麦克风行业专题报告：MEMS麦克风_声学微型化趋势.docx

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1、麦克风行业专题报告：MEMS麦克风_声学微型化趋势1. MEMS麦克风：各有千秋MEMS麦克风已逐步取代驻极体麦克风： MEMS 麦克风是一种采用 MEMS 技术将声学信号转换为电学信号的声学传感器， 具有体积小、功耗低、一致性好、可靠性及抗干扰能力强等优势，MEMS 麦克 风近年来在智能手机和平板电脑等消费类电子产品中得到广泛应用，已逐步取代 驻极体麦克风。MEMS麦克风分类： MEMS麦克风可分为模拟信号MEMS麦克风、数字信号MEMS麦克风，也可以分 为电容式MEMS麦克风以及压电式MEMS麦克风。在麦克风封装中，换能器信号 先被送往前臵放大器，而这个放大器的首要功能是阻抗变换，接进音频

2、信号链时 将输出阻抗降低到更合适的值。麦克风的输出电路也是在这个前臵放大电路中实 现的。模拟信号MEMS麦克风： 模拟MEMS麦克风的输出阻抗典型值为几百欧姆。这个阻抗高于运放通常具有的 低输出阻抗。麦克风后面的低阻抗电路会衰减信号电平。例如，一些编解码器在 ADC之前有一个可编程的增益放大器(PGA)。在高增益设臵时，PGA的输入阻抗 可能只有几千欧姆。数字信号MEMS麦克风： 将模数转换功能从编解码器转移进了麦克风，从而实现了从麦克风到处理器的全 数字音频捕获通道。数字MEMS麦克风经常在模拟音频信号容易受到干扰的应用 中使用。这种拾取有害系统噪声的改进给设计中的麦克风布局提供了很大的灵活

3、 性。在只需要模拟音频接口来连接模拟麦克风的系统中数字麦克风也很有用。在只需 要音频捕获但不需要回放的系统中，像监控摄像机中，使用数字输出麦克风后就 不需要单独的编解码器或音频转换器了，麦克风可以直接连接数字处理器。好的 数字设计经验仍必须应用于数字麦克风的时钟和数字信号。20至100的小值 源端接电阻很有用，它能确保至少数英寸长的走线上有良好的数字信号完整性。 当使用更短的走线长度，或者以较低速率运行数字麦克风时钟时，麦克风引脚可 以直接连接到编解码器或DSP，不需要任何无源元件。电容式MEMS麦克风： 现在市场上大部分MEMS麦克风都使用电容技术来探测声音。电容式MEMS麦克 风的工作原理

4、是测量柔性膜片和固定背板之间的电容。声波带来的气压变化会导 致膜片发生位移。空气可穿过背板上的小孔，因此背板的位臵不会发生改变。在 膜片移动的过程中，膜片与固定背板之间距离会发生改变，最终导致两者之间电 容值的改变，这种电信号的变化可以被记录和分析。压电式MEMS麦克风： 全球首款压电MEMS麦克风VM1000由Vesper公司推出。作为业界首款压电 MEMS麦克风，VM1000是消费类产品中最坚固、最可靠的MEMS麦克风。它具 有防水，防尘，防颗粒和防震功能，因此您可以将其浸入水中，将其浸入灰尘中， 将其暴露在颗粒物中或将其掉落在地面上，并且可以正常工作。2. 产业链：海外领先，国内已有突破

5、MEMS 产业链一般由芯片设计企业、晶圆制造厂商、封装测试厂商和终端应用 企业构成。 芯片设计企业专注于 MEMS 芯片及其产品结构的设计，完成设计后交由第三方 晶圆厂生产制造出 MEMS 芯片，经过封装测试后实现向消费电子、汽车、医疗 和工控等应用领域客户的出货。在经营模式上，根据是否具备自主晶圆制造能力及封装测试产线，分为 IDM 模 式和 Fabless 模式。IDM 模式是指半导体企业能够独立完成芯片设计、晶圆制 造和封装测试等全部业务环节。该模式要求企业具备完整的产业链能力、较高的 资本投入，同时拥有自主研发能力和自行生产能力。Fabless 模式是指半导体企 业只从事芯片设计业务，

6、将晶圆制造、封装测试等环节分别委托给专业的晶圆厂 商和封测厂商完成。相较于 IDM 模式，Fabless 模式专注于产品设计，该模式 能够使企业集中资源专注于设计和研发。一般来说，公司产品的生产流程主要包括研发设计、晶圆制造、封装和测试四个 环节。 MEMS麦克风元件中包含集成芯片，此类芯片市场主要为国际公司所垄断，如英 飞凌、楼氏等。目前中国麦克风厂商大多从海外进口芯片，然后完成麦克风的组 装、测试等环节，仅有少数企业具备设计MEMS麦克风芯片的能力。在MEMS麦克风中，决定产品性能的关键核心芯片为MEMS麦克风芯片。该芯片 目前拥有两种主流架构模式，分别来自两大海外知名企业英飞凌和楼氏电子

7、。 英飞凌结构的主要特点为：正进音封装时，产品在低频平整，适应ANC等降噪 需求。背进音封装时，对异物不太敏感，但尺寸略大，成本偏高。楼氏架构的主要特点为：背进音封装时，产品高信噪比，尺寸小，成本低，但对 客户使用过程中异物较敏感。正进音封装时：产品成本低，低频衰减较大，只能 用于通话和被动降风噪场合。采用三层堆叠封装时，产品尺寸小，高信噪比，但 封装成本高。供给侧： 目前全球硅麦克风芯片的供应商包括两大类，即MEMS芯片供应商和MEMS产品 供应商。前者以英飞凌等半导体企业代表，后者以歌尔股份等声学模组企业为代 表。总体来看，市场格局中高端玩家较少，头部企业以服务苹果等消费电子龙头 企业为主

