智能手机力促MEMS麦克风增长，产品同质化严重需集成额外功能突破
2015-09-12 06:41:50   来源：华强电子   评论：0   点击：

传统的ECM麦克风已经无法满足当前消费电子产品的需求，与传统的ECM麦克风相比，MEMS麦克风突破了ECM麦克的的许多局限，以其卓越的音频采集系统、温度稳定性及小尺寸获得消费者厚爱，并已经逐渐成为市场的主流。尤其是智能手机及平板电脑市场的快速增长，要求MEMS麦克风的性能更强，于是，集成了多种额外功能的 MEMS 麦克风已然成为一种趋势！

MEMS麦克风需求量持续走高，智能手机为主要推动者

基于MEMS技术研制的新一代麦克风——MEMS麦克风，将压敏薄膜直接蚀刻到硅片中，并与集成了前置放大器与ADC功能的ASIC配合使用， MEMS麦克风能够轻易与CMOS工艺及其他音频电路集成，并且改进了噪声消除性能以及具有良好的RF及EMI印制性能，尽管MEMS麦克风优势显然，但 MEMS 麦克风的全部潜能依然有待挖掘。整体而言， MEMS麦克风的诸多优势已经在多种产品中得到了体现，尤其是当前中高端智能手机中。

据市场调研机构IHS报道，全球MEMS麦克风市场在2014年突破10亿美元的规模，与2013年的8.37亿美元相比，销售额增长了24%。IHS还表示，未来几年，虽然MEMS麦克风市场的增长速度会有所放缓，但仍将在未来5年内保持18%的年复合成长率（CAGR），并将在2017年达到13.7亿美元的产值，全球 MEMS 麦克风的出货量将突破 54亿颗。市场调研机构Yole Developpement同样表示， MEMS麦克风市场的成长率有所降低，预计未来几年内的CAGR将持续在13%左右，并将在 2019 年达到 16.5 亿美元的市场规模，出货量也将达到66亿颗。

此外，这两家调研机构都认为，推动MEMS麦克风市场快速增长的主要力量源于MEMS麦克风正广泛应用于移动设备中，尤其是智能手机。这些移动设备主要通过采用MEMS麦克风来消除环境的噪声， 从而为设备提供高解析的音讯品质。尽管在未来几年中，物联网医疗及可穿戴设备会成为MEMS麦克风新的应用场景，但是最主要的MEMS麦克风采购依然来自于智能手机和平板电脑供应商。特别是苹果和三星等高端手机和平板电脑。

据记者了解到，2010年，苹果公司采购MEMS麦克风器件的数量为 1.28 亿个，而到2011年这一数据蹿升至3.47亿个，增长率高达171%。与之类似，2010年三星公司采购MEMS麦克风的数量为1.32 亿个，而到2011年采购量达到2.51亿个，增长率为90%。 由此可见，苹果与三星作为高端手机市场的领头军，已经引领高端手机将新一代MEMS麦克风作为高端手机手机的标配。

英飞凌科技（中国）有限公司（以下简称“英飞凌”）电源管理与多元化市场事业部射频与传感业务高级经理Poon Jeh Yuen表：“截至2014年4月， IHS报告指出2015年全球MEMS麦克风的销量将达到28亿颗；截至2014年，英飞凌的出货量已经超过了10亿颗，预计2015年的业绩将会比上一年的更好。”他还强调，英飞凌主要服务于高、中、低端智能手机客户，并且英飞凌针对于MEMS的产品涵盖从0.8mm到1.4mm。

苏州敏芯微电子技术有限公司（以下简称“敏芯微电子”）总裁李刚也估计，目前全球范围内MEMS麦克风的年需求量大约在20多亿颗。敏芯微作为国内最早成立的MEMS技术的微型器件供应商之一，该公司已经推出了全球首款低功耗多模式数字I2S输出 MEMS 麦克风。李刚还称：“目前我司每月的出货量超过3kk颗，预计年底会突破10kk颗每月。我们的代表客户有 ZTE、魅族、 TCL、锤子、海信等手机客户，也有罗技、飞利浦、乐视、天猫等非手机客户，目前我们的市场基本上全为国内市场。

