Tecnología de producción de micrófonos, como el proceso de producción.

Los micrófonos MEMS (sistemas microelectromecánicos) son más pequeños en apariencia y tienen una mayor resistencia al calor, a las vibraciones y a las interferencias de radiofrecuencia que los micrófonos electret ampliamente utilizados actualmente. Debido a su fuerte resistencia al calor, los micrófonos MEMS utilizan un proceso de producción de montaje en superficie (SMT) totalmente automatizado, mientras que la mayoría de los micrófonos electret requieren soldadura manual. Esto no sólo simplifica el proceso de producción y reduce los costos de producción, sino que también proporciona mayor libertad de diseño y ventajas en los costos del sistema.

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imagine La mitad del tamaño de un micrófono normal y con procesamiento de señal de audio integrado, los micrófonos MEMS se pueden utilizar como parte integrada de un teléfono móvil de un solo chip. Aún no se ha aprovechado todo el potencial de los nuevos micrófonos MEMS, pero los primeros productos que utilizan esta tecnología ya están mostrando muchas ventajas en una variedad de aplicaciones, especialmente en teléfonos móviles de gama media y alta.

Principio de funcionamiento

El micrófono Infineon SMM310 contiene dos chips: chip MEMS y chip ASIC. Los dos chips están empaquetados en un dispositivo de montaje en superficie. El chip MEMS consta de un electrodo posterior rígido perforado y una membrana de silicona flexible. El chip MEMS actúa como un condensador y convierte la presión sonora en cambios de capacitancia. Los chips ASIC se utilizan para detectar cambios en la capacitancia MEMS, convertirlos en señales eléctricas y pasarlas a dispositivos de procesamiento relacionados, como amplificadores o procesadores de banda base. Los chips ASIC son tecnología IC estándar. Por lo tanto, este enfoque de dos chips puede agregar rápidamente funcionalidad adicional al ASIC. Esta funcionalidad puede ser bloques de construcción adicionales, como procesamiento de señales de audio, blindaje de RF o cualquier cosa que pueda integrarse en un IC estándar.

Características de rendimiento

La mayoría de los micrófonos que utilizamos hoy en día son micrófonos de condensador electret (ECM), una tecnología que existe desde hace décadas. El ECM funciona utilizando un diafragma de material polimérico con aislamiento de carga permanente.

En comparación con el diafragma de material polimérico de ECM, el rendimiento del micrófono MEMS es muy estable a diferentes temperaturas y no se verá afectado por la temperatura, la vibración, la humedad y el tiempo. Debido a su fuerte resistencia al calor, los micrófonos MEMS pueden soportar soldadura por reflujo a alta temperatura a 260°C sin ningún cambio en el rendimiento. Esto puede incluso ahorrar costos de depuración de audio durante la fabricación debido a cambios mínimos en la sensibilidad antes y después del ensamblaje.

Los micrófonos MEMS requieren polarización externa del ASIC, mientras que ECM no requiere esta polarización. La polarización efectiva mantendrá parámetros acústicos y eléctricos estables en todo el rango de temperatura de funcionamiento. La polarización externa de los chips MEMS también permite el diseño de micrófonos con diferentes sensibilidades.

Los ECM tradicionales suelen ser de mayor tamaño que los micrófonos MEMS y no pueden ser operados por SMT. El reflujo SMT simplifica el proceso de fabricación y puede eliminar un paso de fabricación que ahora normalmente se realiza manualmente.

No existe diferencia entre la electrónica de procesamiento de señal en los micrófonos IC y de condensador electret, pero se trata de una tecnología que ya está en uso. En un electret, se debe agregar un IC, mientras que en un micrófono MEMS, simplemente se agregan funciones especializadas adicionales al IC. La ventaja de esta funcionalidad adicional es que le da al micrófono una alta tasa de rechazo de la fuente de alimentación en comparación con el ECM. En otras palabras, si el voltaje de la fuente de alimentación fluctúa, se suprimirá de manera efectiva.

El diseño ASIC inteligente del SMM310 hace que su consumo de energía sea muy bajo, solo un tercio del ECM estándar (con un voltaje de fuente de alimentación de 1,5-3,3 V, el consumo de corriente del SMM310 es ￣70? A , como se muestra en la Tabla 1).

Tabla 1: Parámetros característicos del nuevo micrófono MEMS basado en silicio SMM310.

Otra ventaja es el rendimiento de rechazo de RF de banda ancha integrado en el IC, que es especialmente importante no solo para aplicaciones de RF como teléfonos móviles, sino también para todos los dispositivos que funcionan de manera similar a los teléfonos móviles (como audífonos). ). Muy importante. El SMM310 tiene una cubierta metálica que proporciona blindaje RF.

