润欣科技MEMS扬声器技术

润欣科技MEMS扬声器技术

    MEMS扬声器是既可以感应又可以执行，声学这边用压电做电容式的麦克风，要做信噪比很高的压电MEMS工艺，另外还可以做执行器，由电流变化产生位移，用驱动空气发声，类似换能器。

　　颠覆性的科技：声学从发明到现在，一直用马达驱动薄膜震动，目前就是MEMS来取代传统马达，再用空气驱动薄膜来发声，除了材料、工艺、声学设计以外，还需要有算法。目前采用的数字扬声器，跟光学传感器一样，也通过PIXCEL一样，采用算法合成。在封闭空间（如耳机）内尺寸小，噪声低，在开放空间能够通过声音合成，定向的发声。

　　在各种压电MEMS技术路线中，目前接近成功是PZT薄膜材料，传感器创新中心拥有目前国内唯一PZT压电薄膜MEMS工艺平台，年产量1万片晶圆（ 8寸线），整个制造工艺温度跟CMOS的温度兼容。因此，与CMOS单片集成的优势，可以做多层薄膜的堆叠，高性能薄膜的制备。

　　传感器创新中心MEMS扬声器的结构和材料的优势：均匀性、高沉积速率、高压电特性、低表面粗糙度、低介电损失、低成本。与xMEMS（采用台积电工艺）和USound（采用意法半导体工艺）MEMS扬声器相比，中试线更加靠近市场，可以快速迭代。

　　投资者交流互动：

　　Q1：MEMS扬声器在市场放量的时间预测？

　　答：产品这边依靠与润欣科技的合作，润欣科技有TWS耳机芯片和传统声学扬声器的渠道。不知道大家有没有了解过MEMS麦克风，MEMS麦克风能够进手机，不是因为性价比，而是因为传统麦克（咪头）无法上SMT，就是咪头的生产温度不能超过200℃，不能过回流焊，几乎是手机中唯一需要手工焊接的器件。所以MEMS麦克风出现后，用了短短3年，就替换掉了传统麦克风的几十亿美金的市场。一开始性能成本并不理想，但是一旦用了硅，快速迭代，剩下的就是时间问题。MEMS扬声器也一样，一旦开始替代，放量的速度会很快。

　　目前传感器创新中心和润欣科技的联合实验室正在规划产品，主要找智能穿戴的方案设计公司和手机品牌厂家。在TWS耳机、助听器等产品上，MEMS扬声器有着绝对的优势，入耳设备要求体积非常小，给电池和马达的物理空间不多，空间越小，MEMS扬声器的优势就越大。

　　Q2：在AR眼镜/VR眼镜上，MEMS扬声器的优势是不是很明显？

　　答：是的，空间小就有帮助， USound在2021年推出的配置蓝牙扬声器的眼镜，就是采用MEMS扬声器替代了骨传导。并且在AR眼镜的应用上， MEMS扬声器的指向性能够产生很好的场景感。

　　Q3：为什么MEMS扬声器可以定向？

　　答：因为是数字重构的PIXCEL音响，有多个矩阵，如果就两个MEMS扬声器，那用Wire Bonding两条线就好了，如果是1024个，那就需要矩阵和数字重构，因为数字重构和阵列，所以可以聚焦，才可以定向的发声。

　　Q4：MEMS扬声器想替代目前哪些传统的扬声器？

　　答：传统扬声器和MEMS扬声器都用膜，也都需要空气的震动发声。不同点是硅的体积和功耗小于传统的扬声器，并且传统扬声器有体积小就容易声音失真的问题，这点在MEMS扬声器上得到了很好的解决。

　　Q5：从体积空间看，目前MEMS扬声器比较好的应用是不是TWS耳机市场？

　　答：是的，目前的方案是动圈保留，动铁被MEMS扬声器替代，好处是模具不用改，手机这边如果能够进入的话，能有50亿美金的市场。手机的MEMS麦克风已经是成熟了，并且过于便宜了，所以我们不做MEMS麦克风，直接做MEMS扬声器。

　　Q6：成本上讲MEMS扬声器的初期放量阶段，良率和成本上怎么看？

　　答：目前刚开始，性价比比传统的会贵些，主要是解决客户的痛点，价格还在估算，主要看良率，需要跟ASIC一起配合，目标是2美金一个，传统动铁目前的价格是1美金一个。

　　Q7：目前，你们的传感器研发方向是什么？

　　答：光学：CMOS图像传感器（CIS）、声学：MEMS扬声器，以及力学传感和生物传感，这些是我们目前主要考虑的四大方向。

　　Q8：对于磁传感器的看法？

　　答：AMR、TMR、GMR都比较成熟，应用没有那么的广。大部分是霍尔传感器，霍尔传感器的单价太便宜了。智能家居和手机里的电子罗盘比较多。

　　Q9：目前MEMS扬声器芯片的流片进度？

　　答：传感器创新中心自有MEMS中试线的迭代速度快，今年12月和明年1月份都有样片出来。目前的数字PIXCEL在120-140之间。标准PIXCEL阵列扬声器的数量是1024个，可以定向发声，作为9阶或者10阶的发声单元。

