20年前，MEMS噴墨打印頭在打印機里廣泛使用，取代了傳統(tǒng)的機械式打印頭，使惠普、佳能等打印機廠商成為MEMS領(lǐng)域巨頭。 10年前，隨著智能手機崛起，MEMS麥克風被廣泛應用，取代傳統(tǒng)的駐極體麥克風，我國多個MEMS企業(yè)借著這股東風崛起，譬如歌爾股份、瑞聲科技、敏芯股份都是我國乃至全球MEMS麥克風的市場領(lǐng)導者。 在這些浪潮中，中國企業(yè)都是追隨者。今天，又有一個傳統(tǒng)器件即將被MEMS技術(shù)顛覆，而這次，中國企業(yè)正在參與擬定該MEMS技術(shù)全球首個標準！多家機構(gòu)預測2023年將是大批量出貨元年，全球最大的MEMS企業(yè)博世也通過收購入局并將成為其下一個發(fā)力點，未會有哪些MEMS企業(yè)脫穎而出？

全球MEMS揚聲器行業(yè)首部技術(shù)標準起草工作啟動會在深圳召開，中國牽頭編制首個全球標準！ 近日，據(jù)深圳市音響行業(yè)協(xié)會官方公眾號發(fā)布新聞稿介紹，7月16日，全球MEMS揚聲器行業(yè)首部《MEMS揚聲器通用技術(shù)要求》團體標準工作座談會在深圳前海國際會議中心召開。該團體標準于2023年4月立項，由深圳市音響行業(yè)協(xié)會提出并牽頭協(xié)調(diào)組織編制工作。 據(jù)悉，來自深圳市音響行業(yè)協(xié)會、東南大學、立訊精密、韶音、瑞聲科技、精拓麗音、USOUND、xMEMS、華景、蘇州聲學產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院、納芯微、領(lǐng)航微等單位的相關(guān)國內(nèi)外專家及代表共計20余人參加會議。可以看到，瑞聲科技、納芯微等多家熟悉的國產(chǎn)MEMS十強企業(yè)均有參與。 揚聲器是目前智能設備里，極少數(shù)未被MEMS替代的器件，這個已有數(shù)十年歷史的行業(yè)將在未來幾年被MEMS所顛覆。 經(jīng)過長時間的孕育，目前全球MEMS揚聲器產(chǎn)業(yè)正處于規(guī)模化量產(chǎn)前夕，全球聲學領(lǐng)域都在期待MEMS揚聲器這一新技術(shù)的量產(chǎn)到來，因為MEMS揚聲器技術(shù)較新穎，目前全球尚無明確、統(tǒng)一的行業(yè)標準。

據(jù)本次標準起草負責人精拓麗音創(chuàng)始人、深圳市音響行業(yè)協(xié)會專家袁世明介紹，制定本團體標準的目的和初心是為了促進MEMS揚聲器生產(chǎn)的規(guī)范化、標準化。 本次標準起草工作的召開為提升我國在MEMS揚聲器領(lǐng)域的國際地位和話語權(quán)做出了重要貢獻，是新一代電聲產(chǎn)業(yè)由"量”變"質(zhì)”的重要里程碑。

▲來源：深圳市音響行業(yè)協(xié)會 博世入局，全球MEMS揚聲器2023年開啟大規(guī)模量產(chǎn)！未來5年成MEMS領(lǐng)域增長亮點！ 據(jù)多方資料顯示，目前早期 MEMS 揚聲器產(chǎn)品已經(jīng)開始放量，例如內(nèi)置MEMS揚聲器企業(yè)USound MEMS揚聲器的智能眼鏡 2021 年在美國收入達到百萬級美金。 TWS 耳機頭部廠商也在導入 MEMS 揚聲器技術(shù)，例如2022 年底，立訊精密選擇 USound 作為其 MEMS 揚聲器的戰(zhàn)略供應商，為其 TWS 耳機提供全新超緊湊混合音頻模塊，而該方案預計將于 2023 年量產(chǎn)。MEMS 揚聲器將來有望在手機、TWS、PC、智能家居等多個領(lǐng)域得到應用。