8、。在智能音箱、TWS耳机等新增需求开始较大幅度增长后，长尾市场 需求需要一些有能力提供优异性能产品的企业。 制约MEMS麦克风产品产量的主要因素为MEMS芯片MEMS麦克风产品环节。由于汽车、5G、数据中心等领域的持续增长，目前6/8 英寸的晶圆产品处于高度紧张状态。MEMS晶圆主要以8英寸晶圆产线为主，同 样受到一定程度的影响。在封测环节，由于MEMS产品的封装难度大于一般芯片， 环节更加复杂，故就国内而言能够提供专业化封测服务的企业较少，在高端产品 线更甚。 综上，从供给侧来看，未来MEMS麦克风产品的供应链侧的竞争也将更加激烈。 优质的产业链资源将长期被龙头企业占据，大量无产业资源的公司

9、将因为无产能 保障而失去竞争力。同时，终端客户也将把供应链的稳定程度作为选择MEMS麦 克风产品供应商的主要标准之一。3.需求推动：MEMS麦克风迎来多领域增长近年来，MEMS 麦克风是 MEMS 市场中增速最快的细分市场之一。 受益于下游应用领域的快速发展，MEMS 声学传感器成为了 MEMS 产品中市场份 额较大、增速较快的细分市场之一。2017 年以来，智能语音交互市场的火热也带动了国内 MEMS 麦克风市场规 模的快速增长。2018 年中国 MEMS 麦克风市场规模为 31.3 亿元，同比增速为 15.07%，预计 2021 年市场规模将进一步上升至 47.9 亿元，复合增长率超过 1

10、5%。随着 5G 商业化的不断推进和人工智能、物联网技术的快速发展，可穿戴设备、智 能家居等新兴应用领域不断涌现，而语音交互作为智能设备接收信息和指令的重要 方式，也推动了 MEMS 麦克风应用场景的不断拓展。智能手机：5G 有望提升手机销售增速，单部手机 MEMS 传感器数量不断增加随着电子产品智能化程度的提高，单部手机 MEMS 传感器数量不断增加。据敏芯 股份招股书援引Yole Development 的预测，单部智能手机的 MEMS 麦克风装机 量从 2010 年单个系统安装 2 颗，增加到了 2017 年最多安装 5 颗。单部智能手机 上安装的MEMS 传感器数量将会从 2014 年

11、的 12 颗上升到 2021 年的 20 颗，智能 手机对 MEMS 传感器的需求将进一步扩大。据歌尔微招股书援引Yole的数据，2020年智能手机领域 MEMS声学传感 器出货量为 33 亿颗，占比约为48.12%；预计2026 年出货量 增长至47亿颗，年均 复合增长率为 6.07%。 据歌尔微招股书援引IDC的数据，2021 年全球智能手机出货量将增长 7.4%，达到 13.7 亿台， 其中 5G 手机出货量将达到 5.7 亿台，同比增长 123.4%。 我国为全球智能手机生产制造重要基地之一，2020 年我国智能 手机出货量为 3.26 亿台，占全球出货量比重为 25.23%。此外国产

12、智能手机品牌市场 竞争力不断提升， 2020年全球前五大智能手机厂商中，我国厂商占据 3 席，分别为华为、 OPPO 和 vivo，出货量占比分别为 14.6%、11.4%和 8.6%。 我国智能手机行业的持续发展，为我国 MEMS 声学传感器行业的发展提供了广阔 的市场空间。近年来，由于智能手机渗透率逐渐上升，消费电子厂商尽管不断推出各方面的创新 升级，但对消费者换机意愿的刺激不足，以智能手机为代表的主流消费电子产品增 速逐渐放缓。 但据199it援引Counterpoint Research的中国手机型号销售数据追踪报告显示： 位于250-399美元区间的中高端智能手机所占市场份额在202

13、2年Q1同比增长了近 10%，占季度总销量的25.5%，较两年前的 16.9% 显著增长。所以我们认为手机 端硬件升级趋势仍旧是国产MEMS麦克风的一大动力。智能家居：通过物联网技术，构建智能家居生态圈随着人工智能技术的进步和语音识别准确性的提升，语音交互已经成为智能家居的 主要入口之一，而智能音箱就是目前人们通过语音交互的方式与智能家居产品进行 沟通的重要载体。由于在与智能家居产品远场语音交互过程中，用户往往处于一个 相对嘈杂的远距离场景中，所以一般需要多个 MEMS 麦克风组成的麦克风阵列来 完成远场拾音和降低噪音等功能，这就对智能家居产品中 MEMS麦克风的数量和 性能都有着较高的要求。

14、可穿戴设备：新的语音交互场景不断涌现，产品运用不断兴起（TWS耳机为主）据网易、中商产业研究院援引Counterpoint数据，全球TWS耳机出货量呈现增长 趋势，使用需求的增加使得TWS耳机出货量大幅提高。2022年第一季度，TWS出 货量呈现稳步增长，出货量达0.68亿台。 据我爱音频网数据，智能穿戴设备中智能手表、VR、AR的2021年全球出货量分别 是1.275亿块、1110万台、57万台。智能汽车：已成为全球汽车产品发展的战略方向，汽车将有望成为继 PC、手机 后下一个互联网入口。目前MEMS 声学传感器在汽车电子领域应用规模整体较小但具有较大的市场空间。 根据歌尔微招股书援引Yole 的数据，2018-2026 年全球汽车电子领域 MEMS 声学传感器出货量将从 0.37 亿颗增长至 1.85 亿颗，年均复合增长率为 22.42%，呈现快速上升的态势。报告节选：