設計挑戰實例解析
1. 機構干涉與聲孔對位（Top Port）
情境：在筆記型電腦或智慧音箱中使用 Top Port 麥克風，外殼需開孔對準麥克風聲孔。
挑戰：
• 外殼孔位若偏移 0.2 mm，就可能導致聲音入射角改變，產生頻率響應偏移。
• 若孔徑太小，會形成聲學阻抗，導致高頻衰減。
• 若孔徑太大，則可能導致防水網無法密封，影響防塵防水性能。
建議：
• 使用 聲音模擬聲波穿透外殼孔的頻率響應。
• 設計防水網時考慮其聲學透過率與阻抗匹配。
2. PCB 鑽孔聲學共振（Bottom Port）
情境：在耳機或穿戴裝置中使用 Bottom Port 麥克風，聲音需穿過 PCB 鑽孔。
挑戰：
• PCB 鑽孔若深度與直徑不當，會形成 Helmholtz 共振腔，導致某些頻率被放大或衰減。
• 鑽孔周圍若有焊錫或阻焊層堆積，會改變聲學路徑，造成非線性失真。
• 若孔道與外殼導音管不對齊，會產生反射與干擾。
建議：
• 建立 3D 聲學模型，模擬孔道與導音管的耦合效應。
• 在 PCB 設計階段就納入聲孔位置與尺寸的 DFM（Design for Manufacturability）規範。
3. EMI 與地線設計（Bottom Port）
情境：在高密度模組中使用 Bottom Port 麥克風，周圍有高速數位訊號線。
挑戰：
• 麥克風下方若無完整地平面，可能導致 EMI 穿透麥克風模組，產生雜訊。
• PDM 訊號線若與其他高速線路平行過長，可能產生串音干擾。
• 若電源去耦電容位置不當，會造成電源噪聲耦合進麥克風。
建議：
• 在 Layout 中設計完整地平面並加強接地。
• 使用差分走線並保持等長，減少訊號不平衡。
• 電源濾波器與去耦電容靠近麥克風電源腳位放置。
4. 聲學一致性與量產偏差（Top/Bottom Port 共通）
情境：在量產階段，發現同批麥克風模組聲學表現不一致。
挑戰：
• 防水網貼合不均，造成聲學阻抗差異。
• 麥克風模組與外殼之間的氣密性不一致，導致頻率響應偏移。
• PCB 鑽孔製程誤差導致聲孔尺寸偏差。
建議：
• 建立聲學量測流程，使用標準化聲源進行頻率掃描。
• 在模組設計中加入聲學補償結構，如導音槽或吸音材料。
• 與製程工程師協作，優化孔位鑽孔精度與防水網貼合工藝。
在 MEMS 麥克風模組設計中，「rubber」通常指的是聲學結構中的橡膠墊圈、隔音環或防水密封件。這些元件在 Top Port 與 Bottom Port 的設計中扮演不同角色，影響聲音導入、環境隔離與機構整合。
以下是針對 rubber 設計的差異與挑戰分析：
Rubber 設計差異：Top Port vs Bottom Port
實際設計挑戰舉例
1. 聲學阻抗不匹配（Top Port）
情境：Rubber 密封圈厚度過大，導致聲音進入麥克風前產生反射與衰減。
挑戰：
• 高頻響應下降，語音清晰度受影響。
• 量產時厚度誤差造成聲學一致性差。
建議：
• 使用 Shore A 30–50 的軟性材料，並進行聲學模擬驗證。
• 控制厚度在 ±0.05 mm 以內，並設計定位結構防止偏移。
2. PCB 導音孔漏音（Bottom Port）
情境：Rubber 未能完全密封 PCB 鑽孔與外殼導音管，導致漏音與環境噪聲滲入。
挑戰：
• 防水失效，無法達到 IP 等級。
• 聲音路徑不穩定，造成頻率響應波動。
建議：
• 設計雙層 Rubber 結構，內層密封、外層導音。
• 使用 COMSOL 模擬導音管與 Rubber 接觸界面，優化形狀與壓合力。
3. 組裝偏差與壓合力控制
情境：Rubber 在模組組裝時受力不均，導致變形或偏移。
挑戰：
• 聲孔偏移導致聲音入射角改變。
• 防水網與 Rubber 接觸不良，影響密封性。
建議：
• 設計定位柱或導向槽，確保組裝一致性。
• 控制壓合力在 5–10 N 範圍內，避免過度壓縮 Rubber。
Q/A
Q1. 針對 Top Port 麥克風的設計，機構干涉與聲孔對位方面會面臨哪些挑戰？
Ans1: 1.外殼孔位偏移 2.孔徑大小不當。
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Q2. Bottom Port 麥克風在 PCB 鑽孔設計上，可能遇到哪些聲學共振的挑戰？
Ans2: 當 Bottom Port 麥克風應用於耳機或穿戴裝置，聲音需穿過 PCB 鑽孔時，可能引發聲學共振問題。 主要挑戰包括：
1.Helmholtz 共振腔 2.聲學路徑改變3.反射與干擾。
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Q3: MEMS 麥克風模組在量產階段，若發現同批產品聲學表現不一致，可能源於哪些挑戰？
Ans2. 在 MEMS 麥克風模組的量產階段，聲學表現不一致是一個常見的挑戰，無論是 Top Port 或 Bottom Port 麥克風都可能遇到。 潛在的挑戰來源包括：
1.防水網貼合不均 2. 氣密性不一致 3.PCB 鑽孔製程誤差 4.Rubber 厚度誤差。
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Q4. 在 MEMS 麥克風模組設計中，「rubber」元件扮演著什麼角色？
Ans4. 在 MEMS 麥克風模組設計中，「rubber」通常指的是聲學結構中的橡膠墊圈、隔音環或防水密封件。這些元件在聲音導入、環境隔離與機構整合方面扮演著關鍵角色。
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Q5. 在高密度模組中使用 Bottom Port 麥克風時，EMI（電磁干擾）與地線設計會面臨哪些挑戰？
Ans5. 在高密度模組中，尤其當 Bottom Port 麥克風周圍有高速數位訊號線時，EMI 與地線設計是重要的考量。 主要挑戰包括：
1. EMI 穿透與雜訊 2. 串音干擾 3. 電源噪聲耦合 4. 完整地平面與接地5. 差分走線 6. 去耦電容 placement。
參考來源