Vesper作为一家新成立于美国波士顿的传感器公司，该公司已经推出了信噪比（ SNR）为68dB的MEMS麦克风。据 Vesper 首席执行官 Matt Crowley 介绍，智能手机市场蓬勃发展，而且每部智能手机中的麦克风数目不断增加，正在推动压电式MEMS麦克风快速增长。事实上，市场研究机构IHS预测到2017年市场上将有54亿个麦克风，价值达到13亿美元（约 80亿人民币）！物联网（IoT）市场将在未来数年创建一个更大的市场。”

此外， Matt Crowley还强调：“中国智能手机企业同时在国内市场和出口市场中迅速增长，中国将会是Vesper最大的市场，并将占据 Vesper2016 年营收的 70%以上，主要原因在于中国电子企业是新技术的快速采用者。虽然电容式MEMS麦克风市场竞争激烈，但是只有Vesper能够提供压电式MEMS麦克风。 SNR作为MEMS麦克风的重要性能测量参数，Vesper所生产的MEMS麦克风不仅具有高 SNR，而且还外加防水、防尘及防震功能，在这些方面，Vesper更具优势。”

随着智能手机、平板电脑市场的快速增长，以及物联网医疗设备及可穿戴设备的兴起，使得MEMS麦克风的应用市场更加广阔。据了解， 2011 年全球智能手机市场营收为1105亿美元，而智能手机制造商采购的MEMS麦克风数量为12亿颗，相比驻极体麦克风，MEMS麦克风显然更适合智能手机。因此，智能手机也成为 MEMS 麦克风的主要推动者，同时也是MEMS麦克风应用最广的领域。广阔的市场也导致 MEMS 麦克风厂商之间的竞争压力也越来越大，研发具有自身优势和特色的 MEMS 麦克风才能更受市场欢迎。简而言之，提高市场竞争力度以及为产品性能是每家MEMS麦克风厂商重点所考虑的地方。

竞争格局多元化，中国市场成兵家必争之地

由于目前MEMS麦克风供应商很多，李刚将供应商进行了分类：第一类，国内和国外供应商；第二类，半导体公司和声学公司；第三类，购买芯片自己进行封装的供应商以及具备自己芯片的供应商。从这些分类可以清晰的看到个厂商之间的竞争关系，对于未来竞争的格局也有一个比较清晰的判断。李刚还强调，由于MEMS麦克风主要针对消费类应用，价格永远是消费类市场关注的一个重要因素。随着现有供应商的增多，MEMS麦克风之售价已从长期稳定的高于0.3美金，进入0.2+美金。

第一阶段（预计在2014年末），李刚认为主要竞争在于MEMS麦克风价格之间的竞争。“随着市场竞争进一步加剧，中低端MEMS麦克风价格将接近甚至有可能低于 0.2 美金。此时，买芯片自己封装的供应商（大多为传统ECM供应商，即声学公司）以及大多数国外供应商由于成本控制的原因，将很难跟进此中低端市场。”他说。

第二阶段，对MEMS麦克风的定位。“如果全球一线客户认为MEMS麦克风是一个声学器件而非半导体器件的话，那么传统声学公司则依然有着天然的优势，其凭借此特点以及多声学产品组合（例如扬声器、受话器等）会依然拥有相当的市场份额。而如果全球一线客户认为MEMS麦克风是一个半导体器件，那么传统声学公司则会受到半导体公司巨大的挑战。因为半导体公司的‘专业化分工之基因’将会高效的整合各个生产环节，可在短时间内满足终端客户低成本高产量的需求。这样也就给了专注于研发的轻资产创业公司以更多的机会。”李刚认为第二阶段的竞争在于如何对MEMS麦克风进行定位， MEMS麦克风究竟是一个声学器件还是半导体器件？这主要取决于全球一线客户。据了解，苹果公司已有引入过ADI这类半导体公司的先例，而三星目前的主力供应商则为声学公司。

