MEMS麥克風
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
MEMS麥克風的實例教程
該示例問題演示了如何分析硅微加工麥克風的響應
使用聲學單元和靜電結構耦合場單元。
重點介紹了以下特性和功能：
• 三維聲學單元
• 聲學單元變形
• 三維靜電結構單元
• 線性擾動
介紹
大多數數字設備，如手機和平板電腦，都包括一個甚至幾個麥克風。微機電系統（MEMS）技術由于其微型尺寸（毫米），對于設計這些產品非常有用。
MEMS麥克風遵循電容原理。它由兩個硅基電極組成，由一個薄氣隙隔開；一個電極是剛性的（稱為背板），另一個是在聲壓下偏轉的膜。氣隙充當電極之間的介電材料，電容隨電極之間的距離而變化。
本示例說明了如何分析電容式MEMS麥克風的響應。
問題描述
下圖顯示了MEMS麥克風的幾何結構：
麥克風由一個聲音端口組成，壓力波從該端口進入并到達膜。硅移動膜的直徑為0.6 mm，厚度為0.5μm，并且包含允許麥克風兩側壓力通風的孔。這個膜與剛性背板之間的氣隙為2.2μm（尺寸取自Czarny）。背板包含穿孔，這些穿孔在膜兩側和殼體空腔上的壓力分布中發揮作用，這也是聲學設計的一部分。
建模
結構的三維模型在ANSYS DesignModeler中創建，并用實體單元劃分網格。
結構體使用SOLID185單元。聲學空腔（聲端口、氣隙和殼體空腔）用FLUID30單元建模。氣隙用使用彈性空氣選項（KEYOPT（4）＝1）的SOLID226靜電結構單元（KEYOPT（1）＝1001）的一個單元層劃分網格。
材料和接觸屬性
結構材料屬性如下：
聲學材料屬性如下：
1. 根據低減縮頻率（LRF）近似，對于特定結構，考慮了粘性流體中的聲壓波與剛性壁之間的相互作用。
展開 這些是系統能夠獲得用戶青睞的基礎，比如前文提到的警報系統，其覆蓋范圍有多廣，以及麥克風信噪比表現如何，都是影響這套警報系統具體實現的基礎。這里我們選擇英飛凌一些比較有代表性的傳感器談一談。
1.MEMS麥克風
在更早期的市場上，英飛凌主要為Goertek、AAC Technologies這樣的企業提供MEMS麥克風裸die，不過如今英飛凌自己開始涉足完整的MEMS麥克風產品，以高信噪比密封雙薄膜MEMS麥克風(high SNR sealed dual-membrane MEMS microphone)的形態存在，這可能與這部分市場的高速增長有關。
從統計機構的數據來看，英飛凌MEMS麥克風die的市場份額變化情況如上圖所示，目前其整體市場份額在37%左右。其應用場景涵蓋了語音識別、音頻錄制、語音通訊、主動降噪等。以TWS耳機如今的火熱便不難想見，MEMS麥克風市場有多火。這類產品在手機、平板、筆記本、可穿戴設備、智能家居中的廣泛應用自不必多說。
我們在英飛凌的一則宣傳視頻中看到，其MEMS麥克風應用場景，除了正常音量向智能音箱發出“播放音樂”這樣的指令;當屋內有人在睡覺，那么以很輕的耳語發出指令“關燈”，一樣可以讓智能家居做出響應。英飛凌在描述中提到，在小聲說話場景下，其“命中率”高出至多40%;另外遠距離識別場景，命中率高出至多25%——比如從廚房向起居室中的智能音箱發出指令。
展開 在3月初舉辦的2023年中國MEMS制造大會（China MEMS 2023）上，公布了“2021中國MEMS十強企業”名單。該名單由中國半導體行業協會根據行業季度統計報表及各地方協會統計數據評選出。
今天我們就借用智慧芽研發情報庫，從技術研發的角度分析下這十家中國MEMS頭部企業各自的技術發展路線。（文章內企業排名不分先后）
一、歌爾微電子股份有限公司
歌爾微電子成立于2017年，前身為歌爾股份有限公司微電子事業群，2021年變更為歌爾微電子股份有限公司。該公司是一家以MEMS器件及微系統模組研發、生產與銷售為主的半導體公司，業務涵蓋芯片設計、產品開發、封裝測試和系統應用等產業鏈關鍵環節，可為客戶提供“芯片+器件+模組”的一站式產品解決方案。
從技術上看，歌爾微電子近幾年的技術主要布局于傳感器、麥克風、壓電陶瓷、聲能轉換等細分技術領域，致力于提高MEMS麥克風信噪比、改善MEMS麥克風聲學性能、實現MEMS麥克風定位功能等。
二、瑞聲聲學科技（深圳）有限公司
瑞聲科技成立于1993年，在聲學、光學、觸感、傳感器及半導體、精密制造等領域擁有強大的綜合競爭力，致力于為智能設備提供領先的微型專有技術解決方案，在聲學、光學、觸覺反饋、精密制造、微機電、無線射頻和天線領域擁有材料研發、仿真、算法、設計、自動化以及工藝開發等尖端技術。
從技術上看，瑞聲科技近幾年的技術主要布局于電聲轉換、麥克風、發聲器件、揚聲器等細分技術領域，致力于提高麥克風靈敏度、提升發聲器件聲學性能、提高麥克風可靠性等。
三、河北美泰電子科技有限公司
美泰科技成立于2011年，隸屬于大型央企中國電科，致力于MEMS器件與系統的研發、生產和銷售。
展開 汽車電子委員會（AEC）根據車載MEMS特性制定出最新標準AEC-Q103，由于之前MEMS微機電系統做車規認證一直是參照AEC-Q100，此次制定的標準無疑是為行業提供了更具針對性的要求，對于MEMS做車規級認證也更加合理。AECQ103的制定標準為車規傳感器行業提供了更具針對性的要求，完善并且提高了對于車載傳感器的測試標準。下圖是AECQ103驗證流程：