　　Q10：MEMS扬声器阵列不同根据应用场景发声的原理？

　　答：Audiopixel是这么做：1024个MEMS扬声器单元相当于1024个人鼓掌的能量，可以按照音节和音调来组合，所以叫数字重构，1024个MEMS扬声器单元里面有的单元可以动，有的单元不动，功率方面是毫瓦级。

　　Q11：目前流片回来的MEMS扬声器主要应用场景？

　　答：目前的场景是替代传统的扬声器，模拟的不需要MEMS扬声器阵列的，面积小的话一个单元的MEMS扬声器就够了，好处是噪声低，价格便宜，这跟批量手工做的成本不一样。目前全球领先的同行xMEMS在台积电流片， USound是在意法半导体流片。Bosch也进军了这个行业，预期手机扬声器（免提）、 TWS耳机、笔记本电脑、智能家居都会用到MEMS扬声器。

　　Q12：MEMS扬声器的工艺如何，目前MEMS扬声器的下游应用场景的展望？

　　答：MEMS扬声器需要特殊开发的工艺，数字重构和多阵列的扬声器需要ASIC PA的配合，智能音箱都能用MEMS阵列扬声器这个替代，百度音响、小米音响都可以用这种来替代，电视机的边框也可以做一些定向的声音的应用。目前电视机都比较薄，都用外置的扬声器来看电视，目前新的方案是，做屏幕在一起的驱动，或者放在电视边框，用MEMS扬声器来发声。传统的扬声器需要腔体。

　　Q13：MEMS扬声器定向最大的应用？

　　答：目前是手机。手机的MEMS扬声器可以定向发声，增加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。

　　Q14：润欣科技目前的选用哪一种MEMS扬声器技术？

　　答：目前润欣科技选择的蓝牙SOC是恒玄的，方案是不改动原有的耳机模具，保留低频动圈。高频部分用MEMS扬声器替换掉传统的平面驱动单元和动铁，恒玄的SOC里面用两路DAC区分AMP高频和低频。

　　Q15：目前TWS耳机里面需要几颗MEMS扬声器?

　　答：封闭空间里面一个耳机一颗，原来是传统的压电片。原来TWS耳机里面用又薄又大的膜，量化就是要极限100-200微米的薄，所以声音会失真，需要后期算法。MEMS扬声器在中高频这边的失真度会好很多，并且用ASIC PA来替代原来的Current PA。并且我们预期MEMS扬声器成功放量之后，成本能够降低50%。

　　Q16：AR和VR眼镜的应用MEMS扬声器在这个场景下优势？和目前AR和VR的厂商实际研发的问题？

　　答：AR和VR眼镜扬声器工艺比耳机的MEMS扬声器难度低，只是薄膜，更多是应用场景的推广，需要比较高的软硬件的匹配。从探测距离上，还有尺寸上面看，是一个MEMS扬声器肯定会放量的市场。并且AR和VR眼镜的射频，光学之后都会用压电式MEMS传感器。

　　Q17：手机里面的传统扬声器被MEMS扬声器替换的可能性？

　　答：手机里面有模拟音响，也有数字重构。OPPO、小米关注这块比较多，手机这边扬声器目前也是很大的压电片，有2个MEMS替换现有的是OPPO的方案，小米用4个MEMS扬声器来替换现有的方案，目前做测试下来有音质好，成本低的优势。

　　Q18：目前的设备和产量问题，一年1万片晶圆量够吗？

　　答：一片晶圆大约出8000颗， 8寸晶圆， 8000万颗的年产量，良率98%。后续可以根据市场和客户需求，增加产能。

　　Q19：扩产需要购置设备吗？日本的设备交期长吗？

　　答：6-9个月的设备交期，日本设备目前是良率和兼容度各方面最好的。

　　Q20：目前的MEMS扬声器市场定价和成本？

　　答：目前MEMS扬声器的单体市场价在2美金左右。不考虑设备投入及研发， 1片晶圆的材料成本在几千块钱。

　　Q21：为什么目前定价2美金？

　　答：目前MEMS扬声器还在样片研发阶段，流片、研发的成本较高。创芯中心不直接出产品，后续要组建芯片团队来销售产品，随着市场的拓展，芯片成本会快速下降。

　　Q22：目前MEMS扬声器量产推进的进度？

　　答：研发还在优化中，目前已在对接客户做验证，客户是耳机方案商，也有手机品牌和智能家居品牌，目前和案商多一点。MEMS扬声器驱动IC这边需要定制开发一颗基于classH架构用于压电器件的驱动PA。

　　Q23：这颗ASIC IC会影响进度吗？

　　答：TWS耳机的还有1024阵列的MEMS扬声器的需要ASIC，单颗MEMS扬声器做手机扬声器替代的不用。

　　Q24：MEMS扬声器单颗定价包含ASIC IC吗？

　　答：不包括ASIC，放量预期在2023年下半年，预计单体MEMS扬声器的市场价格在4-5元RMB。

　　Q25：目前MEMS扬声器PIXCEL数量多的情况下，堆叠或者Wire Bonding的方式？

　　答：Wire Bonding打线的方式。目前的PIXCEL一种方式先把电路片做好，上面直接沉积PZT材料，下面做MEMS结构。还有第二种就是材料和MEMS分开做，用堆叠。两类都可以，第一种方式良率高，但是工艺和开发难度高，因为单片集成。比TSV间隔的方式要高。单颗打线就行，阵列不能打线。