微压电式麦克风在线视频

我们知道硅微麦克风是电容器件

多孔背板和振膜之间存在间隙

而且与外界相通

所以间隙很容易受到污染

如果进了灰尘微粒

则微粒会阻碍振膜的振动

如果进了水

会形成水膜吸附

导致器件失效

另外由于静电塌陷效应

当遇到机械冲击或声超载时

可能会导致静电塌陷

使器件失效

这些都是硅微麦克风的原理性缺陷

因此对于某些要求高的应用场合

需要采用不同工作原理的器件

压电式麦克风利用压电微悬臂梁来敏感声压

气压波动使微悬臂梁弯曲振动

产生相应的压电信号

这个结构相对于硅微麦克风来说简单得多

而且因为不是电容器件

也没有空气间隙

所以对环境和电磁干扰的影响不敏感

可以获得较高的信噪比

但是压电器件的低频响应较差

而且器件加工成本较高

关于压电材料和压电效应

我们在后面讲压电微执行器的时候

会详细介绍

这里我们只简单介绍一下

MEMS压电式麦克风的加工和工作原理

首先在硅片上制备压电微悬臂梁

包括沉积底电极

沉积氮化铝压电薄膜

沉积上电极

然后刻蚀微悬臂梁结构

最后从背面刻蚀硅释放微悬臂梁

这个加工过程相对于双背板硅微麦克风

要简单的多

但是成本很高

因为压电材料不是IC兼容的

压电材料在微系统中只能以薄膜形式存在

压电薄膜的制备和微加工工艺都是很有限的

所以成本非常高

压电单元是由上下电极和中间介质

构成的三明治结构

从结构上看它也是一种电容器

在外力作用下

电极上产生感应电荷

电荷量与外力大小成正比

系数为介质的压电常数

所以这种电容器是自驱动的

不需要偏置

压电单元在接放大电路的时候

可以看作是一个与压电电容并联的电荷源

也可以看作是一个与压电电容串联的电压源

分别采用电压放大电路和电荷放大电路

只有当外部放大电路的输入阻抗无穷大时

压电单元上产生的电荷才能永久保持

否则就会泄漏

阻抗无穷大显然是不可能的

所以压电传感器不能用于检测静态信号

但是在动态力作用下

产生的电荷量快速变化

当频率足够高时

就可以补偿泄漏

因此压电传感器适合测量动态力学信号

比如冲击和振动

实际上压电MEMS器件以微执行器为主

而微传感器则主要采用压阻式和电容式

这里我们就不深入讨论了

MEMS麦克风的应用主要分为两个领域

一个是消费电子产品

包括智能手机 摄影机 游戏机 笔记本和平板电脑等

另一个是耳科个人医疗用品

比如助听器 人工耳等

这些应用都是需要尺寸非常小

成本低 功耗低的麦克风器件

最后我们对这节课的主要内容做一个小结

这节课我们认识了微尺度的电容器

学习了振动膜片的准静态模型

麦克风电学系统和机械系统的线性化方法

以及电容信号的几种检测方法

了解了硅微麦克风的加工工艺和器件封装

最后我们还简单介绍了

压电式麦克风的工作原理和实现方法