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市場研究機構 IHS iSuppli 的最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,受惠于手機、筆記型電腦、免持聽筒耳麥、平板裝置等產(chǎn)品的強勁需求,2012年微機電系統(tǒng)(MEMS)麥克風出貨量增加了57%,估計2013年將進一步成長30%,出貨量由 2013年的20.5億顆增加至26.6億顆。
IHS iSuppli 預期,MEMS麥克風市場至少在接下來叁年還會呈現(xiàn)兩位數(shù)字成長,到2016年出貨量規(guī)模可達46.5億顆。而MEMS麥克風市場營收也同步成長, 2012年成長率42%,達到5.82億美元;估計該數(shù)字將在2016年達到10億美元。
根據(jù) IHS iSuppli 資深分析師Jeremie Bouchaud說法,麥克風持續(xù)成為MEMS元件表現(xiàn)最亮眼的應用市場之一,除了進駐迅速成長的手機、筆記型電腦、耳麥與平板裝置等終端產(chǎn)品,MEMS感測器也在游戲機、攝影機、電視與助聽器等應用領域小有斬獲;他預期MEMS麥克風將在今年進軍機上盒產(chǎn)品,并在接下來叁年跨足汽車市場。
全球MEMS麥克風出貨量預測
(來源:IHS iSuppli)
手機是MEMS麥克風的最大宗應用,根據(jù)IHS iSuppli統(tǒng)計,手機內(nèi)的MEMS麥克風滲透率在 2012年達到69%;該數(shù)字在 2011年與2010年分別為52%與38%。此外,多麥克風現(xiàn)在也被越來越多智慧型手機所應用,以達到噪音抑制的效果;消除週遭環(huán)境的聲音對智慧型手機的語音指令功能至關重要。
因此每支手機所搭載的麥克風數(shù)量也呈現(xiàn)成長趨勢,IHS iSuppli指出,在2010年與2011年,大多數(shù)中、高階手機都配備兩個麥克風,而隨著蘋果(Apple)推出支援HD視訊錄影功能的 iPhone 5 以來,叁顆麥克風更是迅速成為標準配備。
平板裝置則預期在2016年成為MEMS麥克風第二大應用產(chǎn)品;IHS iSuppli表示,第一批問世的平板裝置──包括蘋果的第一代iPad──都是使用駐極體電容式麥克風(electret condenser microphones),MEMS麥克風是在第二批平板裝置上才開始現(xiàn)身。
IHS iSuppli認為,針對噪音抑制以及語音指令的新應用預期將進一步提升MEMS麥克風在平板裝置市場的滲透率,未來甚至可能在平板裝置上出現(xiàn)4顆麥克風的配置。MEMS麥克風在2012年也進駐超過五成的筆記型電腦;還有 iPhone 4 、iPhone 4S配備的耳麥也可見到MEMS麥克風的影子。
此外IHS iSuppli也指出,蘋果與叁星(Samsung)都是 2012年MEMS麥克風的大買家,兩家公司合計貢獻54%的全球MEMS麥克風出貨量;其他MEMS麥克風大買主包括樂金電子(LG Electronics)與摩托羅拉(Motorola)。
目前MEMS麥克風的最大供應商為美國業(yè)者樓氏電子(Knowles Electronics),該公司長期穩(wěn)居龍頭地位,但2012年市佔率由2011年的74%縮減至58%,顯見開始面臨競爭壓力。IHS iSuppli表示,樓氏為iPhone 系列產(chǎn)品的MEMS麥克風第二供應來源,不過是iPad mini平板裝置的主要MEMS麥克風供應商。
盡管發(fā)展歷史并不平坦,但MEMS麥克風前景光明