AEC-Q103 是針對汽車傳感器的應力測試標準。
產品范圍：MEMS壓力傳感器、MEMS麥克風、氧傳感器、溫度傳感器、空氣流量傳感器、爆震傳感器、速度傳感器、轉速傳感器、ABS傳感器、觸發碰撞傳感器、防護碰撞傳感器、轉矩傳感器、液壓傳感器等。
華碧實驗室以強大的技術研發團隊、先進的全套檢測設備和豐富的實戰經驗為客戶提供傳感器測試、評估、質量認證成套方案，提高傳感器使用可靠性，覆蓋電性能測試、老化試驗、環境試驗、機械應力測試等服務。
展開 除此以外，ADI在MEMS類芯片領域擁有深厚積淀，其汽車級陀螺儀和加速度計現已量產，目前正在研究將MEMS麥克風用于汽車領域。
主信號鏈—信息娛樂主機
主信號鏈—信息娛樂主機：信號鏈代表主機設計。模塊的技術要求可變化
設計資源
SigmaStudio圖形開發工具。
它是專用于SigmaDSP和SHARC DSP的編程、開發和調試軟件。常見的音頻處理模塊可連接起來，編譯器產生可供DSP使用的代碼和用于設置、調整參數的控制界面。
SigmaStudio標準算法包括但不限于：
? FIR/IIR濾波器、分頻器、隔直
? 峰值檢測器、RMS檢測器、電平檢測器、限幅器
? 動態低音、響度、立體聲采集
? 查找表、音量控制、靜音
? 混頻器、分路器、硬/軟削波
SigmaStudio插件算法包括但不限于：
? AM3D （power bass）
? Dolby （DAEP、耳機、虛擬揚聲器、prologic）
? BBE （MP、ViVA）
? SRS （circle sound、TruBass、TruSurroundXT、WOW、WOW HD）
? DTS （surround sensation）
? Embracing sound （TH4）
? ADI （環繞聲、虛擬、EAS、超低音）
Blackfin DSP集成開發環境：VisualDSP++
展開 
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MEMS器件；
l AEC-Q104：適用于各類多芯片組件MCM；
l AEC-Q200：適用于各類電容器、電阻器、電感器、變壓器、阻容網絡、保險絲等元件；
產品范圍：MEMS壓力傳感器、MEMS麥克風、氧傳感器、溫度傳感器、空氣流量傳感器、爆震傳感器、速度傳感器、轉速傳感器、ABS傳感器、觸發碰撞傳感器、防護碰撞傳感器、轉矩傳感器、液壓傳感器等。
測試要求解讀
1、溫度等級
MEMS供貨商必須先了解終端客戶如何使用MEMS及其在車內的安裝位置，以實際應用的溫度范圍來制定合適的溫度等級，次溫度等級定義會應用在兩個部分。
產品范圍：MEMS壓力傳感器、MEMS麥克風、氧傳感器、溫度傳感器、空氣流量傳感器、爆震傳感器、速度傳感器、轉速傳感器、ABS傳感器、觸發碰撞傳感器、防護碰撞傳感器、轉矩傳感器、液壓傳感器等。
MEMS麥克風遵循電容原理。它由兩個硅基電極組成，由一個薄氣隙隔開；一個電極是剛性的（稱為背板），另一個是在聲壓下偏轉的膜。氣隙充當電極之間的介電材料，電容隨電極之間的距離而變化。
本示例說明了如何分析電容式MEMS麥克風的響應。
問題描述
下圖顯示了MEMS麥克風的幾何結構：
麥克風由一個聲音端口組成，壓力波從該端口進入并到達膜。
從技術上看，歌爾微電子近幾年的技術主要布局于傳感器、麥克風、壓電陶瓷、聲能轉換等細分技術領域，致力于提高MEMS麥克風信噪比、改善MEMS麥克風聲學性能、實現MEMS麥克風定位功能等。
我們作者群的德克薩斯大學的牛小宇博士所在的UT Acoustic MEMS Lab一直致力于這方面的研究，感興趣的也可以看下他寫過的指向性MEMS麥克風的文章地球上最先進的麥克風，居是蒼蠅耳朵……
非線性均衡（Nonlinear equalization）
我們在用EQ調音的時候，不僅在調由于房間反射引起的失真，同時也在調由于音箱和放大系統引起的線性或者非線性失真。
而在硅MEMS麥克風市場，英飛凌也長期保持市場排名第一。
在產品創新方面，比如英飛凌最新推出基于高靈敏度 MEMS 麥克風的光聲光譜（PAS）原理的二氧化碳傳感器。
迄今為止最常見的包括MEMS傳感器、MEMS麥克風和攝像頭模塊。
用于數字模塊的基板與用于BGA和CSP封裝的基板相似。他們通常使用簡單的兩到四層基板，但現在加入了更先進的薄核組裝基板設計。特別是對于許多MEMS麥克風來說，一個獨特的區別是在基板中使用了嵌入式電容器和電阻箔。
64個MEMS數字麥克風的聲壓傳感器陣列
在可見光中準確定位泄漏點
Fluke ii900 聲學成像儀擁有強大的功能系統，獲得用戶的一致認可。
1.MEMS麥克風
在更早期的市場上，英飛凌主要為Goertek、AAC Technologies這樣的企業提供MEMS麥克風裸die，不過如今英飛凌自己開始涉足完整的MEMS麥克風產品，以高信噪比密封雙薄膜MEMS麥克風(high SNR sealed dual-membrane MEMS microphone)的形態存在，這可能與這部分市場的高速增長有關。