第三阶段的竞争则在于国内技术水平的提高以及MEMS产业链的完善。“随着国内技术水平的提高、MEMS产业链的完善，最终由国外公司固守的高端MEMS麦克风市场也将逐步被本土公司所蚕食，随着毛利率的进一步降低，国外公司将退出此充分竞争的市场，市场上的主要玩家为大陆本土公司，类似于今天的ECM格局。”李刚表示，敏芯微电子作为拥有自有核心芯片、本土的半导体公司，乐于且足以应付每个阶段的竞争。”

Poon Jeh Yuen也表达了自己的看法：“目前全球80% MEMS麦克风是由4家供应商提供，其中大部分是国内厂商，这些厂商有自主测试和制造声学能力，在麦克风设计研发中起到关键作用，目前，很少企业能提供这样研发，其好处是为客户带来更好的质量和稳定性，加强在市场竞争力。”

随着国外厂商逐渐退出中国市场，国内厂商成为主要玩家，如何在竞争过程中保证自身的优势才是关键所在。对此，李刚表示，敏芯微电子的核心竞争力主要来源于两方面：一方面是全产业链本土化；另一方面就是完全自主的核心技术，包括MEMS技术、ASIC技术、封装以及测试技术。

此外，李刚向记者介绍了敏芯微电子在过去一年中所取得的成绩：“在市场方面，我们客户的等级不断的在提高，并且已经进入国内一些一线或者准一线品牌手机客户；在技术方面，我们是全球范围内第三家推出数字多模 PDM 输出麦克风的厂商，同时也是全球范围内第一家推出低功耗的数字多模 I2S 输出硅麦克风的厂商，信噪比（SNR）更是达到了65dB，极大的缩小了与国外一线厂商之间的技术差距，使得公司技术水平达到了国际先进水平。在产业链方面我们也进行了升级，引入华天科技来做封装代工，这为以后承接更高等级的客户做好了封装产业准备以及品质升级的准备。”

同时，李刚还向记者讲述了敏芯微电子未来的布局：“接下来我们的布局主要分布在市场方面和技术方面，在市场方面，我们计划开拓台湾及韩国市场，并大力推广数字麦克风市场，还将开拓国内所有一线手机客户；而在技术方面，我们会按照超低成本和超高性能两个方面去优化。整体而言，中国市场带来了更多的机会，比如说大陆本土手机品牌的集体崛起，互联网手机‘低价高质’的特点对传统手机品牌的影响，以及这些互联网手机品牌的崛起。”

在谈及如何保证自家MEMS麦克风的竞争优势之时， Matt Crowley 强调了Vesper MEMS麦克风独有的特色——压电式MEMS麦克风：“所有其它麦克风仍在使用电容转换，然而Vesper已经使用压电变换作为基础技术。电容式麦克风是1916年发明的，而电容式MEMS麦克风则是来自1930年代，是旧式驻极体电容式麦克风(ECM)的较小型款。没有任何公司拥有压电式麦克风的专业技术，只有我们拥有广泛的IP，这对我们来说是很强的竞争优势。”

Matt Crowley还称：“市场方面，在未来一段很长的日子中，中国很可能是我们最大的市场，我们在中国拥有双方长期共同成功的很好的客户合作伙伴。中国已经拥有很多IoT企业，我们希望支持这些企业开发具有先进音频性能的新应用。而在技术方面，在未来5年来，我们将每年把SNR提高2dB。我们还将增添多种面向不同应用的麦克风产品。我们首先会开发单端模拟麦克风，然后陆续增添差分模拟、数字和智能麦克风。”

Poon Jeh Yuen同样向记者传达了其产品的优势所在：“ EMC麦克风是一种精细的产品，其稳定性和高品质的性能决定了麦克风的质量。我们的主要优势在于拥有10多年的MEMS产品开发经验，并且其所有的产品全部在欧洲定制化的现代化工厂线生产，并且我们具有一流的管理和严格的测试标准保证了出厂的芯片都能达到业内对质量的严格要求，我们产品以高可靠性，稳定性的性能满足国内外客户的需求。”

