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这家初创公司要革MEMS扬声器的命？

2021-12-09 14:00:29 来源: 半导体行业观察

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来源：内容由半导体行业观察（ID：icbank）编译自techspot ，谢谢。

耳塞技术在过去几年中取得了长足的进步，但有一件事保持不变——扬声器。虽然非常小，但耳塞式扬声器的工作方式仍然与电视或立体声音响中的扬声器非常相似。它们需要薄膜、磁铁和电源来驱动它们。除了使它们更紧凑外，这些年来它们没有太大变化。

然而，德国音频初创公司Arioso Systems拥有一款无需薄膜或磁铁的新型微机电系统 (MEMS) 扬声器原型。更好的是，它像微芯片一样小、平、方形，产生声音所需的能量更少。

这个产品被称为纳米级静电驱动或简称为NED，是从弗劳恩霍夫光子微较大扬声器的副产品。它是 10 到 20 平方毫米，虽然 Arioso 没有提到厚度，但如果按比例绘制图表（下图），它的厚度不能超过一两毫米。

NED 完全由硅制成，并使用标准 CMOS 工艺生产。由于移动部件较少且无组装要求，NED 的生产成本应该比标准驱动器便宜，后者使用更昂贵的压电材料和复杂的制造工艺。

人们可能会认为 NED 无法为这种微型设备产生足够的声级。然而，该公司声称 10 毫米版本的入耳式分贝水平在 120 分贝左右，具有“最佳音质”。

芯片内部有几个 20 纳米长的柔性柱。当从音频源施加电压时，光束会朝向和远离彼此弯曲。这些波动将空气从 NED 顶部和底部的小槽中推出。由此产生的气压在耳内起作用以产生可听频率。

NED 比传统磁驱动器小 10 倍。Arioso 表示，当用于现代耳塞设计时，节省的空间可以让制造商添加更多功能，包括即时语言翻译、健康监测功能或使用语音命令支付购买费用的能力。

它们也非常适合更小、更便宜的助听器。此外，最小的尺寸意味着它们比普通扬声器消耗更少的电量，从而延长无线耳机的电池寿命。

Arioso 刚刚完成了一轮种子融资，融资额为 260 万欧元。它预计将在两到三年内将原型扩展到试点阶段。它已经开始讨论第二轮融资，以将该设备推向市场。这家初创公司希望筹集 1000 万欧元。

全球首款单芯片MEMS扬声器宣布量产

近日，初创公司xMEMS Labs宣布，公司研发的世界上第一款单片 MEMS 微型扬声器 Montara正是量产。据他们介绍，Montara 与世界领先的半导体代工厂台积电密切合作，已通过所有要求的性能和可靠性认证。

据介绍，xMEMS 的 Montara 是世界上第一款单片 MEMS 扬声器，在硅中实现了驱动和振膜，从而在频率响应和相位方面实现了无与伦比的部件间一致性。Montara 的快速机械响应导致业界最低的群延迟和相移。对于制造商而言，这些特性减少了校准和扬声器匹配。

得益于其1 毫米外形、SMT 就绪封装和 IP58 防尘/防水等级的设计，该芯片极大程度地简化了系统设计、集成和组装。Montara 符合 IEC 和更严格的 JEDEC 标准，以提高质量和可靠性。消费者将受益于令人惊叹的空间音频体验、增强的音频保真度以及更高的清晰度和细节水平，以及防水耳塞。

在过去的几年里，半导体制造变得更加普遍和容易获得，MEMS（微机电系统）技术现在已经发展到我们可以设计出具有与传统动态驱动器或平衡电枢单元根本不同特性的扬声器。

xMEMS是一家新成立的公司，成立于2017年，总部位于加州圣克拉拉，在台湾设有分公司。到目前为止，该公司一直处于隐身模式，直到今天才公开发布任何产品。据悉，该公司的动机是利用创始人多年来在不同MEMS设计公司积累的丰富经验，打破数十年来的扬声器技术壁垒，用全新的创新纯硅解决方案重塑声音。

xMEMS纯硅扬声器的制造与传统扬声器的制造有很大不同。扬声器本质上只是一个单片，通过典型的光刻制造工艺制造，就像其他硅芯片的设计一样。由于这种单片设计方面的原因，与音圈设计相比，生产线的复杂性大大降低，因为音圈设计需要大量精密组装，需要数千名工厂工人。

该公司不想透露该设计的实际工艺节点，但他们只确认了这是一项200mm晶圆技术。除了制造线的简化，MEMS扬声器光刻方面的另一大优势是其制造精度和重复性明显优于变化较大的音圈设计。机械方面的设计也有关键的优势，例如更高的膜运动一致性，可以实现更高的响应性和更低的THD的主动降噪。

xMEMS的Montara设计采用8.4 x 6.06 mm的硅模（50.9mm²），有6个所谓的扬声器 "单元"，即在整个芯片上重复出现的单个扬声器MEMS元件。扬声器的频率响应覆盖了从10Hz到20KHz的全部范围，这是目前的动态驱动器或平衡电枢驱动器所存在的问题，也是为什么我们看到采用多个这样的扬声器来覆盖频率范围的不同部分。

据称，这种设计具有极好的失真特性，能够与平面磁性设计相媲美，并承诺在200Hz-20KHz范围内仅有0.5%的THD。由于这些扬声器是电容式压电驱动而非电流驱动，因此能够将功耗降低到典型音圈驱动器的零头，仅使用42µW的功率。

尺寸也是新技术的一个关键优势。目前xMEMS正在生产一种标准封装方案，声音垂直地从封装中传出，其占地面积为上述的8.4×6.05×0.985mm，但我们还将看到一种侧面发射的方案，它具有相同的尺寸，然而允许制造商更好地管理内部耳机设计和组件定位。