电容式咪头的结构
电容式麦克风的结构主要利用两片导电板及两板之间的绝缘空气层来形成一基本电容构造,此两片导电板通常分别被称为“振膜”( Membrane)与“背板”(Backplate)。理想的振膜为一较柔软的弹性薄膜,受到声压作用时会产生振动,因而产生微距离改变,造成振膜和背板之间的动态微位移,因此使该结构的电容值亦随之改变。
电容式麦克风的结构原理:MEMS麦克风的感测器晶片构造通常是由一层较薄且低应力的复晶矽或氮化矽形成振膜,另以一较厚的复晶矽或是金属层形成具有多孔结构的背板,共同形成一组以空气作为介电层的微电容器构造。除了必要的MEMS感测器之外,在MEMS麦克风的封装体内通常还须搭配另一颗电路晶片,提供给该MEMS晶片正常操作时需要的稳定偏压、并将讯号经过放大处理后输出,一般泛称为ASIC (Application-Specific IC)。 MEMS 麦克风感测晶片的构造示意图:MEMS麦克风使用的ASIC因产品应用类别不同,区分为类比式和数位式两款。类比式的ASIC其基本架构主要是由“倍压电路”(Charge Pump)、“电压稳定器”(Voltage Regulator)及“放大器”(Amplier)三大功能区块的电路所组成。 倍压电路目的是藉由对输入的电源进行增压处理,以提供MEMS晶片所需之较高操作电压。放大器电路功用在于放大及稳定输入讯号。电压稳定器的功能则是在ASIC电源输入端提供稳压处理,使晶片内部各电路区块皆能正常运作。而数位式ASIC除了同时具备上述三项基本功能区块之外,还增加了所谓“三角积分调变器”(Sigma Delta Modulator)电路,来负责讯号的取样与抑制杂讯等任务。
在工业上用来制作薄膜驻极体电容传声器所用的驻极体大多数是用高分子薄膜制备而成,为此,本文首先从制备方法的角度介绍他的计划方法。
一开始把薄膜放在高温炉中加热到熔点附近温度,然后施加高压直流电场,保温一段时间,然后在不撤去电场的情况下慢慢冷却到室温,撤去电场就制成了热驻极体。一般此过程大约需要几十分钟至几小时。
这个方法实际上是原始的方法,但因为所需设备少,操作简单,所以至今在国外包括日本往往还采用此法,插针式咪头,当然这个方法也有缺点,花费的工时比较多。用上述方法较化出来的驻极体,一般上表面带负电荷,下表面带正电荷,咪头,因为相邻电极的符号相反,定义他们为“异号电荷”。实验表明,异号电荷的寿命(衰变时间)较短。如一片0.025mm的涤纶薄膜驻极体几个月以后,表面电荷密度就衰减了2/3。
如果将上述方法加以改进,在驻极体材料的上下端插入介质,降噪咪头,插入介质的片数,厚度,材料视驻极体的材料而定,一般为酚醛层压玻璃布胶板,云母片,玻璃板等。在插入介质后制备成的热驻极体,往往带有相邻电荷符号相同的电荷,定义为“同号电荷”。实验表明:同号电荷的寿命较长,例如同样上述材料制成的驻极体的寿命可达一年以上。
另外,今年来薄膜驻极体在制备方法上有了不少改进,据报道有“电晕较化法”和“电子束轰击法”,前者制备成的驻极体为电驻极体,后者为性驻极体。 1.电晕较化法 电晕较化法是不采用加热条件,仅在室温下加强电场使之较化。为了使场强集中,其中一个方法是把电极做成刀刃形,在强电场作用下,空气明显被击穿,出现电晕放电现象,所以称为电晕较化法。此方法的优点是效率比较高,许多无机材料也能适用,较化电荷的稳定性也较好。 2.电子束轰击法 电子束轰击法是使薄膜受电子轰击而带电,为防止电子击穿破话较化效果,还可以加上环氧玻璃板等绝缘材料。用这个方法制备的驻极体寿命达到相当于或**热驻极体的寿命。
目前在工厂使用较多的方法是带网的负高压电晕较化,这个方法是从负高压电晕较化而发展起来的。
1、从工作原理上分:炭精粒式、电磁式、电容式、驻极体电容式(以下介绍以驻极体式为主)、压电晶体式、压电陶瓷式、二氧化硅式等。
2、从尺寸大小分,驻极体式又可分为若干种.
Φ9.7系列产品 Φ8系列产品 Φ6系列产品
Φ4.5系列产品 Φ4系列产品 Φ3系列产品
每个系列中又有不同的高度
3、从咪头的方向性,可分为全向,单向,双向(又称为消噪式)
4、从较化方式上分,振膜式,背较式,振膜式咪头,前较式
从结构上分又可以分为栅较点焊式,栅较压接式,较环连接式等
5、从对外连接方式分
普通焊点式:L型
带PIN脚式:P型
同心圆式: S型