MEMS聲學(xué)傳感器是一種用于聲信號(hào)采集的 MEMS微系統(tǒng)，包括聲功率和聲強(qiáng)度。它可以檢測(cè)出多達(dá)24種不同的頻率，然后根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和計(jì)算并輸出數(shù)據(jù)。MEMS聲學(xué)傳感器目前主要有兩個(gè)用途：一是與智能手機(jī)以及汽車(chē)相關(guān)的產(chǎn)品監(jiān)控；二是語(yǔ)音控制、家庭監(jiān)控、人體健康監(jiān)控等。近年來(lái)，在傳統(tǒng)聲學(xué)傳感器基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的聲學(xué)技術(shù)在未來(lái)的消費(fèi)電子產(chǎn)品和醫(yī)療器械領(lǐng)域具有廣闊前景，例如對(duì)微型化(smart mesh)制造和無(wú)源(em)醫(yī)療保健等方面應(yīng)用。本文將主要介紹這些聲學(xué)傳感器的原理、發(fā)展趨勢(shì)及在智能手機(jī)/汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用。

一、 MEMS聲學(xué)傳感器原理

    MEMS聲學(xué)傳感器的原理類似于電子電路中的電流或電壓等電流器件，其本質(zhì)是利用外部電路將超聲波(1 Hz~10 Hz)通過(guò)硅 MEMS模塊傳至傳感器內(nèi)，進(jìn)而對(duì)聲波進(jìn)行檢測(cè)。MEMS聲學(xué)傳感器由兩個(gè)基本部分組成：內(nèi)部電路；外部電路由兩個(gè)分立的小型 MEMS模塊組成，在兩個(gè)分立的小型 MEMS模塊之間放置聲透鏡。在一定時(shí)間內(nèi)通過(guò)聲音透鏡照射到硅 MEMS模塊上后產(chǎn)生反射波而被傳感器內(nèi)部的半導(dǎo)體芯片采集到信息并將其傳輸?shù)綌?shù)字處理單元進(jìn)行處理。因此, MEMS聲學(xué)傳感器可通過(guò)檢測(cè)兩個(gè)分立的小型晶體管之間發(fā)出的聲波進(jìn)行分類和計(jì)算；然后將數(shù)據(jù)輸出到傳感器控制單元中進(jìn)行處理并輸出結(jié)果。

二、 MEMS聲學(xué)傳感器的主要技術(shù)

    MEMS聲學(xué)傳感器具有低成本、小型化、集成化、高性能等特點(diǎn)，其原理涉及半導(dǎo)體加工制造工藝，還包括射頻、聲表面處理、聲學(xué)傳感器封裝等環(huán)節(jié)。不同的 MEMS聲傳感器在功能上有一定區(qū)別，但在傳感器的外形設(shè)計(jì)、工藝制造、封裝形式等方面都存在一定的共性。此外, MEMS聲傳感器的聲學(xué)特性在不同方向上也會(huì)有所差異。MEMS聲學(xué)傳感器由于其特殊的封裝形式以及工藝特性導(dǎo)致其應(yīng)用范圍廣泛。此外, MEMS聲傳感器需要與多種傳感器連接才能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、無(wú)線通信和自動(dòng)檢測(cè)功能，因此 MEMS聲學(xué)傳感器需要具備智能化、集成化和微型化的特點(diǎn)?；趥鹘y(tǒng)工藝制造方法所生產(chǎn)出來(lái)的 MEMS聲學(xué)傳感器主要采用物理法封裝和化學(xué)工藝制造兩種實(shí)現(xiàn)方式，即以材料為基礎(chǔ)的加工制造、以微納加工或光刻技術(shù)為基礎(chǔ)的微納加工制造。其中，物理法封裝(Physical Foundry)和化學(xué)工藝制造(Ceramic Sierra Chemistry)相結(jié)合是目前最為主流以及常用的兩種傳統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)方法。

三、 MEMS聲學(xué)傳感器在智能手機(jī)/汽車(chē)領(lǐng)域應(yīng)用

    智能手機(jī)是智能設(shè)備的主要載體，與物聯(lián)網(wǎng)(IoT)、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)和移動(dòng)支付等應(yīng)用密切相關(guān)。根據(jù) IDC發(fā)布的2018年第二季度全球智能手機(jī)出貨量報(bào)告，智能手機(jī)市場(chǎng)總體出貨量為3.99億部，同比下降1.3%。其中，中國(guó)所占份額超過(guò)三分之一，成為最大出口市場(chǎng)。隨著5 G網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，智能機(jī)作為連接人與設(shè)備、服務(wù)的重要載體功能逐漸被應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。在智能手機(jī)領(lǐng)域中有兩個(gè)重要應(yīng)用：一是用于記錄聲音信號(hào)；二是檢測(cè)語(yǔ)音指令中所用的頻率。

四、結(jié)語(yǔ)

    隨著無(wú)線音頻技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)聲音質(zhì)量的要求越來(lái)越高在生活中的各個(gè)方面，如智能手機(jī)、汽車(chē)等產(chǎn)品已經(jīng)開(kāi)始廣泛地使用聲學(xué)技術(shù)。因此，通過(guò)采用 MEMS聲學(xué)傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)聲音信號(hào)的采集以及對(duì)聲音的處理已經(jīng)成為未來(lái)語(yǔ)音控制、汽車(chē)控制等領(lǐng)域的重要技術(shù)之一。本文介紹的 MEMS聲學(xué)傳感器基本原理、結(jié)構(gòu)、種類、封裝以及應(yīng)用領(lǐng)域等方面的相關(guān)內(nèi)容是目前 MEMS聲學(xué)傳感器在消費(fèi)電子產(chǎn)品中應(yīng)用主要內(nèi)容之一。因此從消費(fèi)電子產(chǎn)品的應(yīng)用和市場(chǎng)需求出發(fā)，選擇合適的聲學(xué)傳感器方案對(duì)于 MEMS聲學(xué)傳感器的發(fā)展至關(guān)重要。