[原創] MEMS麥克風持續火熱，大挑戰近在眼前|半導體行業觀察

今年以來，由於Amazon Echo，Google Home的持續火熱，加上蘋果和小米的相繼入局，被譽為未來家居中控最好選擇的「智能音箱」市場進入了大爆發階段，進而給上游供應鏈帶來了巨大利好。除了聯發科和瑞芯微這些做主控的廠商以外，智能音箱「控制入口」所依仗的MEMS麥克風繼續智能手機時代大熱之後，再次迎來了一波新高潮。

智能音箱將MEMS麥克風推向新的高潮

近年來，隨著物聯網概念的興起，早已存在的智能家居又搭著這股東風重新火熱起來。除了電視、冰箱、空調和風扇以外，如什麼電燈、窗帘等也都成為了智能家居廠商「下手」的對象。但是如何控制這些設備，成為開發者和消費者關注的話題。在經歷了不同設備不同遙控器、手機統一遙控、第三方遙控統一這些嘗試以後，終於迎來了智能音箱這個用語音來控制的形態。

按照這種方向發展，最後的應用場景就像小羅伯特唐尼在《鋼鐵俠》裡面跟Jarvis對話一樣。這樣簡便的操控背後的市場必然巨大，加上入口的吸引了，因此吸引了無數廠商混戰其中。

Iron Man「吩咐」人工智慧機器人Jarvis工作。（sorce：internet）

為了更好地拾取聲音，現在流行的智能音箱都是採用麥克風陣列的架構。根據科大訊飛的相關科普，所謂的麥克風陣列（Microphone Array），從字面上，指的是麥克風的排列。也就是說由一定數目的聲學感測器（一般是麥克風）組成，用來對聲場的空間特性進行採樣並處理的系統。

早在20世紀70、80年代，麥克風陣列已經被應用於語音信號處理的研究中，進入90年代以來，基於麥克風陣列的語音信號處理演算法逐漸成為一個新的研究熱點。而到了「聲控時代」，這項技術的重要性顯得尤為突出。

科大訊飛繼續表示，麥克風陣列則能達成語音增強、聲源定位、去混響、聲源信號提取（分離）等功能，這就為在複雜環境中執行語音控制提供了可能。這種多個麥克風組成的陣列大大推動了MEMS麥克風的需求。

Amazon Echo的拆解（綠色圈起來的就是MEMS麥克風S1053 0090 V6，source：ifixit）

以現在最流行的智能音箱Amazon Echo為例，它採用的是環形6+1的麥克風陣列（上圖綠色標誌的位置），其面市迄今近千萬的銷量，加上其他品牌智能音箱源源不斷的需求推動。對於MEMS麥克風的製造商來說，這無疑是一管興奮劑。加上MEMS麥克風在智能手機、智能手錶、平板電腦、汽車等其他領域的應用，MEMS麥克風市場在迅速崛起。。

根據調研機構Yole預測，2017年MEMS麥克風的市場將會達到10億美元，並在接下來的幾年保持11.3%的年複合增長率，有利潤的地方就吸引了足夠多的關注。

MEMS麥克風的未來幾年的市場走勢（source：Yole）

四大廠商壟斷MEMS麥克風市場，中國居其二

在談MEMS麥克風的市場之前，我們先了解一下什麼是MEMS麥克風，這就要求我們必須知道什麼是MEMS。

所謂MEMS (Micro ElectroMechanical System，微機電系統)，就是利用半導體製程技術，整合電子及機械功能製作而成的微型裝置；其定義為一個智能型微小化的系統，包含感測、處理或致動的功能，包含兩個或多個電子、機械、光學、化學、生物、磁學或其他性質整合到一個單一或多晶元上。

MEMS麥克風就是由MEMS晶元和一個ASIC晶元組成。

據ADI的一篇文章介紹，MEMS 麥克風包含一個靈活懸浮的薄膜，它可在一個固定背板之上自由移動，所有元件均在一個硅晶圓上製造。該結構形成一個可變電容，固定電荷施加於薄膜與背板之間。傳入的聲壓波通過背板中的孔，引起薄膜運動，其運動量與壓縮和稀疏波的幅度成比例。這種運動改變薄膜與背板之間的距離，進而改變電容，如下圖所示。在電荷恆定的情況下，此電容變化轉換為電信號。

MEMS 麥克風的構造圖

相較於ECM麥克風的聚合材料振動膜，在不同溫度下，MEMS麥克風所展現的性能都相當穩定，不會受到時間、溫度、濕度和振動的影響。MEMS麥克風的耐熱性相當強，可以承受攝氏260度的高溫迴流焊，但是其性能不會有任何變化。再加上MEMS麥克風可以有效的降低射頻所產生的干擾，這就讓其逐漸發展成為麥克風主流。和很多其他半導體相關領域一樣，MEMS麥克風這個市場，同樣是由幾個巨頭壟斷的市場。不同的是，當中有兩家是來自中國的企業，這在其他半導體相關領域是非常罕見的。

據IHS的數據顯示，2015年全球的MEMS麥克風市場幾乎被樓氏、歌爾、瑞聲科技和ST四家給壟斷，其中尤其以樓氏遙遙領先，其出貨量約佔了全球出貨量的43%。排名第二的歌爾聲學和第三的瑞聲科技的當年的市場份額分別約為18%和14%。緊隨其後的是ST，其在2015年MEMS麥克風供應中約佔10%。下面我們來看一下這四大企業的概況。