此外， Poon Jeh Yuen还表示十分重视中国市场：“我们非常重视中国市场，我们将为中国MEMS麦克风市场做定制化的产品，并且贯彻‘从产品到系统’的业务策略，通过深入的理解客户的系统层面，致力于给客户提供更好的解决方案，提高客户在其终端市场的竞争力。同时，加强与本地领先企业合作，通过提供强大的销售团队，技术支持和分销商伙伴更好地服务于本土客户。”

总的来说，目前中国市场已经成为各大MEMS麦克风厂商必争之地，市场竞争局势可谓是“千帆竞发，百舸争流”。虽然智能手机和平板电脑市场有力的促进了MEMS麦克风的发展，物联网的兴起也为 MEMS 麦克风提供了新的“用武之地”，但是这也向MEMS麦克风提出了新的要求，同时也要求MEMS麦克风的性能越来越强。因此不少的厂商都在 MEMS麦克风中集成了多种额外功能，以此加强市场竞争力度。

同质化现象日趋严重，集成额外功能更具竞争优势

市场需求量大让很多厂商看到了商机，且由于 MEMS 麦克风厂商多，因此造成市场上MEMS麦克风同质化现象过于严重，那么，导致MEMS麦克风同质化现象严重的主要原因有哪些呢？又该如何降低同质化现象并制造具备自身独有特色的MEMS麦克风呢？

对此，李刚认为，因为麦克风是一个基础元器件，因此功能较为简单，而且与IC那样的功能性产品区别不同，因此很难避免同质化问题，而差异化则可能会来源于某些小众市场，例如助听器低电压、低功耗等要求，以及I2S输出麦克风等对于某些没有codec或者音频ADC的应用等领域。

Matt Crowley则认为同质化严重的原因在于所有的MEMS麦克风都是电容式的，且使用的都是相同的基本技术原理，因此造成具有相同技术的企业很难进行竞争，进而导致没有哪家企业具有独特的优势。而且，一些仅仅封装与测试麦克风的企业均从相同的供应商处购买MEMS芯片，这也致使无法定义特定的产品。由于它们直接使用相同的技术和供应商，因此很难实现差异化。

市场需求量大导致了同质化严重的不良现象以外，也带来了积极的影响，MEMS麦克风之所以增长迅速，除了市场需求量大以外，另一个促进 MEMS 麦克风市场快速增长的原因则在于MEMS麦克风集成了其他功能，比如说在数字MEMS麦克风中集成了智能语音处理器，如此便能够分担应用处理器的密集计算任务，同时也能够创建高效灵活的声学子系统，当然，消费者也可以感受到更清晰的通话音质以及更长的电池使用寿命，尤其是在嘈杂的环境中，对于智能手机的设备而言，语音优化功能更是十分重要。此外，与传统的EMC麦克风相比，MEMS麦克风还集成了更多功能来改善用户的体验，使得MEMS麦克风的性能和功能优势更加明显，从而进一步扩大了市场需求量。那么，火爆的市场究竟向MEMS麦克风提出了哪些新的要求呢？

对此，李刚表示：“智能手机市场的快速发展要求MEMS麦克风集成 always on、always listening以及语音识别等功能，并且要具备低功耗模式，同时，信噪比（SNR）要大于65dB，尤其是目前智能手机越来越薄，这也要求MEMS麦克风的尺寸要做的更小。对于半导体规律而言，也要求MEMS麦克风的制造成本更低，对灵敏度的要求也很高。”额外集成了这些功能，势必将给用户带来更好的体验。

Poon Jeh Yuen也称：“随着智能手机的快速发展，对MEMS麦克风在智能手机的应用数量也会增加，MEMS麦克风的应用将有助于消噪回音，额外增加强立体声效果，将为客户提供更好的服务。此外，市场对低功率功能的MEMS麦克风也有需求，比如说，以前在手机处于睡眠中没有低功率功能MEMS麦克风，增加了这一功能后，用户将可以用声音启动手机。”

