新年伊始，我國電子元件業傳來好消息，信噪比高達70dB的MEMS麥克風首次實現全國產化，這一重大技術突破是由全球領先的精密製造企業瑞聲科技實現的。瑞聲科技獨立完成設計、測試、封裝，中芯國際進行流片，首次打破國外技術壟斷，在振膜設計、功耗等方面實現多個突破性創新，其成本只有英飛凌同類產品的一半，極具市場競爭力，前景十分廣闊。
打破國際壟斷 填補國產空白
語音是5G時代人機互動的重要入口，正在快速改變人們的生活，MEMS麥克風作為語音入口的核心元器件，具備尺寸小、功耗低、性能優、一致性高、成本低的優點。具有高信噪比特性的MEMS麥克風，在智慧型手機、TWS耳機、AR/VR、智能音箱、智能眼鏡等領域的應用越來越廣泛，以至於業界把MEMS麥克風形容為電子產品的「聽覺細胞」。特別是剛剛過去的2019年，隨著TWS藍牙耳機的大熱，MEMS麥克風已成為推動聲學器件增長的新引擎。
但在高信噪比麥克風領域，長期以來只有英飛凌等少數幾個國際「玩家」壟斷全球市場，中國企業在核心技術方面一直未能取得有效突破。瑞聲科技作為全球MEMS麥克風領域的主要供應商之一，積累了十多年研發與製造經驗，尤其是2018年以來逐步開始實現MEMS晶片自主研發。此次通過核心技術攻關，成功實現量產70dB高信噪比MEMS麥克風，完全獨立完成全部產品的設計、測試、封裝，填補了國內公司在該領域的空白，還與已量產的63dB、66dB的具有自主智慧財產權的MEMS麥克風產品，構成了豐富強勁的產品矩陣，實現了廣泛的應用覆蓋。
實現多個創新 性能更優成本更低
語音傳感器信噪比的高低對終端產品聲音信號拾取效率和語音識別準確率有著重要影響。信噪比高達70dB的MEMS麥克風比較傳統MEMS麥克風優化了6dB，這樣的功能強化等同於讓使用者可以從兩倍遠的距離發出語音指令，而麥克風截取到同質的音訊。
對於精準語音識別和高效主動降噪系統而言，70dB高信噪比的MEMS麥克風可以為整機系統提供高品質的聲音信號輸入，不僅可以為噪音消除算法提供更高質量的聲音信號，極大降低環境及本底噪音，還有助於整機系統分析MEMS麥克風採集的聲音信號，並找出其中可識別的內容特徵。
而瑞聲科技研發的70dB高信噪比MEMS麥克風，在關鍵性能方面已經達到甚至超過國際領先企業產品，具備極強的市場競爭力，具有以下三方面的優勢：
1、獨創振膜夾縫設計，破膜率降低一半，終端產品更耐用。MEMS麥克風是利用聲音變化產生壓力梯度,使MEMS麥克風上的矽基振膜受到聲壓推動產生形變，從而改變矽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換電路轉換為電壓值輸出的變化，再經過放大電路將MEMS傳感器產生得到的電壓放大輸出，將聲壓信號轉換成電壓信號，實現「聲-電」轉換。從這個角度可以看出，振膜作為MEMS麥克風上的最重要部件、實現MEMS麥克風功能的源頭，是提高MEMS麥克風可靠性的關鍵所在。
目前市面上大部分的MEMS麥克風的振膜採用周邊完全固定的設計，該結構設計會導致當MEMS麥克風突然遭受到較大的氣壓、氣流或高加速度衝擊時，因無法及時洩壓，會導致振膜上下產生巨大的壓差，形成吹氣效應使振膜發生變形，當振膜變形產生的內應力超過臨界值時，會導致振膜破裂，從而使MEMS麥克風功能失效。
為提升MEMS麥克風產品的結構強度，提高產品的可靠性，瑞聲科技應用獨家專利設計，開創性的在振膜四周設計了可活動的狹縫結構，當大聲壓、大氣流衝擊振膜時，會將衝擊振膜正面的壓力或氣流通過狹縫迅速導流到振膜背面，從而提高振膜前後腔氣壓的平衡速度，進而提升了振膜抗大壓力、抗大氣流瞬時高壓衝擊的能力，使得MEMS麥克風破膜率大幅降低至一半左右，使電子設備的音頻系統在極端聲場環境下更加穩定可靠。
2、功耗降低三分之一，更能滿足用戶對終端產品續航的要求。終端產品的續航能力永遠是提升產品用戶使用體驗的痛點和難點，在終端產品功能越來越豐富、集成元器件越來越多、電池技術未取得革命性突破的情況下，為了提高終端產品的續航能力，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，通過優化電路設計，可以做到在相同的尺寸的情況下，聲學性能達到甚至超過國際同類產品的水平，而且在相同的工作模式下，功耗最高可降低三分之一，對功耗要求嚴苛的TWS、智能手錶等可穿戴設備的續航表現的提升構成重要支撐。
3、擁有全部自主智慧財產權，成本僅為英飛凌同類MEMS麥克風產品的一半。
在提高國產率，使用國產替代進口的大趨勢下。瑞聲科技通過自主創新研發，建立了完善的技術理論體系，積累了豐富的產業化經驗，搭建了完全自主的晶片仿真模型和資料庫，從MEMS晶片到ASIC晶片(專用集成電路，為特定用戶或特定電子系統製作的集成電路)，再到封裝設計實現了自主智慧財產權，MEMS晶圓通過中芯國際製造也全部實現國產化，佔據了技術的主導權和市場的主動權。正是得益於自主創新研發，其70dB高信噪比MEMS麥克風成本大大降低。
根據業界知名的調研公司Yole公司預測，隨著5G時代提前到來，AIoT(人工智慧+物聯網)設備的大爆發以及創新的人工智慧語音應用的不斷湧現，將推動MEMS麥克風整體市場的持續擴張，未來5年將實現11%的複合增長率，預計在2022年全球MEMS麥克風的出貨量將超過80億顆，到2024年MEMS麥克風的市場規模將達到16億美元。瑞聲科技憑藉極具市場競爭力的產品，未來將成為全球高信噪比MEMS麥克風領域新的領頭羊。
來源：CCTIME飛象網