2022 年 4 月 28 日，全球MEMS龍頭企業(yè)博世（Bosch），收購了總部位于德國的MEMS 微型揚聲器專家 Arioso Systems，從而向業(yè)界宣布大舉入局MEMS揚聲器領(lǐng)域，這為博世 MEMS 產(chǎn)品組合帶來擴充，同時也吹響全球MEMS揚聲器市場增長的號角。 據(jù)近日，知名電子媒體電子工程專輯與Bosch Sensortec全球戰(zhàn)略及市場負責人Sebastien Therond的對話顯示，MEMS揚聲器未來或許成為博世在MEMS領(lǐng)域的又一發(fā)力點：

“聲學對我們而言是個新的領(lǐng)域”——Bosch去年收購了MEMS揚聲器廠商Arioso Systems，這對Bosch而言，應該是非常重要的一步——“我們通過收購獲得了很棒的技術(shù)，產(chǎn)品現(xiàn)在還沒有上市”，Sebastien在采訪中反復提到了MEMS揚聲器產(chǎn)品，言及Arioso的技術(shù)很獨特，在傳感器尺寸、功耗方面很出色，未來大概可以期待一下。

▲博世MEMS傳感解決方案產(chǎn)品組合（來源：博世） Arioso Systems 以其專有的音頻換能器技術(shù)而聞名，該技術(shù)通過移動硅芯片內(nèi)的垂直薄片來產(chǎn)生聲音。據(jù)新聞稿稱，Arioso Systems生產(chǎn)的MEMS揚聲器可產(chǎn)生具有競爭力的聲壓級 (SPL)——在10mm 2的有效區(qū)域內(nèi)可產(chǎn)生高達 120 dB SPL。該 MEMS 微系統(tǒng)采用全硅 MEMS 靜電致動器，可在可聽設備和可穿戴設備中保持電池電量。

▲Arioso Systems新型MEMS微型揚聲器和一分歐元硬幣的對比圖 據(jù)外媒SemiMedia，在2023年4月份，采訪全球知名半導體咨詢企業(yè)Omdia的MEMS與傳感器高級研究分析師Nora Houlihan的對話顯示，未來5年MEMS揚聲器將是增長最快的MEMS器件。

問：我們繼續(xù)看到一些MEMS應用研究和產(chǎn)品增長令人驚嘆。您認為哪種 MEMS設備會在五年內(nèi)大幅增長? 為什么？

Houlihan：預計五年內(nèi)MEMS揚聲器將顯著增長，因為這項技術(shù)會越來越便宜，而且它們的尺寸、范圍和質(zhì)量優(yōu)勢也會得到鞏固。隨著MEMS尺寸越來越小，設計者可以在不增加產(chǎn)品整體尺寸的情況下增加器件和功能。這在可穿戴設備等產(chǎn)品中尤為重要。

根據(jù)此前MEMS揚聲器領(lǐng)先企業(yè)USound的市場預測：從2023年起，MEMS揚聲器市場將一路走高；從2024年起，平衡電樞式揚聲器市場份額將明顯減少；預計到2025年，MEMS揚聲器將在TWS耳機領(lǐng)域中占據(jù)50%的市場份額。這種快速增長源于可穿戴設備的小型化發(fā)展趨勢，以及消費電子市場對元器件的微型化、低成本、低功耗的需求。 據(jù)知名咨詢企業(yè)Yole預測，MEMS揚聲器是僅次于MEMS時鐘的未來最具有發(fā)展?jié)摿Φ腗EMS器件，據(jù)其《MEMS產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀2022》報告顯示，2021-2027 MEMS揚聲器的年復合增長率（CAGR）將超過100%。Yole認為TWS無線耳機設備將是MEMS揚聲器的主要突破點，其次是智能手機、汽車等應用。

▲來源：Yole 什么是MEMS揚聲器技術(shù)？與其他技術(shù)對比有什么優(yōu)劣？ 揚聲器的種類很多，在個人音頻及智能穿戴市場，主流應用包括了動圈單元（動態(tài)驅(qū)動器）和動鐵單元（平衡電樞驅(qū)動器）兩種。目前的主流方案是動圈保留，動鐵被MEMS揚聲器替代。 MEMS揚聲器是一種新興的揚聲器技術(shù)，是將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)槁曅盘柕奈⑿蛽Q能器，其核心組件（例如執(zhí)行器/驅(qū)動器、振膜、熱聲膜等）利用MEMS技術(shù)在半導體材料上制造而成。MEMS揚聲器工作原理主要有四種：壓電式、電動式、靜電式、熱聲式。

