瑞聲科技打破國(guó)外壟斷，高端MEMS麥克風(fēng)有了“中國(guó)芯”

新年伊始，我國(guó)電子元件業(yè)傳來好消息，信噪比高達(dá)70dB的MEMS麥克風(fēng)首次實(shí)現(xiàn)全國(guó)產(chǎn)化，這一重大技術(shù)突破是由全球領(lǐng)先的精密制造企業(yè)瑞聲科技實(shí)現(xiàn)的。瑞聲科技獨(dú)立完成設(shè)計(jì)、測(cè)試、封裝，中芯國(guó)際進(jìn)行流片，首次打破國(guó)外技術(shù)壟斷，在振膜設(shè)計(jì)、功耗等方面實(shí)現(xiàn)多個(gè)突破性創(chuàng)新，其成本只有英飛凌同類產(chǎn)品的一半，極具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，前景十分廣闊。

打破國(guó)際壟斷 填補(bǔ)國(guó)產(chǎn)空白

語音是5G時(shí)代人機(jī)交互的重要入口，正在快速改變?nèi)藗兊纳?，MEMS麥克風(fēng)作為語音入口的核心元器件，具備尺寸小、功耗低、性能優(yōu)、一致性高、成本低的優(yōu)點(diǎn)。具有高信噪比特性的MEMS麥克風(fēng)，在智能手機(jī)、TWS耳機(jī)、AR/VR、智能音箱、智能眼鏡等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，以至于業(yè)界把MEMS麥克風(fēng)形容為電子產(chǎn)品的“聽覺細(xì)胞”。特別是剛剛過去的2019年，隨著TWS藍(lán)牙耳機(jī)的大熱，MEMS麥克風(fēng)已成為推動(dòng)聲學(xué)器件增長(zhǎng)的新引擎。

但在高信噪比麥克風(fēng)領(lǐng)域，長(zhǎng)期以來只有英飛凌等少數(shù)幾個(gè)國(guó)際“玩家”壟斷全球市場(chǎng)，中國(guó)企業(yè)在核心技術(shù)方面一直未能取得有效突破。瑞聲科技作為全球MEMS麥克風(fēng)領(lǐng)域的主要供應(yīng)商之一，積累了十多年研發(fā)與制造經(jīng)驗(yàn)，尤其是2018年以來逐步開始實(shí)現(xiàn)MEMS芯片自主研發(fā)。此次通過核心技術(shù)攻關(guān)，成功實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)70dB高信噪比MEMS麥克風(fēng)，完全獨(dú)立完成全部產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、測(cè)試、封裝，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)公司在該領(lǐng)域的空白，還與已量產(chǎn)的63dB、66dB的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的MEMS麥克風(fēng)產(chǎn)品，構(gòu)成了豐富強(qiáng)勁的產(chǎn)品矩陣，實(shí)現(xiàn)了廣泛的應(yīng)用覆蓋。

實(shí)現(xiàn)多個(gè)創(chuàng)新 性能更優(yōu)成本更低

語音傳感器信噪比的高低對(duì)終端產(chǎn)品聲音信號(hào)拾取效率和語音識(shí)別準(zhǔn)確率有著重要影響。信噪比高達(dá)70dB的MEMS麥克風(fēng)比較傳統(tǒng)MEMS麥克風(fēng)優(yōu)化了6dB，這樣的功能強(qiáng)化等同于讓使用者可以從兩倍遠(yuǎn)的距離發(fā)出語音指令，而麥克風(fēng)截取到同質(zhì)的音訊。

對(duì)于精準(zhǔn)語音識(shí)別和高效主動(dòng)降噪系統(tǒng)而言，70dB高信噪比的MEMS麥克風(fēng)可以為整機(jī)系統(tǒng)提供高品質(zhì)的聲音信號(hào)輸入，不僅可以為噪音消除算法提供更高質(zhì)量的聲音信號(hào)，極大降低環(huán)境及本底噪音，還有助于整機(jī)系統(tǒng)分析MEMS麥克風(fēng)采集的聲音信號(hào)，并找出其中可識(shí)別的內(nèi)容特征。

而瑞聲科技研發(fā)的70dB高信噪比MEMS麥克風(fēng)，在關(guān)鍵性能方面已經(jīng)達(dá)到甚至超過國(guó)際領(lǐng)先企業(yè)產(chǎn)品，具備極強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，具有以下三方面的優(yōu)勢(shì)：