2015年MEMS麥克風供應商營收前十廠商（source：IHS）

樓氏電子是1946年由Hugh Knowles創立。成立的第二年，公司就開發出了第一款晶體管式微型麥克風，多年的開拓也給樓氏帶來了不少的客戶和收益，就連上世紀六十年代末阿姆斯特朗在月球上講話的聲音，也是通過樓氏電子的設備放大的。

在發展早年，消費電子使用的麥克風都是駐極體電容麥克風，這種設備與生俱來帶有體積龐大、聲音降噪能力差的缺點。為了進一步提升體驗，樓氏電子在1996年搭建了MEMS系統，並與2002年推出了第一款的SiSonic MEMS麥克風。因為其先天優勢，逐漸受到了移動設備的歡迎。

樓氏電子的SiSonic MEMS麥克風（source：樓氏電子）

接下來，伴隨著智能移動設備的爆發，樓氏電子的MEMS麥克風也進入了快車道。從2003年賣第一顆MEMS麥克風給日本京瓷到今年三月份的十幾年間，樓氏電子已經售出了100億顆SiSonic MEMS麥克風。

第二名的歌爾聲學則是來自中國山東的一個企業。這家成立於2001年的企業同樣是一個專註於消費類電聲產品研發和製造的企業。該公司創始人姜濱原先是山東濰坊市無線電八廠的一個車間技術員。上世紀九十年代，這家做微型話筒的廠子倒閉了以後，姜濱就和同事創建了一家小私營企業，從事同樣的業務。直到2001年，他和妻子胡雙美創立了歌爾聲學，進而打造了一個國內MEMS麥克風龍頭。

最近幾年，歌爾聲學業績暴漲，相信這與歌爾聲學打入蘋果iPhone供應鏈有強關係。據IHS的數據，2015年，歌爾聲學營收的70%來自於蘋果，這是歌爾傳奇的一個保證。

歌爾聲學MEMS麥克風（source：歌爾聲學）

瑞聲科技則是國內MEMS麥克風的另一個傳奇，這家1993年成立於廣東深圳的高科技企業在今年五月份還被捲入了一單「做空」風波中。不過可以肯定的是，同為蘋果供應商的瑞聲科技也是國內MEMS產業的一個佼佼者。

自從2005年上市以來，瑞聲科技的股價漲了10幾倍，毛利也維持在比較高的水平。

至於ST就不用說了，作為MEMS的大玩家，雖然在MEMS麥克風他們市場份額不高，但在MEMS感測器的其他領域，他們擁有絕對的優勢。

從營收或者市值上看，毫無疑問，在這波MEMS麥克風的需求潮中，中國企業成為最大的贏家。

大挑戰近在眼前

雖然MEMS麥克風給企業帶來了不錯的收益，但也會給他們帶來挑戰。

首先我們從供應鏈上看一下。

前面提到，MEMES麥克風主要是由MEMS晶元和一個ASIC晶元組成，當中尤其以MEMS晶元最為重要。行內人士告訴半導體行業觀察記者，在製造MEMS晶元的過程中，需要將MEMS的部分按需要掏空，作為聲音震動的壓強感應，這就需要用到wet etch來掏空內部，這裡非常考驗技術，也有比較高的壁壘。

現在的MEMS die供應商有英飛凌、Sony，另外還有XFab、ST、博世和TSMC等，但英飛凌和索尼佔領了約80%的市場。

2016 MEMS麥克風的 MEMS Die市場份額（source: Yole）

如果一直按照這種方式發展，各司其職，對於現在的MEMS麥克風供應商來說，一切都是極好的。但現在英飛凌做了一個決定，讓他們對自己的前途又有了新的思考。

作為全球最大的MEMS die供應商，英飛凌也對MEMS麥克風的火熱不淡定了起來。擁有MEMS die設計絕對優勢的英飛凌在月初宣布，將進軍封裝硅麥克風市場，以滿足市場對高性能、低雜訊MEMS麥克風的需求。這次推出的模擬和數字麥克風基於英飛凌的雙背板MEMS技術，70 dB信噪比（SNR）使其脫穎而出。同時該麥克風在135 dB聲壓級（SPL）時失真度非常低——10%。這款麥克風采用4 mm x 3 mm x 1.2 mm MEMS封裝，非常適於高品質錄音和遠場語音捕獲應用。

這樣簡單粗暴的切入，應該會對MEMS麥克風供應商市場造成不少的影響。尤其是國內幾家購買英飛凌裸晶的廠商。

其次，從價格看，這些年來MEMS麥克風的 ASP持續走低，如何提高自身產品競爭優勢，爭取更多市場，也成為了各大供應商需要考慮的重點問題。

MEMS麥克風這些年來的平均價格走勢（source:Yole）

在技術方面，隨著智能音箱這類設備的興起，在嘈雜環境下使用MEMS麥克風的情況會成為主流，對於麥克風來說，如何進一步提高SNR和抗射頻干擾特性，提高自己在封裝設計方面的實力，就是硅麥供應商需要考慮的重中之重。

一切也許正在進行，讓我們看他們能給出什麼樣的答案。（文/李壽鵬）

今天是《半導體行業觀察》為您分享的第1361期內容，歡迎關注。

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