны используются в беспроводных приложениях, поскольку обеспечивают высокую чувствительность благодаря гибкой диафрагме большого размера (обычно 6 мм). Если уменьшать размер ECM-микрофона, его чувствительность очень быстро падает. Микрофоны для поверхностного монтажа фирмы Knowles Acoustics обеспечивают высокую чувствительность (-42 дБВ) даже с диафрагмой диаметром 0,5 мм. Это обеспечивается благодаря запатентованной свободно плавающей диафрагме. Малый размер диафрагмы обеспечивает значительное снижение размеров и стоимости, поскольку тысячи микрофонов могут быть сделаны из одной кремниевой пластины.

Выбор корпуса

Конструкции корпусов кремниевых микрофонов должны удовлетворять многим требованиям: иметь малые размеры, низкую стоимость, высокую степень воспроизводимости при производстве, гибкость при изменении дизайна. Корпус должен также обеспечивать решение типичной для портативных устройств проблемы - защиты от электромагнитных наводок. Разработанный корпус отвечает не только всем указанным требованиям, но даже превышает некоторые из них. Микрофон в сборке (КМОП + MEMS) заключен в легко собираемый корпус на металлической плате для создания эффекта клетки Фарадея. На подложке смонтированы фильтрующие конденсаторы для защиты от наводок. Такой подход также обеспечивает определенную гибкость конструкции для того, чтобы менять размер корпуса, обеспечить возможность извлечения микрофонного кубика, использования влагозащитной крышки, установки заказной КМОП ИМС с фильтрами, усилителем сигнала и АЦП, а также изменения размера или места акустического порта в случае изменения функций микрофона.

Корпус выдерживает температуру до 100 градусов в непрерывном режиме и может быть подвергнут нагреванию в процессе пайки в типичных для линий поверхностного монтажа условиях. Если необходимо, можно расширить диапазон температур работы и хранения свыше 100 градусов путем использования высокотемпературного материала подложки. С данным корпусом микрофон обеспечивает плоскую частотную характеристику в звуковом диапазоне от 100 Гц до 10 кГц.

Следует заметить, что после напайки на плату микрофон не должен подвергаться промывке. Если производитель промывает плату, то возникает риск попадания раствора в акустическую часть. Некоторые производители вс╦ ещ╦ промывают свои платы после пайки для удаления излишков флюса. Этого можно избежать на линиях высокопроизводительной сборки, на которых используется флюс, не требующий очистки.

Какие проблемы решает кремниевый микрофон?

Кремниевые микрофоны фирмы Knowles Acoustics предназначены для поверхностного монтажа. Поскольку традиционный микрофон не может быть припаян в стандартном процессе пайки на линии, были разработаны различные методы ручной установки, например:

ручная пайка на печатную плату; ручная пайка к гибким проводникам, которые присоединяются к золоченым контактам на печатной плате; ручная установка не впаиваемого микрофона с помощью проводящей гибкой втулки с последующим прижатием к плате; ручная установка не впаиваемого микрофона в штырьковый разъем с прижатием к плате; ручная установка не впаиваемого микрофона в подпружиненную чашечку с прижатием к плате.

Ни один из перечисленный подходов не является идеальным. В примере с ручной пайкой микрофон необходимо дополнительно тестировать для того, чтобы убедиться, что в процессе пайки он не был поврежден. В силу своей природы, пайка не на линии увеличивает стоимость производства. Кроме того, выход годных изделий в таком процессе меньше 100%, иначе не требовалось бы тестирование после пайки. Это означает переделку или отбраковку печатной платы.

Микрофон Knowles Acoustics мал по размерам. По сравнению с 6-мм микрофоном, кремниевому микрофону требуется более чем на 20% меньше места на передней стороне платы. Поскольку он предназначен для поверхностного монтажа, то использует только переднюю сторону платы. Обычный же микрофон ECM устанавливается в отверстие, поэтому занимает место на обеих сторонах платы. Кремниевый микрофон имеет также на треть меньшую высоту, чем стандартные 2,2 мм у используемого в настоящее время микрофона.

По сравнению с другими схемами подключения микрофона без пайки через разъемы, выигрыш в использовании места оказывается ещ╦ большим. Кремниевый микрофон требует на 40% меньше места и не более половины высоты современных микрофонов. Кроме того, микрофон Emkay позволяет устранить дополнительную деталь - разъем. Наконец, микрофон с ручной установкой не всегда имеет надежный электрический контакт. При этом сигнал от микрофона будет слабым, и произойдет потеря чувствительности.

Кремниевый микрофон Knowles Acoustics очень устойчив к воздействию окружающей среды. Он может противостоять температуре до 100 градусов, в то время как микрофоны по существующей технологии не могут противостоять температуре свыше 85 градусов. Превышение этой температуры может привести к потере микрофоном ECM своего заряда и чувствительности. Далее, кремниевый микрофон высоко устойчив к ударам. Микрофоны ECM известны своими отказами при повторяющихся ударах. Кремниевый микрофон разработан так, что в состоянии противостоять ударам до 5000g. Наконец, чувствительность микрофона к вибрациям зависит от массы диафрагмы микрофона. В кремниевом микрофоне масса диафрагмы намного меньше, чем в стандартном микрофоне, поэтому он не в такой степени подвержен действию вибраций. В портативных устройствах типа сотовых телефонов, PDA и ноутбуках вибрации могут оказывать большой эффект на качество акустики.