1、獨(dú)創(chuàng)振膜夾縫設(shè)計(jì)，破膜率降低一半，終端產(chǎn)品更耐用。MEMS麥克風(fēng)是利用聲音變化產(chǎn)生壓力梯度,使MEMS麥克風(fēng)上的硅基振膜受到聲壓推動(dòng)產(chǎn)生形變，從而改變硅振膜與背極板之間的電容值。該電容值的變化由電容電壓轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓值輸出的變化，再經(jīng)過放大電路將MEMS傳感器產(chǎn)生得到的電壓放大輸出，將聲壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，實(shí)現(xiàn)“聲-電”轉(zhuǎn)換。從這個(gè)角度可以看出，振膜作為MEMS麥克風(fēng)上的最重要部件、實(shí)現(xiàn)MEMS麥克風(fēng)功能的源頭，是提高M(jìn)EMS麥克風(fēng)可靠性的關(guān)鍵所在。

目前市面上大部分的MEMS麥克風(fēng)的振膜采用周邊完全固定的設(shè)計(jì)，該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致當(dāng)MEMS麥克風(fēng)突然遭受到較大的氣壓、氣流或高加速度沖擊時(shí)，因無法及時(shí)泄壓，會(huì)導(dǎo)致振膜上下產(chǎn)生巨大的壓差，形成吹氣效應(yīng)使振膜發(fā)生變形，當(dāng)振膜變形產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力超過臨界值時(shí)，會(huì)導(dǎo)致振膜破裂，從而使MEMS麥克風(fēng)功能失效。

為提升MEMS麥克風(fēng)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，提高產(chǎn)品的可靠性，瑞聲科技應(yīng)用獨(dú)家專利設(shè)計(jì)，開創(chuàng)性的在振膜四周設(shè)計(jì)了可活動(dòng)的狹縫結(jié)構(gòu)，當(dāng)大聲壓、大氣流沖擊振膜時(shí)，會(huì)將沖擊振膜正面的壓力或氣流通過狹縫迅速導(dǎo)流到振膜背面，從而提高振膜前后腔氣壓的平衡速度，進(jìn)而提升了振膜抗大壓力、抗大氣流瞬時(shí)高壓沖擊的能力，使得MEMS麥克風(fēng)破膜率大幅降低至一半左右，使電子設(shè)備的音頻系統(tǒng)在極端聲場(chǎng)環(huán)境下更加穩(wěn)定可靠。

2、功耗降低三分之一，更能滿足用戶對(duì)終端產(chǎn)品續(xù)航的要求。終端產(chǎn)品的續(xù)航能力永遠(yuǎn)是提升產(chǎn)品用戶使用體驗(yàn)的痛點(diǎn)和難點(diǎn)，在終端產(chǎn)品功能越來越豐富、集成元器件越來越多、電池技術(shù)未取得革命性突破的情況下，為了提高終端產(chǎn)品的續(xù)航能力，降低能耗必須向元器件自身挖掘。瑞聲科技自研的70dB高信噪比MEMS麥克風(fēng)，通過優(yōu)化電路設(shè)計(jì)，可以做到在相同的尺寸的情況下，聲學(xué)性能達(dá)到甚至超過國(guó)際同類產(chǎn)品的水平，而且在相同的工作模式下，功耗最高可降低三分之一，對(duì)功耗要求嚴(yán)苛的TWS、智能手表等可穿戴設(shè)備的續(xù)航表現(xiàn)的提升構(gòu)成重要支撐。   

3、擁有全部自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，成本僅為英飛凌同類MEMS麥克風(fēng)產(chǎn)品的一半。

在提高國(guó)產(chǎn)率，使用國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)口的大趨勢(shì)下。瑞聲科技通過自主創(chuàng)新研發(fā)，建立了完善的技術(shù)理論體系，積累了豐富的產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗(yàn)，搭建了完全自主的芯片仿真模型和數(shù)據(jù)庫，從MEMS芯片到ASIC芯片（專用集成電路，為特定用戶或特定電子系統(tǒng)制作的集成電路），再到封裝設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，MEMS晶圓通過中芯國(guó)際制造也全部實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，占據(jù)了技術(shù)的主導(dǎo)權(quán)和市場(chǎng)的主動(dòng)權(quán)。正是得益于自主創(chuàng)新研發(fā)，其70dB高信噪比MEMS麥克風(fēng)成本大大降低。

根據(jù)業(yè)界知名的調(diào)研公司Yole公司預(yù)測(cè)，隨著5G時(shí)代提前到來，AIoT（人工智能+物聯(lián)網(wǎng)）設(shè)備的大爆發(fā)以及創(chuàng)新的人工智能語音應(yīng)用的不斷涌現(xiàn)，將推動(dòng)MEMS麥克風(fēng)整體市場(chǎng)的持續(xù)擴(kuò)張，未來5年將實(shí)現(xiàn)11%的復(fù)合增長(zhǎng)率，預(yù)計(jì)在2022年全球MEMS麥克風(fēng)的出貨量將超過80億顆，到2024年MEMS麥克風(fēng)的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到16億美元。瑞聲科技憑借極具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品，未來將成為全球高信噪比MEMS麥克風(fēng)領(lǐng)域新的領(lǐng)頭羊。

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