El diafragma pequeño de los micrófonos MEMS tiene otra ventaja. Los diafragmas pequeños con un diámetro inferior a 1 mm son igualmente livianos, lo que significa que, en comparación con los ECM, los micrófonos MEMS se montarán en la misma PCB que el altavoz. El ruido inducido en la PCB produce un acoplamiento de menor vibración.

Amplia gama de aplicaciones

Teniendo en cuenta las numerosas ventajas y costes del sistema de los micrófonos basados ​​en silicio, los micrófonos basados ​​en silicio tienen altos requisitos de tamaño, resistencia al calor, vibración y RF. -Las aplicaciones de alta gama serán muy atractivas, como el ejemplo de aplicación que se muestra en la Figura 1.

Figura 1: Ejemplo de una aplicación de teléfono móvil con un condensador adicional de 30 pF para supresión de modo

El tamaño se refiere no solo al espacio que ocupa el micrófono, sino también a los que se pueden actualizado a través del ASIC. Un alto grado de integración elimina el tamaño de los componentes discretos. Las aplicaciones con los requisitos anteriores incluyen: teléfonos móviles de gama media a alta, cámaras digitales, PDA o consolas de juegos, etc.

Los convertidores A/D se pueden integrar fácilmente en los ASIC. Al equipar el micrófono con una interfaz digital, la señal de audio no se verá distorsionada por la interferencia de ruido de RF. Esta es una ventaja tanto para teléfonos móviles como para portátiles.

Para los portátiles, los micrófonos basados ​​en silicio tienen otra ventaja. Con la creciente popularidad de VoIP, las computadoras portátiles pueden usarse como teléfonos. Con el software de matriz de micrófonos, la sensibilidad direccional se puede ajustar cerca de una computadora portátil o en todo un espacio, como una sala de conferencias. Pero para calcular la dirección del sonido de las señales retardadas de diferentes micrófonos en una matriz, se necesitan micrófonos con un rendimiento muy estable, como los micrófonos MEMS.

Además de las aplicaciones de consumo y de procesamiento de datos, los micrófonos MEMS también son muy atractivos para las industrias industrial, médica y automotriz, y pueden usarse en aplicaciones que van desde monitoreo de máquinas, audífonos hasta manos libres para vehículos. Dispositivos de micrófono MEMS. Los costos del sistema para aplicaciones de gama media y alta son aproximadamente los mismos. Sin embargo, los micrófonos MEMS todavía tienen un gran potencial de desarrollo. Ahora podría ser un buen momento para conocer esta nueva tecnología y poder beneficiarte de ella en el futuro.

Perspectivas tecnológicas

¿Infineon lanza una nueva serie de productos? Micrófono MEMS basado en silicio, ¿el primer producto de esta serie de productos es el SMM310? Micrófono de un solo extremo con salida analógica SMT. Los fabricantes de semiconductores tienen las capacidades básicas para fabricar esta familia de productos. El primero son las capacidades de diseño y fabricación de MEMS, seguido de las capacidades de diseño y fabricación de ASIC (circuito integrado de aplicación específica) y, finalmente, las capacidades de empaquetado de alto volumen y bajo costo. Hasta ahora, las empresas de audio han dominado casi todo el mercado de micrófonos MEMS. Las empresas de audio deben depender de las fundiciones de semiconductores para proporcionarles tecnología relevante y compartir ganancias con ellas. Ahora, la entrada de empresas de semiconductores como Infineon significa que el mercado tiene nuevas opciones y reduce el riesgo para los compradores de componentes.

Una mayor reducción de tamaño estará limitada por las herramientas de colocación automatizadas estándar en el proceso de fabricación porque los puertos de audio no se pueden operar con herramientas de vacío. De hecho, la limitación proviene principalmente del tamaño del propio MEMS, que es menos de la mitad del tamaño de los micrófonos normales de hoy en día.

Se integrarán más funciones en los ASIC, siendo la conversión A/D y la salida digital el primer paso. Además, se pueden utilizar componentes estándar tales como componentes de filtrado de señales de ruido del viento. Las interfaces especializadas y el preprocesamiento de señales también se convertirán en un gran área de aplicación. También se mejorará aún más el blindaje RF.

En el lado del audio, también habrá muchos cambios. El SMM310 está optimizado para voces humanas, pero tiene una mayor sensibilidad acústica en el rango de frecuencia de 20 Hz-20 kHz.

Es difícil predecir cuándo estará disponible un videoteléfono de un solo chip con micrófono integrado y la capacidad de grabar un hermoso sonido estéreo, pero no hay duda de que nos estamos moviendo en esa dirección.