MEMS麥克風具降噪、高效能、小尺寸優勢
2012/10/18-DIGITIMES企劃 隨著3C產品的尺寸越做越小，傳統零組件已遭遇勢必要進一步微縮元件尺寸，其中3C產品必備的麥克風元件，由於傳統線圈結構雖改進至電容式設計方案，得以再尺寸獲得微縮，但音質與干擾問題仍在，必須換用更新穎的設計方案來滿足新的設計需求...
MEMS(Micro ElectroMechanical System)微機電系統，指的是利用半導體製程技術來製作具電子機械功能的微型裝置，尤其是在矽基礎上進行微機械的蝕刻、建置，再包含拾取信號、取樣、轉換訊號等微處理程序，為一整合電子與機械功能的微型裝置，也可定義成一個微型的功能系統。
目前微機電系統的產品應用，大致可分為加速度計、陀螺儀、光通訊元件、壓力計...等，或針對目標應用重新利用SiP封裝，將多種功能的MEMS整合在單一元件，形成一個功能應用組件。在眾多整合應用中，近來最熱門的應用方案，即為MEMS微機電麥克風應用方案。
MEMS微機電麥克風元件 用量持續增加
根據Yole Development資料顯示，2005年全球的麥克風出貨18.4億顆，而其中MEMS微機電麥克風出貨量僅1億顆，市場滲透率5.4%；但到了2010年全球的麥克風總出貨量32.2億顆，MEMS微機電麥克風出貨達8億顆，滲透率攀升速度相當快，可以達到24.8%。快速暴增用量的趨勢，主要是由於MEMS微機電麥克風具多項超越傳統麥克風的設計優勢。
在早期的消費性電子產品設計方案中，若是動圈式麥克風產品，則必須有線圈、振動膜、永久磁鐵等三項主要結構，傳統麥克風設計為由聲音、透過振膜帶動線圈、於磁場中往復移動自線圈產生電流，透過電流放大拾取音效出來。電容式麥克風產品則減省金屬線圈與永久磁鐵，僅利用振膜與電容兩片隔板間距的往復變化，產生電壓變化，而EMC元件體積可較動圈式麥克風大幅縮小。微機電式麥可風則是將麥克風改成矽晶片製程，將拾音振膜與背極板整合在矽晶片基礎上，體積可以做到極小、又可耐高溫。
MEMS麥克風元件特性 更適用於行動裝置
MEMS微機電麥克風相較於傳統的容式麥克風，因製程與材料特性使然，使得MEMS微機電麥克風具更高的應用優勢，尤其在現有的生產型態上，微機電形式的麥克風產品，更具有量產製造優勢。即便現在使用的麥克風大多數均為傳統的ECM(Electret Condenser Microphone)電容式麥克風產品，但ECM已有逐步被MEMS取代的趨勢。
ECM電容式麥克風技術已有數十年歷史，ECM的工作原理為利用具永久電荷隔離之聚合物材料振膜，進行拾音動作，當外部聲響出現時EMC元件的振膜產生同步共振，而共振現象使得具電荷隔離之聚合物出現微弱的電容變化物理反應，而EMC的拾音線路則是將電容變化值經過放大取得外部聲響的音效資訊。
而EMC麥克風由於結構簡單、原理單純，製程相當簡單，因此元件成本可以壓到相當低的價格，但EMC的元件問題在於，EMC使用的聚合材料振膜會因為設備或置放位置的空間溫度變化而改變，加上EMC麥克風的振膜耐熱度相當低，無法承受SMT的高溫回流焊法，因此導致量產過程必須使用手工焊接方式進行EMC的裝配，這會造成額外的成本發生，也會使得量產效能降低。
基於矽製程設計方案 MEMS麥可風元件體積更小
至於採MEMS微機電設計方案的麥克風，先討論基於矽晶片的麥克風製程設計。若MEMS麥克風採矽封裝，基板厚度可以壓縮至0.05mm，終端MEMS元件封裝成品可以達到僅EMC元件25%以下的厚度，而MEMS麥克風的結構耐震度也是元件優勢之一，採MEMS製作方案的麥克風可以達到10,000G的耐震，基本上為傳統EMC的3倍表現，另在系統功耗方面，MEMS麥克風的耗電也僅EMC的25%不到。
對比於EMC為較不耐熱的元件特性，MEMS麥克風為基於矽材料製程的元件，自然可以如同一般矽晶片般可承受260°C的高溫回流焊量產程序，這代表著MEMS麥克風也可如同IC晶片走SMT自動化打件、上料、焊接，這將會大幅簡省產線的製作人力投入，即便元件成本較EMC來得高，但也可自簡省的人力投入、彈性設計方案達到成本簡省目的。
此外，在元件受溫度的影響問題方面，一般MEMS元件大多內置ASIC進行元件功能的訊號控制、濾除雜訊等功能，同時ASIC也會提供MEMS穩定偏壓，但相對於MEMS提供的穩定運行環境條件，EMC由於不需要額外偏壓，反而容易因為溫度變化、產生較不穩定的拾音環境或是變動之電氣參數，影響擷取聲音的效能與穩定表現。
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