半導體制造技術揚聲器應用，xMEMS MEMS揚聲器改變未來音頻發(fā)聲
揚聲器是一種將電信號轉變?yōu)槁曅盘柕膿Q能器件，廣泛應用于眾多的消費電子產(chǎn)品之中，為音頻播放提供支持。揚聲器的種類很多，在個人音頻及智能穿戴市場，主流應用包括了動圈單元（動態(tài)驅動器）和動鐵單元（平衡電樞驅動器）兩種。而隨著技術的發(fā)展，近些年一種采用MEMS（微機電系統(tǒng)）技術制造的揚聲器受到了眾多的關注，相較于傳統(tǒng)揚聲器驅動器，擁有著多項技術優(yōu)勢，能夠為產(chǎn)品提供更優(yōu)的用戶體驗。
MEMS（Micro-Electro-MechanicalSystem）微機電系統(tǒng)，指采用微電子技術（半導體制造技術），在微納米的體積下塑造機械結構，制成尺寸幾毫米乃至更小的高科技裝置。常見的MEMS應用包括了聲學傳感器、光學傳感器、壓力傳感器、加速度傳感器、陀螺儀傳感器、濕度傳感器、氣體傳感器、微馬達、微振子，以及他們的集成產(chǎn)品等，具有著體積小、功耗低、可大規(guī)模量產(chǎn)等優(yōu)勢。
在MEMS聲學應用中，包括了MEMS麥克風和MEMS揚聲器等，其中MEMS麥克風目前已經(jīng)廣泛普及，MEMS揚聲器還處于發(fā)展初期，但被認為是未來的發(fā)展趨勢。而在MEMS揚聲器市場中，xMEMS Labs（美商知微電子）是目前主要的廠商之一，現(xiàn)已推出多款產(chǎn)品，部分產(chǎn)品已實現(xiàn)量產(chǎn)并獲得了品牌采用，其余產(chǎn)品也已出樣。
一、xMEMS MEMS微型揚聲器介紹
xMEMS是一家成立于2018年1月的初創(chuàng)企業(yè)，創(chuàng)始人團隊和管理層均有著20年以上的MEMS行業(yè)背景。xMEMS致力于用世界首款固態(tài)MEMS解決方案顛覆百年歷史的線圈揚聲器架構，用性能和尺寸重塑聲音。
xMEMS的MEMS微型揚聲器技術基于使用壓電材料的逆壓電效應，已擁有113項專利和200多項待批專利。逆壓電效應是通過施加電壓使壓電MEMS收縮或膨脹，將電能轉換為機械能而產(chǎn)生的，這種能量激發(fā)集成的硅膜來推動空氣并產(chǎn)生聲音。
xMEMS生產(chǎn)的業(yè)界首款真正的單片MEMS揚聲器，在硅中實現(xiàn)整個揚聲器(致動器和振膜)，相較于早期的混合MEMS揚聲器，降低了封裝高度，消除了傳統(tǒng)膜組裝固有的可變性；并通過設計創(chuàng)新和單片電容式壓電MEMS制造的結合，xMEMS提供了傳統(tǒng)音圈或混合MEMS方法無法實現(xiàn)的性能、尺寸、能效和均勻性的新水平。
xMEMS MEMS微型揚聲器產(chǎn)品特點
在音質表現(xiàn)方面，xMEMS MEMS微型揚聲器具有高清晰度和高保真特點，能夠實現(xiàn)精準的聲音再現(xiàn)，卓越的中音和高音效果，帶來高清音質和豐富的音頻細節(jié)；xMEMS MEMS微型揚聲器具有+/-1°的高度相位一致性，在保障左右耳相位一致性的同時，還能夠增強空間音頻方向的準確度，從而提升空間音頻效果。
xMEMS MEMS微型揚聲器具有快速響應的特點，聲音命令產(chǎn)生傳導到揚聲器的群延遲平均值僅15微妙，能夠有效可提高非平穩(wěn)噪聲的ANC帶寬，從而提升降噪效果；xMEMS MEMS微型揚聲器具有高分辨率音頻，高頻再現(xiàn)可達40KHz，達到Hi-Res AUDIO認證標準。
在生產(chǎn)制造方面，xMEMS MEMS微型揚聲器具有+/-1.5dB的高度聲壓級一致性，能夠在生產(chǎn)過程中減少左右耳校準匹配過程；xMEMS MEMS微型揚聲器具有高可靠性特點，通過了JEDEC標準，IP58防水防塵認證，可抗10000g沖擊力，防止在生產(chǎn)過程中受損。
xMEMS MEMS微型揚聲器采用硅基振膜，體積輕、剛性好、機械反應快，能夠提供更清晰的音頻效果，同時分布式驅動，能夠有效減少破音發(fā)聲；xMEMS MEMS微型揚聲器采用輕薄封裝，重量僅56mg，厚度1mm，非磁性，可以抗回流焊高溫（SMT-ready）。另外，xMEMS MEMS微型揚聲器在晶圓廠中生產(chǎn)，而非傳統(tǒng)揚聲器在工廠中，因此可以快速、一致、經(jīng)濟高效地大規(guī)模生產(chǎn)，滿足客戶快速部署的需求。
二、xMEMS MEMS微型揚聲器產(chǎn)品