Оптимальные области применения кремниевых микрофонов

Сотовые и WAP-телефоны, PDA, ноутбуки и аудиоаппаратуру логично считать основным массовым рынком. Эти приборы выпускаются в большом объеме и именно для них выгодно применение кремниевых микрофонов поверхностного монтажа. Производители этих товаров затрачивают внушительные суммы на дополнительные детали, внепоточную сборку и ручную работу.

Для этих же производителей весьма существенна и экономия места. Разработчики продолжают увеличивать функциональность, одновременно снижая размеры. Хорошим примером служат ПДА. Внутри типичного ПДА вс╦ место буквально заполнено и, если изготовитель захочет добавить туда микрофон, то сделать это с EMC-микрофоном будет гораздо труднее, чем с кремниевым.

Температурный диапазон, устойчивость к ударам и чувствительность к вибрациям являются проблемой большинства портативных приборов. Когда люди оставляют сотовый телефон в автомобиле, стоящем на солнце, температура внутри кабины легко превышает 85 градусов, явно за границей допустимого диапазона для обычного микрофона ECM, и возникает проблема с надежностью. Не так уж редко мобильные телефоны роняют на асфальт. Большинство аппаратов подвергаются таким ударам хотя бы раз, а некоторые и многократно. Наконец, вибрации постоянно сопровождают все портативные приборы. Влияние всех этих воздействий может быть существенно ослаблено с использованием кремниевых микрофонов.

housea.ru

Infineon представила MEMS-микрофон повышенной чувствительности - Блоги

Технологии распознавания речи становятся обыденностью. «Умные» колонки Amazon Echo или Google Home, голосовые ассистенты Apple или Samsung, а также многие другие решения из этой области сильно зависят от качества записи звука и, прежде всего, от микрофонов. Когда производители научились делать их на основе микроэлектромеханических матриц MEMS, микрофоны значительно выиграли в характеристиках и снизили себестоимость. Дальше дело за малым — улучшать технологию производства микрофонов MEMS и совершенствовать их параметры, чем, собственно, активно занялась немецкая компания Infineon.

MEMS микрофон (Infineon Technologies AG)Свежим пресс-релизом производитель заявил, что подготовил к массовому производству высокопроизводительные MEMS-микрофоны с улучшенным соотношением сигнал/шум (SNR). Это означает, что повышена чувствительность микрофонов. Новые микрофоны Infineon улучшили параметр SNR на 6 дБ и подняли его до уровня 70 дБ. На практике это означает, что дистанция безошибочного распознавания голоса между человеком и устройством (микрофоном) может быть удвоена или запись может вестись без искажения с пониженным уровнем громкости.

electronicsmaker.com)">

Сравнение коэффициента гармонических искажения новых MEMS-микрофонов Infineon с конкурирующей продукцией (electronicsmaker.com)Частотные характеристики микрофона также превосходны. Суммарный коэффициент гармонических искажения до уровня 135 дБ не превышает 10 % (Total Harmonic Distortion, THD), оставаясь ниже 1 % до отметки 130 дБ. Конкурентов этому решению нет, уверены в Infineon. Смартфон с таким микрофоном без искажения или с минимальными искажениями запишет всё: от рок-концерта до журчания ручья.

electronicsmaker.com)">

«Классическая» схема конденсаторного микрофона и схема микрофона Infineon с двумя электродами (electronicsmaker.com)Секрет высокой чувствительности MEMS микрофона Infineon заключается в его строении. Обычные конденсаторные микрофоны (включая MEMS) состоят из заряженной подвижной мембраны и жёсткого электрода. Колебания мембраны под воздействием звука ведут к изменению ёмкости «таблетки» и к изменениям амплитуды и полярности напряжения на её контактах. Встроенный в микрофон чип либо обрабатывает аналоговый сигнал (если микрофон аналоговый), либо с помощью ЦАП переводит его в «цифру», если микрофон цифровой.

electronicsmaker.com)">

Микрофон MEMS Infineon состоит из двух неподвижных электродов вместо одного с диафрагмой посередине (electronicsmaker.com)В микрофоне Infineon два неподвижных электрода с мембраной посередине. Это позволяет генерировать два полярных сигнала и лучше фильтровать помехи и бороться с искажениями. Также микрофон с двойным электродом лучше защищён от повреждений при резких перепадах давления во время падений устройства и лучше ведёт себя при работе во время сильного ветра.Наконец, новые микрофоны имеют настолько небольшой разброс параметров, что они прекрасно согласовываются при создании массивов микрофонов для направленной записи звука. Разброс в чувствительности не превышает 1 дБ, а фазовый разброс — не более 2 градусов. Габариты микрофонов, кстати, составляют всего 4 × 3 × 1,2 мм. Рабочие образцы микрофонов компания начнёт рассылать в четвёртом квартале 2017 года с началом массового производства в первом квартале 2018 года.

 пожаловаться

www.playground.ru


Смотрите также