又一传感器将被MEMS颠覆！未来5年爆发！这次中国主导制定首个全球标准！

20年前，MEMS喷墨打印头在打印机里广泛使用，取代了传统的机械式打印头，使惠普、佳能等打印机厂商成为MEMS领域巨头。   10年前，随着智能手机崛起，MEMS麦克风被广泛应用，取代传统的驻极体麦克风，我国多个MEMS企业借着这股东风崛起，譬如歌尔股份、瑞声科技、敏芯股份都是我国乃至全球MEMS麦克风的市场领导者。   在这些浪潮中，中国企业都是追随者。今天，又有一个传统器件即将被MEMS技术颠覆，而这次，中国企业正在参与拟定该MEMS技术全球首个标准！ 多家机构预测2023年将是大批量出货元年，全球最大的MEMS企业博世也通过收购入局并将成为其下一个发力点，未会有哪些MEMS企业脱颖而出？

全球MEMS扬声器行业首部技术标准起草工作启动会在深圳召开，中国牵头编制首个全球标准！  近日，据深圳市音响行业协会官方公众号发布新闻稿介绍，7月16日，全球MEMS扬声器行业首部《MEMS扬声器通用技术要求》团体标准工作座谈会在深圳前海国际会议中心召开。该团体标准于2023年4月立项，由深圳市音响行业协会提出并牵头协调组织编制工作。   据悉，来自深圳市音响行业协会、东南大学、立讯精密、韶音、瑞声科技、精拓丽音、USOUND、xMEMS、华景、苏州声学产业技术研究院、纳芯微、领航微等单位的相关国内外专家及代表共计20余人参加会议。可以看到，瑞声科技、纳芯微等多家熟悉的国产MEMS十强企业均有参与。  扬声器是目前智能设备里，极少数未被MEMS替代的器件，这个已有数十年历史的行业将在未来几年被MEMS所颠覆。   经过长时间的孕育，目前全球MEMS扬声器产业正处于规模化量产前夕，全球声学领域都在期待MEMS扬声器这一新技术的量产到来，因为MEMS扬声器技术较新颖，目前全球尚无明确、统一的行业标准。

据本次标准起草负责人精拓丽音创始人、深圳市音响行业协会专家袁世明介绍，制定本团体标准的目的和初心是为了促进MEMS扬声器生产的规范化、标准化。  本次标准起草工作的召开为提升我国在MEMS扬声器领域的国际地位和话语权做出了重要贡献，是新一代电声产业由"量”变"质”的重要里程碑。  

▲来源：深圳市音响行业协会  博世入局，全球MEMS扬声器2023年开启大规模量产！未来5年成MEMS领域增长亮点！  据多方资料显示，目前早期 MEMS 扬声器产品已经开始放量，例如内置MEMS扬声器企业USound MEMS扬声器的智能眼镜 2021 年在美国收入达到百万级美金。  TWS 耳机头部厂商也在导入 MEMS 扬声器技术，例如2022 年底，立讯精密选择 USound 作为其 MEMS 扬声器的战略供应商，为其 TWS 耳机提供全新超紧凑混合音频模块，而该方案预计将于 2023 年量产。MEMS 扬声器将来有望在手机、TWS、PC、智能家居等多个领域得到应用。

2022 年 4 月 28 日，全球MEMS龙头企业博世（Bosch），收购了总部位于德国的MEMS 微型扬声器专家 Arioso Systems，从而向业界宣布大举入局MEMS扬声器领域，这为博世 MEMS 产品组合带来扩充，同时也吹响全球MEMS扬声器市场增长的号角。   据近日，知名电子媒体电子工程专辑与Bosch Sensortec全球战略及市场负责人Sebastien Therond的对话显示，MEMS扬声器未来或许成为博世在MEMS领域的又一发力点：

“声学对我们而言是个新的领域”——Bosch去年收购了MEMS扬声器厂商Arioso Systems，这对Bosch而言，应该是非常重要的一步——“我们通过收购获得了很棒的技术，产品现在还没有上市”，Sebastien在采访中反复提到了MEMS扬声器产品，言及Arioso的技术很独特，在传感器尺寸、功耗方面很出色，未来大概可以期待一下。

▲博世MEMS传感解决方案产品组合（来源：博世）   Arioso Systems 以其专有的音频换能器技术而闻名，该技术通过移动硅芯片内的垂直薄片来产生声音。据新闻稿称，Arioso Systems生产的MEMS扬声器可产生具有竞争力的声压级 (SPL)——在10mm 2的有效区域内可产生高达 120 dB SPL。该 MEMS 微系统采用全硅 MEMS 静电致动器，可在可听设备和可穿戴设备中保持电池电量。  