目前，壓電式MEMS 揚聲器占據(jù)主流，以USound、xMEMS為代表的壓電式MEMS揚聲器創(chuàng)業(yè)公司不斷打磨技術(shù)能力并完善產(chǎn)業(yè)鏈，多款MEMS揚聲器新產(chǎn)品應運而生并逐步滲透至可穿戴及便攜式設備，以取代平衡電樞式揚聲器等傳統(tǒng)揚聲器。 壓電式 MEMS 揚聲器的工作原理是使用壓電薄膜作為有源元件，當施加電壓時會發(fā)生變形，這種機械偏轉(zhuǎn)使周圍的空氣發(fā)生位移并產(chǎn)生聲波。

▲MEMS揚聲器工作原理示意圖（來源：麥姆斯咨詢） 與平衡電樞揚聲器相比，MEMS 揚聲器可以提供顯著的尺寸優(yōu)勢。 該技術(shù)的一個主要優(yōu)點是它與硅工藝的兼容性，這意味著它可以以低成本大規(guī)模和極小尺寸生產(chǎn)。例如，USound 揚聲器中的 MEMS 電機厚度不到 0.5 毫米，比其電動同類產(chǎn)品小一個數(shù)量級。 此外，MEMS揚聲器可以定向發(fā)聲，增加智能手機免提的效果和通話私密性。目前MEMS揚聲器驅(qū)動距離1-1.5m，理想是驅(qū)動距離5-8m的距離，如果MEMS揚聲器能做到5-8m的聲音傳輸距離，那么在電視機市場、智能家居市場的應用會迅速升溫。 除了尺寸之外，MEMS 揚聲器還具有極低的功率（由于其高固有阻抗的結(jié)果）以及出色的音頻質(zhì)量。MEMS 揚聲器也可以構(gòu)建在與放大器相同的 PCB 基板上，從而節(jié)省電路板空間，有利于系統(tǒng)集成商添加更多傳感器以實現(xiàn)更多功能，或者采用更大容量的電池以提升系統(tǒng)的運行時間。

▲使用三種不同揚聲器在 94 dB SPL 時測得的電流消耗：USound MEMS 揚聲器、Knowles 26824 平衡電樞揚聲器和 Samsung HS330 動圈揚聲器（來源：USound） 因為MEMS揚聲器使用硅工藝進行全自動化生產(chǎn)線制造，而平衡電樞式揚聲器需要手工組裝，因此，隨著技術(shù)進步和大規(guī)模量產(chǎn)，MEMS揚聲器還具有低成本、低功耗、高可靠性、易于集成等優(yōu)點。 國內(nèi)外部分主要MEMS揚聲器廠商Usound（悠聲科技） USound是一家來自奧地利的全球MEMS揚聲器和聲音解決方案領(lǐng)軍企業(yè)，成立于2014年，于2021年底完成了 3000 萬美元的 B 輪融資，總?cè)谫Y額超過 7500 萬美元。 USound是全球領(lǐng)先的MEMS揚聲器廠商之一，據(jù)悉其采用意法半導體的MEMS制造工藝，2022年8月，USound與淄博高新區(qū)、惠友資本共建微系統(tǒng)IDM及產(chǎn)業(yè)集群項目，USound中國總部落地淄博高新區(qū)，依托TDK新科實業(yè)世界頂尖的壓電技術(shù)、USound世界領(lǐng)先的MEMS揚聲器技術(shù)，致力打造全流程的MEMS揚聲器生產(chǎn)線和國內(nèi)一流的微系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)集群，填補行業(yè)空白。

該項目將結(jié)合淄博高新區(qū)現(xiàn)有MEMS產(chǎn)線與USound的自有設備組合，共同打造完整工藝流程的MEMS揚聲器生產(chǎn)線，打造出全球第一家掌握MEMS揚聲器全環(huán)節(jié)的IDM廠商。項目合計年產(chǎn)值達60億元以上，此前消息，該項目計劃于2022年第四季度量產(chǎn)。 目前，USound已與立訊精密、AT&S、Elemaster Electronic Technology等全球多家下游頭部企業(yè)達成合作。