MEMS麥克風得到迅速采用,但并未導致其價格同步下滑,打破了消費與移動市場中快速成長的應用通常伴以價格下跌的趨勢。這凸顯MEMS麥克風具有較高價值。
不同于加速計,MEMS麥克風價格一直保持堅挺,這主要是因為蘋果與諾基亞手機等高端領域不是只看重價格。例如,蘋果為了獲得高性能MEMS麥克風,支付的價格是競爭對手的三到四倍,從而幫助穩(wěn)定了整體MEMS麥克風的價格。
然而,MEMS麥克風發(fā)展過程充斥著失敗的嘗試,以及代價高昂的知識產(chǎn)權(IP)爭奪戰(zhàn)。Knowles是主要MEMS麥克風廠商,擁有多項MEMS麥克風封裝方面的專利,事實證明競爭對手很難跨過這些專利。在Knowles與ADI及Memstech等廠商之間,發(fā)生了大量的IP交換。
在確定目標價格方面,一些廠商也遇到了困難。由于外界認為其產(chǎn)品價格太高,許多廠商只是小批量生產(chǎn)MEMS麥克風,無法實現(xiàn)突破,有些廠商則徹底倒閉了。
除了Knowles以外,英飛凌是另一家MEMS麥克風主要生產(chǎn)商,預計去年供應商了30%的MEMS麥克風,高于2009年時的7%。在2009年放棄銷售封裝MEMS麥克風的念頭之后,英飛凌集中精力向AAC、Goertek、BSE和Hosiden等駐極體電容式麥克風廠商銷售MEMS裸片與專用集成電路。
英飛凌的這種策略不斷取得成功,為蘋果等買家提供了Knowles以外的第二個MEMS麥克風貨源。蘋果曾經(jīng)暗示擴大搜索其它供應商,以降低采購風險。
MEMS麥克風構架優(yōu)勢展現(xiàn)
1、內(nèi)部結構
MEMS麥克風是由MEMS(微電機系統(tǒng))微電容傳感器、微集成轉(zhuǎn)換電路(放大器)、聲腔及RF抗噪電路組成。MEMS微電容極頭部分包含接收聲音的硅振膜和硅背極, 硅振膜可直接將接收到的音頻信號經(jīng)MEMS微電容傳感器傳輸給微集成電路, 微集成電路可將高阻的音頻電信號轉(zhuǎn)換并放大成低阻的音頻電信號, 同時經(jīng)RF抗噪電路濾波, 輸出與手機前置電路相匹配的電信號。 完成“聲--電”轉(zhuǎn)換。
MEMS麥克風內(nèi)雖然包含多個部件,但相比ECM要減去很多,這為組裝提供了便利。而且半導體部件持續(xù)降價的趨勢也使得其成本有望快速下降,進而加快推廣。MEMS的輕薄特點在手機中尤其明顯,因為足夠薄之后就可以貼在PCB的背面,直接面對用戶的發(fā)音部位。
上圖左側是MEMS麥克風的組成結構,其中包含兩塊芯片,MEMS為傳感部件,ASIC為信號處理部件;此外還包括引腳、電容等。實際上MEMS麥克風的原理與傳統(tǒng)的駐極體麥克風(ECM)相似,但是關鍵部件是半導體制程,具有了許多ECM無法獲取的優(yōu)勢。
2、優(yōu)勢突出
(1)相對于傳統(tǒng)駐極體麥克風,MEMS具有耐高溫、耐回流焊特性,可以直接使用SMT生產(chǎn)方式組裝,減少了煩瑣的手工、半自動裝配、電氣性能測試、返工等一系列生產(chǎn)成本;生產(chǎn)效率顯著提高。
(2)傳統(tǒng)駐極體麥克風零部件繁多,生產(chǎn)工藝工序人工因素多,產(chǎn)品性能一致性及品質(zhì)一致性差;MEMS麥克風,可以采取全自動化生產(chǎn),產(chǎn)品性能及品質(zhì)一致性高。
(3)傳統(tǒng)駐極體麥克風,采取高電壓將電荷駐存在駐極體材料上的工作原理;電荷易受環(huán)境和使用條件影響,造成電荷逃逸,靈敏度降低。MEMS麥克風采用偏置電壓工作原理,無需駐存電荷,無需駐極體材料,所以產(chǎn)品穩(wěn)定性更好。
(4)結構空間更節(jié)省,設計使用更靈活。
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