MEMS麦克风设计注意事项和应用指南

MEMS麦克风以其极致的小巧、卓越的性能、强大的稳定性和极具竞争力的成本，席卷了从消费电子到工业物联网的各个角落。无论是打造清晰通话的TWS耳机，赋予智能设备“听”的能力，还是在嘈杂环境中精准拾音，MEMS麦克风都扮演着至关重要的角色。本指南将带您深入浅出地探索MEMS麦克风的核心世界，我们将拨开技术迷雾，聚焦实际应用，为您解析MEMS麦克风从设计到应用的一系列注意事项和应用指南。无论您是硬件工程师、声学设计师、产品经理，还是对前沿科技充满好奇的爱好者，这份指南都将为您提供实用、落地的知识，助您充分发挥MEMS麦克风的潜能，让您的声音产品“听得更清，做得更棒”！

MEMS麦克风简介

MEMS结构分类

Top结构：性能低，SMT引入异物风险低，如果做高性能需通过特殊结构实现。

Bottom：性能高，SMT引入异物风险高，需注意防护。 

主要部件和功能说明

过程和存储建议

•MEMS产品对洁净度要求较高，建议在10万级以上净化车间组装生产；

•产品周转过程中需注意音孔防护，禁止洗板操作；

•产品保存期限：在ESD包装袋未打开，环境条件：30 ºC，70% R.H.的情况下，可在客户代理商端存储12个月；

整机PCB焊盘和网板设计

•建议整机PCB焊盘与MIC焊盘比例为1:1；

•推荐钢网厚度范围为0.08-0.1mm，钢网开孔与PWB焊盘比例为0.8:1或者0.9:1，以将锡珠含量降至最低；

•MIC音孔周围地环网板建议采用3段式设计，连接筋宽度0.12-0.15mm，在保证地环闭合的同时降低气泡产生概率；

•MIC方形焊盘和圆形焊盘建议采用分段式设计，网板开孔面积占焊盘面积的75-80%，以降低气泡产生概率；

整机PCB线路设计建议

模拟MEMS整机线路设计建议

•靠近VDD端对GND增加滤波电容C1，建议电容值0.1μF，可以降低电源端纹波干扰；

•输出端增加隔直电容C2，可以减小MIC输出直流电压对Codec影响。其值可根据以下公式计算得出

3dB cut-off frequency=1/2πRLC2，其中RL负载电阻

 

•针对单端MIC，为降低干扰，建议采用伪差分电路。

数字MEMS整机线路设计建议

•可通过对L/R引脚的设置实现单声道或者双声道的使用，一般情况下，单MIC使用时，建议客户将L/R引脚接地，避免电源噪声的影响；

•双MIC使用时，可将两个MIC的输出并联走一条输出线，适合多MIC阵列应用场景，节约I/O口资源。

•建议在靠近每个麦克风VDD端放置一个0.1-1uF电容，消除电源纹波；

CLK走线长度较长时，需要在靠近codec端串联50-100Ω匹配电阻，消除信号反射；

•不要在DATA上加上拉/下拉电阻，可通过增加buffer电路来提升驱动能力；

•禁止信号线(CLK/DATA)长距离相邻并行走线，会导致高频信号干扰；

静电防护设计建议

静电分为接触和空气两种方式，各自设计电路参考如下：

接触静电：MIC本身具备一定防静电能力，若不能满足整机需求，建议在VDD和OUT增加TVS，稳压管或压敏电阻来提升抗静电能力。

空气静电：针对各管脚的静电，建议同接触静电线路；针对音孔的静电，主要靠增加静电泄放路径，即增加接地路径，以便静电可以通过GND泄放掉。

射频干扰设计建议

手机射频干扰、蓝牙2.4GHz干扰、以及WiFi 5-6GHz干扰为主要的射频干扰源，已成为MEMS选型必须要考虑的因素。通过滤波线路和抗干扰金属壳设计，可以有效提升抗射频干扰能力。同时，针对客户端遇到的问题，可以参考如下步骤优化：

1）确定干扰是传导还是辐射

2）定位干扰位置

3）通过增加滤波、隔离、屏蔽等方式优化

SMT贴片建议

吸取建议

•Bottom结构可以直接吸取外壳表面，注意避开边缘位置；

•Top结构吸取时注意避开音孔位置

整机PCB分板建议

•PWB或FPC分板时建议使用防护胶贴住MIC音孔或使用治具密封，预防分切产生的粉尘进入MIC内部；

•分板后禁止使用气枪直接吹击残留碎屑，如果必须进行清洁，可采用以下两种方式：

1）使用无尘布擦拭，擦拭过程注意静电防护和MIC防护

2）必须使用气枪吹击时，建议吹击条件：气压＜0.3Mpa，气枪内径＞2mm，吹击距离＞5cm，吹击时间＜5S；

返工推荐建议

•Bottom结构MIC,热风枪垂直对准MIC约15S,距离1-2cm；

•Top结构MIC，热风枪60°对准MIC远离音孔的位置约15S，距离1-2cm，音孔贴可泄气的高温膜防护；

整机声音通道设计建议

•机壳声孔开孔直径尽量大(≥φ1.0mm)，厚度尽量薄(≤1mm)；

•胶套和密封垫声音通道直径尽量大(Top类大于音孔0.5mm)；

•声孔增加mesh或其他声阻材料，可以降低高频谐振峰幅度，得到更平坦的频响曲线。

•声音通道长度尽量短(<3mm)，建议L型管道设计，既可以减小异物引入风险，又能保证频响平坦性；

常见声音通道设计

 

•Bottom结构MIC整机板设计需要开孔，为保证频响曲线的平坦性，开孔不易过小，但考虑到地环焊接面积以及异物引入风险，开孔也不易过大，建议值参考下表：

 

装配建议

•整机小板固定建议

通过锁螺丝或卡扣方式固定在整机上，此过程会产生一定的应力，作用在MEMS上，导致灵敏度变化甚至破膜问题。建议MIC放置在整机小板的中间位置，同时避开螺丝孔或卡扣等应力集中点，锁螺丝时需均匀用力，避免局部用力过大。

•声音通道装配建议

整个声音通道必须保持密封，任何声音泄露都可能引起回声、噪声及频响问题。

回声问题多数是由垫圈密封不严引起的，垫圈处的声泄露会让喇叭的发声及其它噪声进入机壳内部从而被MIC拾取，也会导致其它噪声源产生的音频噪声被MIC拾取，从而引起回声或噪声问题。

整机测试建议

•对于密闭腔测试环境，需保证工装与MIC声孔密封贴合，避免漏气影响频响曲线。

•如果需要金咪校准声腔，建议使用标准金咪。没有标准金咪的话，需使用各厂家的麦克风单独做金咪，不同厂家金咪不可通用，以免引起灵敏度差异。

•数字麦克风如果采用DA转换方式测试灵敏度，则不同DA转换板之间会有差异，建议与客户系统进行对标。