“ MEMS麦克风具有许多特性，可为智能手机提供新的功能，其中一个特性就是防水麦克风，这将使得智能手机也能防水，此外，麦克风还可用于语音呼叫之外的众多情况，包括视频记录、语音用户接口和有源噪声消除。这些新功能需要尽可能高的SNR，并且在麦克风之间实现非常稳定的匹配。”Matt Crowley强调，智能手机返工的主要原因之一就是麦克风故障率过高，智能手机设计人员要求麦克风具有较好的可靠性和较高的性能，但是电容式麦克风的可靠性不尽人意，极有可能因为空气中的灰尘或汗液等进入麦克风从而导致其损坏，然而麦克风又很难做到防水且又不阻隔声音，这也是大多数手机都不防水的主要原因，因此，增加麦克风的防水功能十分有必要。

Matt Crowley还称，除了增加麦克风的防水功能以外，智能手机制造商还希望改进语音用户接口，因为语音控制的故障失误率也很高，这给用户带来了很多的麻烦，因此，性能更好的麦克风将有助于对其进行改善。

产品同质化现象严重，一方面是由于火爆的市场所导致，另一方面原因则在于MEMS麦克风所采用的研发技术原理类似。从市场方面来看，很难杜绝同质化现象，但是不同厂商可以在研制自身MEMS麦克风的过程中集成一些新的功能，这无疑可以降低产品同质化的现象，同时，集成了新的功能也将为智能手机带来新的体验，提升了智能手机的性能，也提升了自身的竞争优势，这对于智能手机而言十分重要。

欲在竞争中获胜，“成本、尺寸与降噪” 缺一不可

除此之外，小尺寸的MEMS麦克风在市场上将更受欢迎，如何将MEMS麦克风的尺寸做小是不少厂商绞尽脑汁思考的问题。据了解， MEMS麦克风封装尺寸决定于内部的芯片尺寸，而内部芯片由两部分组成，一部分是MEMS部分，另一部分则是ASIC部分，其中占主导地位的又是MEMS部分。

“ MEMS的尺寸与SNR是有关系的，例如65db的产品，相对于一般竞争对手1.3 * 1.3mm的尺寸，我们的芯片尺寸可以缩减到1 * 1mm。公司已经规划下一版低成本低SNR的MEMS芯片，其尺寸在现有1 * 1mm的基础上将极大的缩小，至于具体尺寸，暂时还处于保密状态。”李刚向记者讲述了该公司 MEMS 麦克风尺寸的现状，以及如何在尺寸方面做进一步突破。

李刚还解释：“与自身相比，MEMS以及ASIC尺寸变小，必然会导致性能（包括功耗以及信噪比）降低，所以做产品定义时需综合考虑；与竞争对手相比，我们目前采用一些新的技术路线，在产品性能与对手相若的情况下，芯片尺寸比竞争对手有大幅的降低，简而言之，目前我们对行内技术领先者的挑战才刚刚开始，远未及终点。”

而Vesper目前所生产的MEMS麦克风的尺寸则为1.2 * 1.2mm，对于尺寸大的问题，Matt Crowley则解释道：“通常，在生产MEMS麦克风的过程中会在尺寸与性能之间做折衷权衡，因为较大的MEMS器件可以收集更多的声音能量，而且较大的封装在MEMS后面具有较大的背腔，这可以增强性能，但是，大尺寸在智能手机中可能是一个问题，在智能手机中每平方毫米电路板空间都是宝贵的。压电式MEMS结构并不象电容式产品那样对于封装尺寸敏感，这是它适合小尺寸的原因。”

在尺寸方面，英飞凌显然要高出一筹，英飞凌目前的MEMS麦克风尺寸最小可做到0.8 * 0.8mm。不过，整体而言， MEMS麦克风的尺寸并非做的越小越好。一方面，小尺寸的MEMS麦克风的确在智能手机等设备的应用更加方便，也能够节省空间，但另一方面，小尺寸也意味着空间小，所收集到的声音能量有限。因此，对于MEMS麦克风厂商而言，如何在尺寸与性能之间做出正确的选择十分重要。