▲Arioso Systems新型MEMS微型扬声器和一分欧元硬币的对比图   据外媒SemiMedia，在2023年4月份，采访全球知名半导体咨询企业Omdia的MEMS与传感器高级研究分析师Nora Houlihan的对话显示，未来5年MEMS扬声器将是增长最快的MEMS器件。

问：我们继续看到一些MEMS应用研究和产品增长令人惊叹。您认为哪种 MEMS设备会在五年内大幅增长? 为什么？

Houlihan：预计五年内MEMS扬声器将显著增长，因为这项技术会越来越便宜，而且它们的尺寸、范围和质量优势也会得到巩固。随着MEMS尺寸越来越小，设计者可以在不增加产品整体尺寸的情况下增加器件和功能。这在可穿戴设备等产品中尤为重要。

根据此前MEMS扬声器领先企业USound的市场预测：从2023年起，MEMS扬声器市场将一路走高；从2024年起，平衡电枢式扬声器市场份额将明显减少；预计到2025年，MEMS扬声器将在TWS耳机领域中占据50%的市场份额。这种快速增长源于可穿戴设备的小型化发展趋势，以及消费电子市场对元器件的微型化、低成本、低功耗的需求。  据知名咨询企业Yole预测，MEMS扬声器是仅次于MEMS时钟的未来最具有发展潜力的MEMS器件，据其《MEMS产业现状2022》报告显示，2021-2027 MEMS扬声器的年复合增长率（CAGR）将超过100%。Yole认为TWS无线耳机设备将是MEMS扬声器的主要突破点，其次是智能手机、汽车等应用。  

  ▲来源：Yole  什么是MEMS扬声器技术？与其他技术对比有什么优劣？  扬声器的种类很多，在个人音频及智能穿戴市场，主流应用包括了动圈单元（动态驱动器）和动铁单元（平衡电枢驱动器）两种。目前的主流方案是动圈保留，动铁被MEMS扬声器替代。  MEMS扬声器是一种新兴的扬声器技术，是将电信号转变为声信号的微型换能器，其核心组件（例如执行器/驱动器、振膜、热声膜等）利用MEMS技术在半导体材料上制造而成。MEMS扬声器工作原理主要有四种：压电式、电动式、静电式、热声式。

目前，压电式MEMS 扬声器占据主流，以USound、xMEMS为代表的压电式MEMS扬声器创业公司不断打磨技术能力并完善产业链，多款MEMS扬声器新产品应运而生并逐步渗透至可穿戴及便携式设备，以取代平衡电枢式扬声器等传统扬声器。  压电式 MEMS 扬声器的工作原理是使用压电薄膜作为有源元件，当施加电压时会发生变形，这种机械偏转使周围的空气发生位移并产生声波。  

  ▲MEMS扬声器工作原理示意图（来源：麦姆斯咨询）   与平衡电枢扬声器相比，MEMS 扬声器可以提供显着的尺寸优势。   该技术的一个主要优点是它与硅工艺的兼容性，这意味着它可以以低成本大规模和极小尺寸生产。例如，USound 扬声器中的 MEMS 电机厚度不到 0.5 毫米，比其电动同类产品小一个数量级。   此外，MEMS扬声器可以定向发声，增加智能手机免提的效果和通话私密性。目前MEMS扬声器驱动距离1-1.5m，理想是驱动距离5-8m的距离，如果MEMS扬声器能做到5-8m的声音传输距离，那么在电视机市场、智能家居市场的应用会迅速升温。   除了尺寸之外，MEMS 扬声器还具有极低的功率（由于其高固有阻抗的结果）以及出色的音频质量。MEMS 扬声器也可以构建在与放大器相同的 PCB 基板上，从而节省电路板空间，有利于系统集成商添加更多传感器以实现更多功能，或者采用更大容量的电池以提升系统的运行时间。  

▲使用三种不同扬声器在 94 dB SPL 时测得的电流消耗：USound MEMS 扬声器、Knowles 26824 平衡电枢扬声器和 Samsung HS330 动圈扬声器（来源：USound）   因为MEMS扬声器使用硅工艺进行全自动化生产线制造，而平衡电枢式扬声器需要手工组装，因此，随着技术进步和大规模量产，MEMS扬声器还具有低成本、低功耗、高可靠性、易于集成等优点。      国内外部分主要MEMS扬声器厂商 Usound（悠声科技）  USound是一家来自奥地利的全球MEMS扬声器和声音解决方案领军企业，成立于2014年，于2021年底完成了 3000 万美元的 B 轮融资，总融资额超过 7500 万美元。   USound是全球领先的MEMS扬声器厂商之一，据悉其采用意法半导体的MEMS制造工艺，2022年8月，USound与淄博高新区、惠友资本共建微系统IDM及产业集群项目，USound中国总部落地淄博高新区，依托TDK新科实业世界顶尖的压电技术、USound世界领先的MEMS扬声器技术，致力打造全流程的MEMS扬声器生产线和国内一流的微系统产业集群，填补行业空白。

