愿景：完全集成的單芯片高級麥克風音頻系統
想象一下尺寸不到手表大小并帶有集成麥克風的微型單芯片手機。想象一下內置麥克風的單芯片藍牙耳機。
想象一下比普通麥克風小的多并帶有集成回聲抵消和噪聲消除系統的麥克風。
新型MEMS （微型機電系統）技術的市場潛力包括麥克風還有待挖掘。但是第一批采用這種技術的產品如MEMS 麥克風已經在多種應用中體現出了諸多優勢，特別是中高端手機。
半導體傳感器替代傳統傳感器并打開新的應用領域
MEMS及其它半導體系統包含光學、電磁、射頻、機械和微流體工作原理。基于這些系統的傳感器有溫度、磁場、指尖、加速度、壓力或氣流傳感器。
基于MEMS技術的壓力傳感器包括復雜的汽車輪胎壓力監測系統、簡單的用于測高計和MEMS麥克風的消費設備壓力傳感器。
半導體傳感器不僅替代了傳統傳感器，而且打開了新的應用領域，比如消費設備（游戲控制器或手機）中的加速度傳感器。
MEMS麥克風不僅取代了現有麥克風，而且為應用帶來了新的價值。
MEMS麥克風的工作原理是將一個微型電容器蝕刻到半導體中
英飛凌麥克風SMM310內含兩塊芯片：MEMS芯片和ASIC（專用集成電路）芯片。兩顆芯片被封裝在一個表面貼裝器件中。如圖1所示。MEMS芯片包括一個剛性穿孔背電極和一片彈性硅膜。
MEMS芯片用作電容，將聲壓轉換為電容變化。MEMS芯片的截面圖如圖2所示。在英飛凌的設計中，硅膜的典型直徑為900μm左右。在該設計中，彈性硅膜的面積在總的芯片表面中是最大的。因此，優化了特定芯片尺寸上的信噪比。
ASIC芯片用于檢測MEMS電容變化，并將其轉換為電信號，傳遞給相關處理器件，如基帶處理器或放大器等。ASIC 芯片是標準的IC技術。因此，這種雙芯片式方法能夠快速向ASIC增添額外功能。這種功能既可以是額外構件，如音頻信號處理、RF屏蔽，也可以是任何可以集成在標準IC上的功能。
MEMS麥克風外型小巧，功能強大，并且可進行回流焊接，而不會降低靈敏度
今天我們使用的大多數麥克風都是駐極體電容器麥克風(ECM)，這種技術已經有幾十年的歷史。ECM 的工作原理是利用具有永久電荷隔離的聚合材料振動膜。
與ECM的聚合材料振動膜相比，MEMS麥克風在不同溫度下的性能都十分穩定，不會受溫度、振動、濕度和時間的影響。由于耐熱性強，MEMS麥克風可承受260℃的高溫回流焊，而靈敏度不會有任何變化。
MEMS麥克風需要ASIC提供外部偏置。而ECM則不需要這種偏置。有效的偏置將使整個操作溫度范圍內都可保持穩定的聲學和電氣參數。
傳統ECM的尺寸通常比MEMS麥克風大，并且不能進行SMT操作。SMT回流焊簡化了制造流程，可以省略一個制造步驟，而該步驟現在通常以手工方式進行。這種麥克風現在是標準的SMT元器件，像其它SMT元器件一樣，它不需要進行特殊處理。
這種輔助功能的優點可以集成到ASIC上。與標準ECM相比，這種額輔助功能的優點是使麥克風具有額外的ESD保護功能和很高的電源抑制比。也就是說，如果電源電壓有波動，則會以音頻輸出的方式被有效抑制。
麥克風ASIC的芯片設計使得其功耗非常低，只有標準ECM的1/3（在1.5V～3.3 V的電源電壓下，英飛凌的SMM310的電流消耗為～80μA，如表1中的SMM310的技術規范）。
另一個優點是集成在IC上的寬帶RF（射頻）抑制性能。SMM310有一個金屬蓋，可以對射頻進行屏蔽。集成在ASIC上的寬帶抑制性能不僅包括特定頻段，而且包括所有UMTS和GSM頻段區域。
MEMS麥克風的小型振動膜還有另一個優點，直徑不到1mm的小型薄膜其重量同樣輕巧。這意味著，與ECM相比，MEMS麥克風會對由安裝在同一PCB上的揚聲器引起的PCB 噪聲產生更低的振動耦合。這為特殊的彈簧安裝的外殼節省成本。
MEMS麥克風允許在應用PCB的另一面進行反面貼裝
MEMS麥克風的另一個優點是可以將其安裝在PCB的反面。如圖3所示的反面安裝麥克風的實例。MEMS麥克風可以安裝在PCB上的一個孔后面。通過這種方法，PCB上方的元器件就不再需要了。應用PCB可以直接接觸到消費設備的外殼，使設計變得更加靈巧。
MEMS麥克風的低射頻失真、高可靠性可簡化設計