尽管MEMS麦克风与传统的ECM相比，具有诸多的ECM无法企及的优势。但其依然有让不少采购商望洋兴叹的价格。据李刚分析：“我曾经总结过，与传统驻极体麦克风（ECM）相比，模拟硅麦唯一的缺点就是价格高，而数字麦克风则全面胜出，包括成本。我认为原因有两方面：一方面，传统驻极体麦克风已经经过几十年的发展，技术早已成熟，且经过几十年的cost down，是个成熟行业。另一方面，传统驻极体麦克风行业早已实现了产业链转移，剩下的都是本土的厂商。目前传统驻极体麦克风价格比MEMS麦克风低的主要原因是技术成熟以及产业链转移。”

李刚还补充道：“对于半导体行业来说，量的提升即能解决成本问题，同时也能提高良率，两者之间并不矛盾。除此之外，技术驱动也是重要的因素，全产业链本土化都有助于成本的降低。”

“ MEMS麦克风的成本需要视乎晶圆成本、芯片尺寸以及良率，由于复杂的工艺会导致一些问题，因此会增加晶圆成本和降低良率。通过减少制造工艺步骤以及使用一些可靠的方法，是降低MEMS麦克风成本的有效方式。” Matt Crowley对MEMS麦克风成本高做出了如是诠释。

据了解，为提高智能手机语音输入品质，并提升语音识别功能，目前高端手机都已经内建了3~4 颗MEMS麦克风，同时，内建2颗MEMS麦克风也已经成为中端手机提升竞争力的选择。虽然目前手机市场已经接近饱和状态，但是对智能手机的改善却一直在进行之中，多颗MEMS麦克风的采用，无疑能够改善智能手机在语音方面的性能，因此，未来采用MEMS麦克风的智能手机将会越来越多。

李刚介绍，目前双麦降噪已经成为中高端手机的标配，其作用是降低上传噪声，使用户即使在嘈杂的环境中与对方通话，对方也能收到清晰的声音。其基本原理是利用了噪声是远场信号，信号是近场信号，由于主麦与副麦离语音源具体不同，导致声音幅度会有差异。主麦与副麦信号相减，会减掉等幅度的噪声信号，而保留主麦与副麦的语音幅度的差值。

“当下苹果、三星以及OPPO等高端手机，已经采用了3颗麦克风，并且还另加了主动降噪功能，以进一步降低下行噪声，未来的高端手机还将会集成更多的麦克风，并且利用不同的算法来实现超声输入、波束成型来定向语音等功能。”李刚补充说。

Poon Jeh Yuen同样称，市场上不少的手机都采用了多个MEMS麦克风进行噪声的消除，主要是通过声音模拟软件技术实现的。手机如果要实现消噪功能，则至少需要使用2颗以上的MEMS麦克风，并且硬件与软件的配合要合理，如此才能够更好的实现消噪回音并加强立体声效果。

Matt Crowley也表达了自己的看法：“有源噪声消除是MEMS麦克风出色的特性，手机使用多个麦克风来记录背景噪声，然后通过电子方式从电话呼叫或视频中去除背景噪声，这种噪声消除麦克风通常用在移动电话的后部，而语音麦克风则用于移动电话的前部。麦克风的SNR越高， 可以捕获和消除的噪声越多。如果具有足够高的SNR，更多的麦克风可以将工作做得更好。如果SNR低，而你将信号添加在一起，本底噪声最终将喧宾夺主，占据主导地位。其它的问题是噪声消除麦克风和语音麦克风必需使用相同的灵敏度和相位来校正，才可以共同工作。”

整体而言，智能手机等消费类电子领域对MEMS麦克风的需求量大大的促进了其增长，同时，诸如可穿戴设备、医疗设备等新的应用领域也成为MEMS麦克风增长的有效动力，未来市场需求量势必还将进一步扩大，不过，市场的需求量也导致MEMS麦克风的设计变得越来越复杂，供应商之间的激烈竞争也导致了MEMS麦克风同质化严重等问题。 此外，产品技术的不断革新也为MEMS麦克风带来了新的挑战。 不少的厂商都试图通过增加MEMS麦克风的额外功能以提升产品的竞争力度，而且也可以给客户带来更多新的体验，可谓是一举两得。