含MEMS麦克风, 音频IC, 微型扬声器在内的音频零组件于智能型手机, NB等电子产品扮演关键功能, 其中, MEMS麦克风一般由MEMS裸晶(Die)与特殊应用IC封装而成, 音频IC则涵盖音频放大器(Amplifier), 音频编解码器(Codec)等晶片.
在供应链方面, 楼氏电子(Knowles Electronics), 歌尔声学(GoerTek), 瑞声科技(AAC Technologies)为2016年全球MEMS麦克风前三大厂, 此三家业者主要由Sony或英飞凌(Infineon)代工生产, 而意法半导体(STMicroelectronics), 博世(Bosch), TDK, Omron等整合元件制造商(Integrated Device Manufacturer; IDM)亦为MEMS麦克风供应业者, 相关音频产业供应链业者家数众多.
至2017年第3季为止, 包括亚马逊(Amazon), Google, 苹果(Apple), Sony, Bose, Harman等业者均积极抢进智能音响及其相关语音助理领域, 因具备语音对话功能的智能音响于北美销售甚佳, 渐受市场重视.
DIGITIMES Research观察, 为强化智能音响收音品质, 不仅需提升MEMS麦克风性能, 更要搭配声源定位, 抑制噪音, 消除回音等声音处理系统, 以及手机∕系统业者所累积的音频技术, 使得与音频相关软, 硬体将于智能音响市场居重要地位.
2018年全球MEMS麦克风出货可望突破50亿颗 手机为最大应用
MEMS麦克风较ECM具备尺寸小, 耗电低, 耐高温, 高抗震等优势, 观察全球麦克风技术别出货量变化, 2015年MEMS麦克风以38亿颗左右, 首次超越ECM的34亿颗.
2016年全球MEMS麦克风持续成长至44亿颗左右, 反观ECM则持平在33.5亿颗左右, 2018年MEMS麦克风出货可望突破50亿颗, 与ECM差距将逐年拉大.
2013~2018年全球麦克风技术别出货量变化及预测
为因应驾驶车辆时无法操作电子产品, 车用资讯娱乐系统(Infotainment Systems)多采用MEMS麦克风, 而物联网设备更需MEMS麦克风达成声控功能, 其他如耳机组, 医疗等领域亦皆为MEMS麦克风应用市场.
MEMS麦克风主要应用
MEMS麦克风为音频产业关键零件 前三大厂皆采委外代工模式
2016年全球MEMS与ECM合计的麦克风市场约18亿美元, 含音频放大器, 音频编解码器, 数位讯号处理器(Digital Signal Processor; DSP)等晶片在内的音频IC市场约45亿美元, 而直径小于2吋的微型扬声器市场约87亿美元, 总计相关音频市场规模约150亿美元.
观察音频产业供应链, 在MEMS麦克风方面, 2016年前三大厂楼氏电子, 歌尔声学, 瑞声科技于全球MEMS麦克风市场出货量占有率合计约7成, 楼氏电子主要由Sony代工生产, 歌尔声学与瑞声科技则主要委托英飞凌代工, 楼氏电子虽起步较早, 然逐渐面临另两家大陆业者急起直追等挑战.
除上述3家业者外, 属IDM的意法半导体, 博世, TDK, Omron均同时生产MEMS裸晶与麦克风, 其中, 博世与TDK分别于2009年及2017年收购美国MEMS麦克风厂Akustica, 美国MEMS惯性感测器∕麦克风供应商InvenSense.
韩厂BSE因供应MEMS麦克风给三星电子(Samsung Electronics), 2016年于全球MEMS麦克风出货量排名第四名, 其他如凌云逻辑(Cirrus Logic), Vesper亦为MEMS麦克风供应业者.
在音频放大器方面, 意法半导体与凌云逻辑为少数同时跨足MEMS裸晶∕麦克风及音频放大器的业者, 不同于意法半导体拥有晶圆厂, 凌云逻辑为IC设计公司, 其他如亚德诺(Analog Devices), 恩智浦半导体(NXP Semiconductors), 美信(Maxim Integrated), 德州仪器(Texas Instruments)等厂商可供应音频放大器.
