Fraunhofer數(shù)字媒體技術(shù)研究院和硅技術(shù)研究院開發(fā)出MEMS微型揚(yáng)聲器

據(jù)麥姆斯咨詢報道，F(xiàn)raunhofer(弗勞恩霍夫)數(shù)字媒體技術(shù)研究院和硅技術(shù)研究院聯(lián)合開發(fā)出了一款MEMS微型揚(yáng)聲器。MEMS意指微機(jī)電系統(tǒng)，它結(jié)合了經(jīng)典半導(dǎo)體技術(shù)和微米級的微機(jī)械技術(shù)。因此，弗勞恩霍夫研究所的科學(xué)家正帶來揚(yáng)聲器領(lǐng)域的變革，使揚(yáng)聲器也能像計算機(jī)芯片一樣，用硅材料來實現(xiàn)低成本的大規(guī)模制造。

弗勞恩霍夫數(shù)字媒體技術(shù)研究院和硅技術(shù)研究院聯(lián)合開發(fā)項目——“移動應(yīng)用智能MEMS揚(yáng)聲器”已經(jīng)合作研究了3年，致力于開發(fā)高能效且可以完整集成的芯片級揚(yáng)聲器。硅技術(shù)研究院主要負(fù)責(zé)壓電微驅(qū)動器件的開發(fā)和試生產(chǎn)，并將它們集成進(jìn)入高度微型化的智能微系統(tǒng);數(shù)字媒體技術(shù)研究院主要負(fù)責(zé)微型揚(yáng)聲器的智能信號控制。

目前，該項目已經(jīng)取得了突破性進(jìn)展。這款基于硅芯片的揚(yáng)聲器性能表現(xiàn)非常驚艷：這款MEMS揚(yáng)聲器的尺寸為4mm x 4mm，可以理想地集成到耳機(jī)、耳戴式設(shè)備和助聽器中。作為一款單向系統(tǒng)(one-way system)，它可以覆蓋20 Hz~20kHz的整個頻率范圍，而典型的HiFi(高保真)揚(yáng)聲器通常包含低音、中音和負(fù)責(zé)高頻的高音揚(yáng)聲器單元。針對耳內(nèi)應(yīng)用，這款微型MEMS揚(yáng)聲器能夠獲得110dB的聲壓，相當(dāng)于距離噴氣式飛機(jī)100米左右的噪音等級。

除了微小的尺寸設(shè)計，這款MEMS揚(yáng)聲器還表現(xiàn)出了驚人的高保真和低能耗優(yōu)勢，這對于電池供電型設(shè)備來說非常關(guān)鍵。最后但同樣重要的是，這款利用MEMS技術(shù)的產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)極具成本效益的芯片制造和大規(guī)模裝配。

這款MEMS揚(yáng)聲器采用了壓電薄膜作為有源元件，當(dāng)對其施加電壓時會發(fā)生形變，其機(jī)械形變擾動周圍空氣，并由此產(chǎn)生聲波。結(jié)果證明利用硅材料來開發(fā)MEMS揚(yáng)聲器具有諸多優(yōu)勢。得益于現(xiàn)代芯片制造技術(shù)，半導(dǎo)體材料硅可以進(jìn)行超微結(jié)構(gòu)加工，非常適用于這些電子機(jī)械應(yīng)用，并且，硅材料還具有很高的成本效益。

未來，結(jié)合多個微型MEMS揚(yáng)聲器組成多單元系統(tǒng)，其傳輸帶寬將進(jìn)一步擴(kuò)展至20kHz以上。“到時我們的產(chǎn)品將可以滿足高端HiFi耳機(jī)市場的高音質(zhì)要求，” 數(shù)字媒體技術(shù)研究院項目經(jīng)理Daniel Beer說。

弗勞恩霍夫硅技術(shù)研究院半導(dǎo)體技術(shù)專家Bernhard Wagner對于MEMS揚(yáng)聲器的生產(chǎn)制造看到了重要的發(fā)展機(jī)遇：“未來我們將采用能效更高且與IC工藝兼容的新型壓電材料。這將進(jìn)一步降低產(chǎn)品功耗，在所有主要的半導(dǎo)體制造工廠實現(xiàn)MEMS揚(yáng)聲器的大規(guī)模量產(chǎn)?！?/p>

弗勞恩霍夫數(shù)字媒體技術(shù)研究院和硅技術(shù)研究院在3月19~22日在德國慕尼黑舉辦的German Society for Acoustics(DAGA，德國聲學(xué)學(xué)會)年度會議上，首次公開發(fā)布了他們的研究成果。

其它MEMS揚(yáng)聲器廠商

(1)USound

目前，市場上領(lǐng)先的壓電MEMS揚(yáng)聲器開發(fā)商是奧地利的USound。USound是全球首家發(fā)布壓電MEMS揚(yáng)聲器的廠商，并在2018年1月的CES(全球消費(fèi)電子展)上完成了首次亮相。USound為耳機(jī)、可穿戴/耳戴產(chǎn)品開發(fā)的壓電MEMS揚(yáng)聲器已經(jīng)完成設(shè)計定型、產(chǎn)能爬坡，以及首批量產(chǎn)前產(chǎn)品的出貨，預(yù)計將于2018年第一季度實現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，USound廣泛的合作伙伴包括：Austria Technologie & Systemtechnik AG(AT&S，奧地利科技與系統(tǒng)技術(shù)股份公司)、ISIT(獲得了ISIT在微系統(tǒng)功率電子制造方面的經(jīng)驗);Institute for Electronic Music(IEM，電子音樂研究所);STMicroelectronics(意法半導(dǎo)體)，利用意法半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)領(lǐng)先的薄膜壓電技術(shù)(TFP)，雙方合作進(jìn)行全球首款微型壓電MEMS揚(yáng)聲器的產(chǎn)業(yè)化和生產(chǎn)制造。

(2)Audio Pixels

揚(yáng)聲器數(shù)字化全球領(lǐng)導(dǎo)者Audio Pixels開發(fā)了一項技術(shù)平臺，能夠利用MEMS結(jié)構(gòu)而非傳統(tǒng)揚(yáng)聲器元件，直接將數(shù)字音頻流轉(zhuǎn)化為聲波。該技術(shù)平臺的基礎(chǔ)——數(shù)字聲音重建技術(shù)(Digital Sound Reconstruction，DSR)實現(xiàn)了基于硅芯片的音頻揚(yáng)聲器的量產(chǎn)，并使揚(yáng)聲器更小、更薄、聲音更清晰、能效更高，而且具有更好的兼容性，能夠滿足現(xiàn)代電子制造和器件的各種要求。

據(jù)麥姆斯咨詢報道， Audio Pixels曾于2016年宣布：選擇全球?qū)I(yè)代工領(lǐng)導(dǎo)者TowerJazz公司，大規(guī)模量產(chǎn)其第一代高性能MEMS揚(yáng)聲器芯片。預(yù)計這款硅基揚(yáng)聲器芯片將帶來全新一代突破性的產(chǎn)品應(yīng)用，超越全球消費(fèi)電子、工業(yè)和醫(yī)療器械制造商對于聲學(xué)器件的性能指標(biāo)和設(shè)計要求。Audio Pixels專注于制造一種基于MEMS技術(shù)的硅芯片，既能夠作為一個獨(dú)立的微型揚(yáng)聲器使用，又能夠?qū)崿F(xiàn)多倍級聯(lián)以滿足幾乎所有的揚(yáng)聲器應(yīng)用。