▲內(nèi)置USound MEMS揚聲器的智能眼鏡產(chǎn)品，其出貨量已達百萬美元級別 xMEMS（知微電子） xMEMS公司成立于2017年，總部位于美國加州圣克拉拉，在臺灣設有分公司，2021年進行了1000萬美元的A輪融資。 xMEMS是全球領(lǐng)先的MEMS揚聲器企業(yè)之一，2020年7月，xMEMS發(fā)布了全球首款單片式MEMS揚聲器，據(jù)悉該產(chǎn)品由臺積電流片，該公司已將其首款產(chǎn)品商業(yè)化。 2023年4月，xMEMS推出Cowell、Montara Plus、Skyline DynamicVent三款MEMS微型揚聲器解決方案，可立即集成到下一代真無線立體聲（TWS）耳機、入耳式耳機（IEM）、數(shù)字助聽器以及智能眼鏡和睡眠耳塞等新興的個人音頻電子產(chǎn)品中。

▲xMEMS揚聲器產(chǎn)品參數(shù)以及構(gòu)造 博世&Arioso Systems Arioso Systems成立于2019年，是從德國弗勞恩霍夫光子微系統(tǒng)研究所（Fraunhofer IPMS）獨立出來運營的創(chuàng)業(yè)公司，總部位于德國的德累斯頓，是全球最具創(chuàng)新性的MEMS揚聲器技術(shù)廠商之一。 2022年5月，Arioso Systems被全球MEMS龍頭企業(yè)博世收購，其技術(shù)將為博世現(xiàn)有 MEMS 產(chǎn)品組合帶來擴充，適用于穿戴式和耳戴式設備。瑞聲科技 瑞聲科技是中國MEMS十強企業(yè)之一，MEMS麥克風是其最主要的MEMS產(chǎn)品，此外瑞聲科技還擁有加速度計、陀螺儀、射頻等MEMS產(chǎn)品。 2023年，瑞聲科技推出其首款MEMS揚聲器，可通過藍牙芯片直驅(qū)，摒棄PA真正實現(xiàn)超低功耗，主打Hi-res認證的音質(zhì)要求，用高低音單元分頻的方案，可以極大地提升耳機的音頻質(zhì)量。

▲瑞聲科技MEMS產(chǎn)品系列 潤欣科技 潤欣科技成立于2000年，是國內(nèi)領(lǐng)先的IC產(chǎn)品和IC解決方案提供商，近年來開拓MEMS傳感和AIOT邊緣計算等新興技術(shù)領(lǐng)域。 據(jù)潤欣科技與投資者交流問答資料顯示，潤欣科技與國家智能傳感器創(chuàng)新中心組建聯(lián)合實驗室，共同研發(fā) MEMS 技術(shù)以及推動其量產(chǎn)。基于創(chuàng)新中心的 12 吋先進傳感器特色工藝中試線，潤欣科技的MEMS 揚聲器預計在 2023 年下半年開始放量，有望成為公司的新增長點。結(jié)語：這次能重現(xiàn)前輩的成功嗎？ 自從誕生以來，MEMS技術(shù)總被認為是可以創(chuàng)造奇跡的技術(shù)，并成功顛覆了許多應用領(lǐng)域。 最初MEMS麥克風被集成到第一款摩托羅拉RAZR手機中，之后，隨著智能手機興起，傳統(tǒng)的駐極體麥克風被MEMS麥克風替代，退出歷史舞臺。中國MEMS企業(yè)，歌爾股份、瑞聲股份、敏芯股份等抓住了這股浪潮迅速成長。 同樣，因為智能手機創(chuàng)新的交互需要，MEMS陀螺儀和加速度計開始變的流行，應美盛果斷從向任天堂等掌上游戲機廠商提供MEMS傳感器，轉(zhuǎn)而推出面向手機的MEMS慣性傳感器，從而應美盛的MEMS業(yè)務獲得了飛速成長。揚聲器是目前智能設備里，極少數(shù)未被MEMS替代的器件，這個已有數(shù)十年歷史的行業(yè)將在未來幾年被MEMS所顛覆。 未來五年，或許我們就能在身邊的TWS、手機、電腦等各種設備中看到MEMS揚聲器的身影，就如同今天無處不在的MEMS麥克風一樣。 MEMS揚聲器能重現(xiàn)前輩的成功嗎？ 您對本文有什么看法？歡迎在傳感器專家網(wǎng)公眾號本內(nèi)容底下留言討論，或在中國最大的傳感社區(qū)：傳感交流圈中進行交流。

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審核編輯 黃宇