考慮到silicon麥克風的眾多優勢和系統成本，硅基麥克風對那些對尺寸、耐熱性、振動和RF都有很高要求的中高端應用，將具有很大的吸引力，例如圖4所示的應用實例。
尺寸不僅指麥克風器件的占位空間，還指那些能夠通過ASIC更高程度集成可省去的分立器件的尺寸。通過在PCB的反面進行安裝還可以得到更大的設計自由度。
組裝工藝前后敏感性的小幅增強不僅節約制了制造中的音頻調節成本，而且還使得在剩余的音頻路徑中的元器件成本更低，同時使系統敏感性不斷增強。
更好的射頻抑制對于手機而言正變得日益重要：要將SAR（特定吸收率）的值減至最小，通常將手機的天線放在手機的較低的一端，也就是麥克風所在的位置。在這些設計中，麥克風和天線之間的距離很小，在麥克風所在的位置，射頻輻射水平大大增加。
與聚合體內部充電的工作原理及隨著工作條件惡化而性能降低的特性比較，MEMS麥克風因為有外部偏置，具有穩定的質量，可靠性及耐久性。在惡劣環境中也可以保證這一極其穩定的性能。應用實例包括在空調房間操作一會兒，然后在外面的炎熱潮濕的環境中操作。
具有上述要求的應用包括：中高端移動電話、數碼相機、個人數字助手 (PDA) 或游戲控制臺等。
輔助功能和最佳性能現在正在逐步實現
通過給麥克風配備數字接口，音頻信號就不會因為RF噪聲的干擾而失真。這對手機和筆記本計算機而言都是一個優勢。
對于輔助功能，需要數字接口，聲音處理或對IC的功能進行過濾。這一雙芯片解決方案技術已經被ASIC采用。可以放在ASIC上的任何額外功能都可以輕松集成到麥克風上。在駐極體中，必須添加IC，而在MEMS麥克風中，只需在IC上添加額外的專用功能即可。
對于筆記本計算機而言，硅基麥克風還有另一個優點。在IP語音日漸風行的推動下，筆記本計算機可以當作電話來使用。采用麥克風數組軟件，可以對筆記本計算機附近或整個空間（如會議室）的方向敏感性進行調節。但要計算來自一個數組中不同麥克風的延遲信號的聲音方向，則需要具有非常穩定性能的麥克風，如MEMS 麥克風。
除消費應用和數據處理應用領域外，對工業、醫療及汽車行業也是首選方案。從機器監視、助聽器到車載免提裝置等應用都有可能用到MEMS 麥克風。 中高端應用的系統成本大致相同。
系統成本開始趨近，而元器件成本的降低才剛剛開始
雖然MEMS的元器件成本比ECM高，中高端應用的系統成本大致相同。但是silicon MEMS麥克風還有很大的發展潛力。與其它半導體領域的成本降低（在從開始設計到大批量生產的過程中實現）相比，預計在未來幾年，成本將會有大幅降低。
英飛凌推出MEMS麥克風
英飛凌在2006年底推出新產品系列——silicon MEMS（微機電系統）麥克風。該產品系列中的第一款產品是SMM310——SMT模擬輸出單端麥克風。它于2007年中開始量產。現在，英飛凌正在擴大其產品系列。
半導體制造商具備制造該產品系列的核心能力。首先是MEMS 設計和制造能力，其次是ASIC設計和制造能力。最后是大容量低成本封裝能力。迄今為止，聲頻公司一直占據著幾乎整個 MEMS 麥克風市場。聲頻公司必須依賴半導體代工廠提供相關技術并與他們分享利潤。現在，英飛凌的進入意味著該市場擁有了新的選擇，并且降低了組件購買者的風險。
未來的MEMS麥克風可能具有改進的音響
效果、輔助功能以及進一步減少的尺寸
SMM310是英飛凌新型產品線的第一款產品。英飛凌正在三個方面實現創新：尺寸減小、額外功能和接口以及音響效果的增強。
尺寸將會進一步縮小，將會受到制造過程中標準自動化貼裝工具的限制。其實限制主要來自MEMS本身。如圖1所示，MEMS的尺寸不到當今普通麥克風的一半。
ASIC 中將集成更多功能，A/D 轉換和數字輸出是第一步。此外，還可利用標準構件，如風噪信號過濾構件。專用接口和信號預處理也將成為一個很大的應用領域。
在音頻方面，也會有很多變化。SMM310針對人聲進行了優化，其它產品會面向其它應用進行優化，如數碼攝像機——大多數手機都開始變成數碼攝像機。
很難預測何時會出現帶有集成式麥克風并能記錄美妙立體聲的單芯片錄像電話，但是，毫無疑問我們正在朝著這個方向發展。
