電容式MEMS麥克風(fēng)有限元仿真建模以及防水防護(hù)音頻MEMS膜應(yīng)用

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陳洪福

2022-12-05

01-電容式MEMS麥克風(fēng)介紹
麥克風(fēng)（學(xué)名傳聲器，英文Microphone）。麥克風(fēng)是把聲壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的聲電換能器。使用MEMS工藝做的微型麥克風(fēng)，就是MEMS麥克風(fēng)，用得較多的是電容式，或者叫靜電式，利用靜電力轉(zhuǎn)換振動(dòng)和電信號(hào)。一般使用硅作為基底，也稱為硅基麥克風(fēng)。相比于傳統(tǒng)的駐極體麥克風(fēng)，產(chǎn)品一致性好、功耗低、耐沖擊。電容式MEMS麥克風(fēng)尺寸非常小，mm量級(jí)，在智能手機(jī)、智能手表、平板、耳機(jī)、助聽器等智能電子產(chǎn)品中均有廣泛應(yīng)用。

02-電容式MEMS麥克風(fēng)有限元仿真建模

MEMS麥克風(fēng)內(nèi)部圖像，底部是PCB板，頂部是金屬外殼，內(nèi)部由MEMS芯片（背板、振膜）、ASIC、印刷電路板、空腔等組件構(gòu)成。
電容式MEMS麥克風(fēng)出于不同應(yīng)用和工藝的考量，會(huì)有不同的封裝方式。入聲孔有些開在外殼上，有些開在PCB板上。

當(dāng)然對(duì)有限元仿真來(lái)說，這幾種封裝方式?jīng)]有本質(zhì)區(qū)別，只是幾何模型的差異。選取一種設(shè)計(jì)做仿真。電容式MEMS麥克風(fēng)的仿真涉及靜電、結(jié)構(gòu)、聲、熱耦合，還是比較復(fù)雜的。仿真得到麥克風(fēng)的頻響曲線，1kHz靈敏度-54dBV/Pa

膜片的諧振頻率51kHz，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于工作頻段。

空氣諧振頻率22kHz，剛好對(duì)應(yīng)頻響曲線的高頻峰。

這個(gè)諧振峰是由于入聲孔和前腔諧振造成，通過入聲孔尺寸和前腔容積的設(shè)計(jì)，可以調(diào)整麥克風(fēng)的高頻段響應(yīng)。

03-MEMS防水防護(hù)音頻膜應(yīng)用性能

日津科技研發(fā)團(tuán)隊(duì)與國(guó)內(nèi)聲學(xué)產(chǎn)品一線品牌企業(yè)探討研發(fā)防護(hù)產(chǎn)品膜路徑，調(diào)研MEMS整個(gè)組裝工藝流程、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用場(chǎng)景和機(jī)動(dòng)工位作業(yè)。實(shí)現(xiàn)MEMS防水防護(hù)音頻膜（RWP022EW）制造與組裝的可行性。

MEMS膜產(chǎn)品（RWP022EW）為多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品分為透音區(qū)和粘連區(qū)，產(chǎn)品整體具有防水、防塵、抗腐、疏油，疏塵，透音，透氣等功能。

MEMS膜產(chǎn)品（RWP022EW）粘在麥克風(fēng)外殼或PCB板入聲孔處，起到產(chǎn)品內(nèi)外隔離的作用，同時(shí)透音區(qū)具有透音，透氣，防水，防塵的作用。

日津科技擁有專業(yè)的制膜設(shè)備和開發(fā)團(tuán)隊(duì)，成熟穩(wěn)定的制膜工藝。公司配套先進(jìn)的微米級(jí)精密加工設(shè)備，保證產(chǎn)品尺寸精度和制備一致性。同時(shí)日津公司內(nèi)部對(duì)應(yīng)防水透氣膜建立專業(yè)的科研開發(fā)實(shí)驗(yàn)室，可對(duì)產(chǎn)品性能進(jìn)行聲學(xué)、力學(xué)、防水性、透氣性、微觀結(jié)構(gòu)、可靠性、材質(zhì)成分及含量、疏油等級(jí)、水滴角分析等全方位檢驗(yàn)測(cè)試。