xMEMS于2020年7月正式宣布推出全球首款真正的MEMS全頻微型揚聲器“Montara”，后續(xù)又相繼推出了目前全世界體型最小的MEMS微型揚聲器“Cowell”、全世界靈敏度最高的MEMS微型揚聲器“Montara Plus”和全球首款用于主動環(huán)境音控制的固態(tài)MEMS DynamicVent“Skyline”，通過四款產(chǎn)品以適配于不同產(chǎn)品、不同著重功能應用。
Montara：全球首款真正的MEMS全音域微型揚聲器（量產(chǎn)中）
規(guī)格參數(shù)：
聲學性能（IEC 6018-4 耦合器）
SPL @ 1kHz / 30Vpp：115dB
THD @ 1KHz/94dB SPL：0.5%
封裝：
Montara頂部發(fā)聲：6.05w x 8.4L x 1.15H(mm)
Montara側面發(fā)聲：6.05W x 1.15H x 8.4L(mm)
Aptos功率放大器：1.92 x 1.92 x 0.6 (mm) WLCSP
應用：
TWS耳機、有線耳機、助聽器
Cowell：全世界體型最小的MEMS微型揚聲器（量產(chǎn)中）
規(guī)格參數(shù)：
聲學性能（IEC 6018-4 耦合器）
SPL @ 1kHz / 30V pp：111分貝
SPL @ 2kHz / 30V pp：116分貝
THD @ 1KHz/94dB SPL：0.5%
封裝：
Cowell側面發(fā)聲：3.2W x 1.15H x 6.0L (mm)
Cowell頂部發(fā)聲：3.2W x 6.0L x 1.15H (mm)
Aptos功率放大器：1.92 x 1.92 x 0.6 (mm) WLCSP
應用：
TWS耳機、有線耳機、助聽器
Montara Plus：全世界靈敏度最高的MEMS微型揚聲器（現(xiàn)已出樣）
規(guī)格參數(shù)：
聲學性能（IEC 6018-4 耦合器）
SPL @ 200Hz / 30V pp：120dB
SPL @ 2kHz / 30V pp：127dB
THD @ 1KHz/94dB SPL：0.5%
聲學性能（自由聲場@3cm）
SPL @ 2kHz / 30Vpp：SPL @ 2kHz / 20Vpp 79dB
SPL @ 4kHz / 30Vpp：SPL @ 4kHz / 20Vpp 90dB
SPL @ 10kHz / 30Vpp：SPL @ 10kHz / 20Vpp 108dB
封裝：
Montara Plus頂部發(fā)聲: 5.15 x 10.8 x 1.15 (mm)
Montara Plus側面發(fā)聲: 5.15 x 1.15 x 10.8 (mm)
Aptos功率放大器: 1.92 x 1.92 x 0.6 (mm) WLCSP
應用：
TWS耳機、有線耳機、智能眼鏡、VR頭顯、音箱高音陣列
Skyline：全球首款用于主動環(huán)境音控制的固態(tài)MEMS動態(tài)閥門（現(xiàn)已出樣）
規(guī)格參數(shù)：
低頻衰減 @ 100Hz（IEC 6018-4 耦合器）：21.5dB（單Skyline）；25dB（雙Skyline）
聲學阻抗 (kg/(m· 4s ))：540k（閥門打開）；3.7G（閥門密封）
等效孔直徑(毫米)（假設排氣口長度為 1mm）：1.1 毫米（單Skyline）；1.3 毫米（雙Skyline）
封裝：
Skyline: 4.0W x 5.0L x 1.15H (mm)
Alpine單通道: 1.0W x 1.2L x 0.6 (mm)
Alpine雙通道 : 1.5W x 1.8L x 0.6 (mm)
應用：
TWS耳機、有線耳機、助聽器
三、總結
通過本篇文章，為大家介紹了MEMS揚聲器和xMEMS的MEMS微型揚聲器全線產(chǎn)品和功能特點。作為一款可能顛覆傳統(tǒng)揚聲器的產(chǎn)品，MEMS揚聲器基于先進的半導體制造技術，先天擁有著體積小、功耗低、可大規(guī)模量產(chǎn)等優(yōu)勢，能夠更好地適應TWS耳機、智能穿戴設備等產(chǎn)品的體積限制，以及產(chǎn)品生產(chǎn)周期短的問題。
xMEMS又在MEMS揚聲器的基礎上進一步賦能，通過采用全硅材料，壓電材料的逆壓電效應，創(chuàng)新創(chuàng)造了多種全球首款的MEMS揚聲器產(chǎn)品，在音質上具有高清晰度、高保真、高度相位一致性、快速響應、高分辨率的特點，滿足用戶對于音頻產(chǎn)品不斷提升的高音質需求。同時，還擁有著高一致性和高可靠性的特點，解決生產(chǎn)難點，提升品牌客戶快速部署的效率。
