八种麦克风DIY设计方案

膜来提供固定的电荷源。此时，若声学振膜受到声压驱动而产生位移变化，则电极板（感测端）的电压将会发生变化。最后，通过电路放大器将信号放大，则可实现模拟麦克风的电路设计；如果再加上一个∑-ΔADC模数转换电路，便可完成数字麦克风的电路设计（一般数字麦克风的输出信号为1比特PDM输出）。

　　图2 微麦克风电路设计简图

　　CMOS微机电麦克风工艺分类

　　从微机电麦克风的制造来看，就目前的技术层面而言，集成CMOS电路的MEMS元件可分为三种。Pre-CMOS MEMS工艺：先制作MEMS结构，再制作CMOS元件；Intra-CMOS MEMS工艺：CMOS与MEMS元件工艺混合制造；Post-CMOS MEMS工艺：先实现CMOS元件，再进行MEMS结构制造。一般而言，前两种方法无法在传统的晶圆厂进行，而Post-CMOS MEMS则可以在半导体晶圆代工厂进行生产。

　　图3简述了Post-CMOS MEMS的制造方式。在Post-CMOS MEMS工艺中需特别注意，不能让额外的热处理或高温工艺影响到CMOS组件的物理特性及MEMS的应力状态，以免影响到振膜的初始应力。鑫创科技公司克服了诸多的技术难题，完全采用标准的CMOS工艺来同时制造电路元件及微机电麦克风结构。在CMOS部分完成后，将芯片的背面研磨至适当厚度以符合封装要求。最后，利用氢氟酸溶液（HF）去除牺牲氧化物来释放悬浮结构。此外，在设计中还需考虑可完全去除牺牲材料而又不损害麦克风振膜的蚀刻方法，并应避免麦克风振膜与背电极板之间产生粘黏现象。

　　图3 Post-CMOS MEMS微麦克风的基本结构及工艺步骤

　　粘黏现象：由于麦克风振膜与背电极板之间的距离仅为数微米，在该尺寸下，当表面张力、范德华力、静电力、离子键等作用力大于麦克风振膜的回复力时，麦克风振膜将产生永久形变而附着于背电极板上，从而无法产生振动。通常，微机电悬浮结构粘黏现象的主要成因可以分为两类：第一类发生在麦克风振膜释放后，麦克风振膜受到表面张力影响，因而被拉近到与背电极板的距离非常靠近，若此时范德华力或氢键力等表面力大于麦克风振膜的回复力，则结构将产生粘黏现象而无法回复；第二类是悬浮结构在使用中受到外力冲击或是静电力吸引而落入表面力较回复力大的区域，则也会发生粘黏现象。因此，在结构设计上，必须特别考虑麦克风振膜在释放后的结构变形问题，并在重要的结构部位予以强化，利用特殊设计来减少粘黏现象的发生。

　　纯MEMS与CMOS工艺的差异

　　多数企业所开发的MEMS微麦克风主要分为两种形态：第一种是利用专业的MEMS代工厂制造出MEMS IC，再加上一个ASIC放大器，将MEMS IC及ASIC IC用SIP封装方式封装成MEMS麦克风芯片。这一部分在IC封装过程中必须保护振膜不被破坏，其封装成本相对较高；另一种是先利用CMOS晶圆厂制造出ASIC部分，再利用后工艺来形成MEMS的结构部分。其MEMS工艺技术目前似乎还无法在标准的CMOS晶圆厂完成，这主要是由于振膜需沉积高分子聚合物材料，而高分子聚合物材料还未用于目前的标准半导体IC工艺。另外，在CMOS工艺完成后，需分别在芯片的正面蚀刻出振膜并在其背面蚀刻出腔体及声学孔。该步骤通过载体晶圆（Carrier Wafer）来完成，在标准的CMOS铸造厂目前尚未创建出这样的环境。

　　目前，最大的课题是如何突破这两种形态MEMS麦克风的封装技术。其专利均由美国的微麦克风企业所掌控，因此，MEMS麦克风市场占有率主要分布在少数企业手上。

　　鑫创科技采取的方式是在CMOS工艺完成后，从芯片的背面形成腔体和声学孔作为MEMS结构的释放。这一部分无需使用特殊的机器和材料，可在现有的 CMOS晶圆厂内完成，因而能够降低开发成本。另外，鑫创科技的产品可直接利用晶圆级封装技术将CMOS电路与微麦克风集成在同一块芯片上，同样可避免在封装过程中对振膜产生破坏（图4）。

　　图4 微机麦克风扫描电路

MEMS麦克风目前已经取代ECM麦克风被广泛应用于手机中（尤其是智能手机），其主要原因是MEMS麦克风具有耐候性佳、尺寸小及易于数字化的优点。 MEMS麦克风采用半导体材质，特性稳定，不会受到环境温湿度的影响而发生改变，因而可以维持稳定的音质。电子产品组装在过锡炉时的温度高达260℃，常会破坏ECM麦克风的振膜而必须返工，这将增加额外的成本。采用MEMS麦克风则不会因为锡炉的高温而影响到材质，适合于SMT的自动组装。麦克风信号在数字化后，可以对其进行去噪、声音集束及回声消除等信号处理，从而能够提供优异的通话品质。目前已有多款智能手机采用数字化技术，在功能手机中也有加速采用的迹象。此外，笔记本电脑也是目前使用MEMS