改搭複合式背板結構 低成本MEMS麥克風搶亮相

作者: 黃耀瑋
2014 年 12 月 22 日

低成本微機電系統(MEMS)麥克風可望問世。因應行動與物聯網裝置大量採用需求,MEMS麥克風開發商無不致力研發更具經濟效益的設計技術,以減輕系統廠物料清單(BOM)成本壓力。其中,工研院南分院已率先發布突破性技術,運用專利複合式背板結構,大幅簡化麥克風製程複雜度和光罩數,有助打造成本更低的MEMS麥克風。


工研院南分院微系統中心特別助理陳弘仁表示,MEMS麥克風不僅已逐漸成為行動裝置標準備配,亦將在未來的物聯網語音辨識系統中扮演關鍵角色;然而,隨著行動和物聯網市場規模持續壯大,並朝平價方向發展,系統廠對內建元件成本的降價要求也日益強烈,因而驅動MEMS麥克風供應商和技術研究機構競逐更低成本的製程方案。


陳弘仁分析,MEMS電容式麥克風係當前主流技術,由振膜(Membrane)和背板(Backplate)兩片導電板組成電容反應結構,隨著聲壓的變化產生不同訊號。然而,現階段大多晶片商皆採行兩片導電板分開製作的方式,不僅增加製程工序和組裝難度,亦可能引發應力和溫度變異性差距太大的問題,以致影響良率及成本。


為克服此一問題,工研院南分院遂投入開發全新的麥克風感測層結構,並已成功實現複合式背板製程,可同時製作兩片導電板,大幅精簡製程複雜度。舉例來說,一線MEMS麥克風供應商的產品皆須經過十一到十三道光罩製程,而工研院的專利結構僅須八道,將顯著降低成本。


陳弘仁透露,目前該技術已進入量產可行性驗證階段,初步檢視良率高達90%,近期工研院南分院亦已展開技轉合作計畫,將有助國內MEMS晶片業者加速突圍國際大廠的專利壁壘,並逐漸打破MEMS麥克風市場由少數廠商寡占的局面。


隨著MEMS麥克風出貨量日漸擴大,晶片性價比將成為廠商在市場上決勝的關鍵,因此,工研院南分院在研發低成本製程的同時,亦致力布局麥克風控制電路降噪技術,以及完善的封裝開孔結構。


據悉,美律、鑫創科技和鈺太科技等台灣晶片商,皆正積極耕耘MEMS麥克風技術,可望在2015年後陸續展示產品研發成果,並揭櫫進一步的量產計畫。


不過,陳弘仁強調,除了半導體製程技術外,MEMS麥克風牽涉複雜的機械結構和聲學效應,而國內業者面臨的最大挑戰就是整合兩種截然不同的生產經驗,還須歷經一段學習曲線才能趕上國際大廠。


顯而易見,鎖定行動和物聯網語音應用商機,MEMS晶片商已將麥克風市場視為新的迦南美地,可望掀動新一波產品規格競賽,並刺激各種新興製程、封裝和控制電路技術加速問世。

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