音频产业中MEMS裸晶∕麦克风, 音频放大器主要供应商
在音频编解码器方面, 凌云逻辑为横跨MEMS裸晶∕麦克风, 音频放大器, 音频编解码器的IC设计业者, NXP与美信则皆同时跨足音频放大器与音频编解码器领域, 其他如高通(Qualcomm), 罗姆(Rohm), 山叶(Yamaha), 瑞昱等业者亦为音频编解码器供应商, 另高通预计2018年完成收购NXP.
值得注意的是, 苹果采购大量MEMS麦克风用于其智能型手机, 平板电脑, NB等产品, 本身亦跨足音频放大器, 音频编解码器等音频相关领域.
为提高音频IC附加价值, 凌云逻辑, 美信及瑞昱等业者多主攻离散元件, 高价值演算法领域, 相较之下, 高通, 苹果等业者则努力将其音频IC整合于应用处理器(Application Processor; AP).
在微型扬声器方面, 同时跨足MEMS麦克风与微型扬声器的业者有楼氏电子, 歌尔声学, 瑞声科技等业者, 电声元件厂商美律实业自2011年起切入苹果微型扬声器供应链, 其他如日厂Hosiden, 日厂Foster电机(Foster Electric), Transound等业者亦是微型扬声器供应商.
音频产业中音频编解码器, 微型扬声器主要供应商及下游手机∕系统业者
智能音响可望成为MEMS麦克风新兴应用
美商亚马逊于2014年推出采Alexa智能语音助理的Echo, 至2017年第3季为止, 包括Google, 苹果, Sony, Bose, Harman等业者均积极抢进智能音响及其相关语音助理领域, 显见具语音对话功能的智能音响渐受市场重视.
以苹果于2017年7月所发表智能型音响装置HomePod为例, 为强化Siri语音助理的辨识精确度, 其内建6个麦克风阵列, 以提升收音品质, 往后随智能音响性能提升与市场扩大, 将渐成MEMS麦克风新兴应用.
除需提升运算能力外, 智能音响亦要求更好的收音品质, 含MEMS麦克风, 音频IC, 微型扬声器在内的音频零组件, 将于强化智能音响收音品质上扮演重要角色.
透过改进讯噪比(Signal to Noise Ratio), 频率反应(Frequency Response), 声学过载点(Acoustic Overload Point; AOP)等音讯表现, MEMS麦克风性能将逐步提升, 然对强化智能音响收音品质的效果相对有限.
为进一步提升智能音响效能, 在改进MEMS麦克风性能的同时, 需搭配声源定位, 抑制噪音, 消除回音等声音处理系统, 并结合手机∕系统业者所累积的音频技术, 将促使MEMS麦克风与扬声器等音频零组件加速朝模组化迈进, 以因应更高音讯品质需求.
音频零件与技术将于强化智能音响收音品质扮演重要角色
结语
2017年全球MEMS麦克风出货量将达48亿颗, 2018年可望突破50亿颗大关, 进一步拉大其领先ECM的差距, 前三大厂楼氏电子, 歌尔声学, 瑞声科技主要委托Sony, 英飞凌等业者代工生产, 而意法半导体, 博世, TDK, Omron等IDM亦为重要业者.
MEMS麦克风应用于智能型手机, NB, 游戏等领域, 已具备良好阵列稳定性, 低功耗等特性, 且持续提升讯噪比, 然智能音响需更好的收音品质, MEMS麦克风作为声控指令中枢的关键零件, 有必要搭配声音处理系统及结合音频技术, 以因应智能语音所需更高阶性能.
MEMS麦克风渐从基本功能朝智能语音等更高阶性能发展
另外, 苹果虽未生产MEMS麦克风, 但有跨足音频放大器, 音频编解码器等音频领域, 且致力于与其AP整合, 此与Google, Sony, Bose等智能音响业者不同, 是否有助苹果提升智能音响性能尚待观察.