该项目将结合淄博高新区现有MEMS产线与USound的自有设备组合，共同打造完整工艺流程的MEMS扬声器生产线，打造出全球第一家掌握MEMS扬声器全环节的IDM厂商。项目合计年产值达60亿元以上，此前消息，该项目计划于2022年第四季度量产。   目前，USound已与立讯精密、AT&S、Elemaster Electronic Technology等全球多家下游头部企业达成合作。 

  ▲内置USound MEMS扬声器的智能眼镜产品，其出货量已达百万美元级别  xMEMS（知微电子）  xMEMS公司成立于2017年，总部位于美国加州圣克拉拉，在台湾设有分公司，2021年进行了1000万美元的A轮融资。   xMEMS是全球领先的MEMS扬声器企业之一，2020年7月，xMEMS发布了全球首款单片式MEMS扬声器，据悉该产品由台积电流片，该公司已将其首款产品商业化。  2023年4月，xMEMS推出Cowell、Montara Plus、Skyline DynamicVent三款MEMS微型扬声器解决方案，可立即集成到下一代真无线立体声（TWS）耳机、入耳式耳机（IEM）、数字助听器以及智能眼镜和睡眠耳塞等新兴的个人音频电子产品中。  

▲xMEMS扬声器产品参数以及构造  博世&Arioso Systems  Arioso Systems成立于2019年，是从德国弗劳恩霍夫光子微系统研究所（Fraunhofer IPMS）独立出来运营的创业公司，总部位于德国的德累斯顿，是全球最具创新性的MEMS扬声器技术厂商之一。   2022年5月，Arioso Systems被全球MEMS龙头企业博世收购，其技术将为博世现有 MEMS 产品组合带来扩充，适用于穿戴式和耳戴式设备。 瑞声科技  瑞声科技是中国MEMS十强企业之一，MEMS麦克风是其最主要的MEMS产品，此外瑞声科技还拥有加速度计、陀螺仪、射频等MEMS产品。   2023年，瑞声科技推出其首款MEMS扬声器，可通过蓝牙芯片直驱，摒弃PA真正实现超低功耗，主打Hi-res认证的音质要求，用高低音单元分频的方案，可以极大地提升耳机的音频质量。  

▲瑞声科技MEMS产品系列  润欣科技  润欣科技成立于2000年，是国内领先的IC产品和IC解决方案提供商，近年来开拓MEMS传感和AIOT边缘计算等新兴技术领域。   据润欣科技与投资者交流问答资料显示，润欣科技与国家智能传感器创新中心组建联合实验室，共同研发 MEMS 技术以及推动其量产。基于创新中心的 12 吋先进传感器特色工艺中试线，润欣科技的MEMS 扬声器预计在 2023 年下半年开始放量，有望成为公司的新增长点。 结语：这次能重现前辈的成功吗？  自从诞生以来，MEMS技术总被认为是可以创造奇迹的技术，并成功颠覆了许多应用领域。   最初MEMS麦克风被集成到第一款摩托罗拉RAZR手机中，之后，随着智能手机兴起，传统的驻极体麦克风被MEMS麦克风替代，退出历史舞台。中国MEMS企业，歌尔股份、瑞声股份、敏芯股份等抓住了这股浪潮迅速成长。  同样，因为智能手机创新的交互需要，MEMS陀螺仪和加速度计开始变的流行，应美盛果断从向任天堂等掌上游戏机厂商提供MEMS传感器，转而推出面向手机的MEMS惯性传感器，从而应美盛的MEMS业务获得了飞速成长。 扬声器是目前智能设备里，极少数未被MEMS替代的器件，这个已有数十年历史的行业将在未来几年被MEMS所颠覆。   未来五年，或许我们就能在身边的TWS、手机、电脑等各种设备中看到MEMS扬声器的身影，就如同今天无处不在的MEMS麦克风一样。  MEMS扬声器能重现前辈的成功吗？   您对本文有什么看法？欢迎在传感器专家网公众号本内容底下留言讨论，或在中国最大的传感社区：传感交流圈中进行交流。

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审核编辑 黄宇