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MEMS麦克风产业蓬勃发展,微型精密电子零部件受益匪浅

2021-09-30 22:09:36

继智能手机之后,智能音箱和TWS耳机助推MEMS麦克风市场

自从MEMS麦克风首次亮相以来,该市场保持较快的增长势头。根据麦姆斯咨询统计数据显示,MEMS麦克风市场规模从2010年的15.9亿元人民币增长到2019年的86.8亿元人民币,复合年增长率高达20.75%。过去,全球庞大的智能手机出货量,加速了MEMS麦克风市场飙升,因此智能手机成为“第一大功臣”。因为MEMS麦克风是智能手机的标准配置,一些高端智能手机甚至使用3~4颗MEMS麦克风:一颗用于语音采集,一颗或两颗用于噪声消除,一颗用于改善语音识别。如今,基于语音的虚拟个人助理成为音频行业(包括音频IC、MEMS麦克风和扬声器)的主要驱动力,全球各大科技公司都参与竞争,例如苹果(Apple)的Siri、亚马逊(Amazon)的Alexa、谷歌(Google)的Google Assistant、微软(Microsoft)的Cortana。该新兴应用的一个有趣特性是它可以在各种系统中“植入”,除了智能手机,还包括智能音箱、智能手表、真无线立体声(TWS)耳机、汽车、智能电视和遥控器等,甚至出现了带有语音识别功能的垃圾桶。

近年来,随着亚马逊推出智能音箱Echo系列产品之后,正式引爆智慧语音市场,谷歌、京东及阿里巴巴相继推出以自家语音助理打造的智能音箱,苹果也推出以语音助理Siri打造的智能音箱HomePod。根据产品设计和价格定位,一台智能音箱的MEMS麦克风搭载量可达2~8颗,形成麦克风阵列。智能音箱中的MEMS麦克风出货量正经历约10%的复合年增长率,因此智能音箱成为“第二大功臣”。2016年9月,随着苹果AirPods发布,引发了TWS耳机浪潮。后续发布的AirPods 2语音唤醒功能和AirPods Pro主动降噪功能广受关注,将每只TWS耳机的MEMS麦克风搭载数量提升至2~3颗(一副TWS耳机的MEMS麦克风数量则达4~6颗),被视为继智能手机、智能音箱之后,为MEMS麦克风市场注入强劲增长动力的“第三大功臣”,预计TWS耳机中的MEMS麦克风出货量的复合年增长率高达30%。

楼氏电子依然领先,但中国MEMS麦克风厂商紧追不舍2010~2019年全球MEMS麦克风市场规模(来源:麦姆斯咨询)(注:美元兑换人民币汇率按照1美元=7人民币计算)

根据麦姆斯咨询统计数据显示,2019年,在全球MEMS麦克风市场中,楼氏电子(Knowles)、$歌尔股份(SZ002241)$(Goertek)、$瑞声科技(02018)$(AAC)、意法半导体(STMicroelectronics)、敏芯股份(MEMSensing)、$共达电声(SZ002655)$(Gettop)是主要的参与者,六大厂商的合计市场份额超过85%。


楼氏电子、歌尔股份和瑞声科技等国际品牌厂商主要在高端市场竞争,典型客户如苹果、三星等;而以敏芯股份和共达电声为代表的数十家国内厂商正在快速成长,在中低端市场中激烈拼杀。虽然楼氏电子依然领先,但是面对中国MEMS麦克风厂商的紧追不舍,显得力不从心。四大中国厂商(歌尔股份、瑞声科技、共达电声、敏芯股份)合计市场份额高达48%,几乎占据全球市场的半壁江山!并且,歌尔股份和瑞声科技也不仅仅购买英飞凌的裸片,自研芯片已经进入大批量生产阶段,技术实力大大提升。2019年全球领先的MEMS麦克风厂商市场份额(按照营收统计)(来源:麦姆斯咨询)


此外,由于智能音箱、TWS耳机等新兴市场蓬勃发展,吸引众多中国厂商加入MEMS麦克风“战局”,既包括创业型MEMS厂商,如华景传感、明皜传感、深迪半导体、通用微,也包括传统型集成电路厂商,如士兰微、韦尔股份,还有立讯精密投资中国台湾MEMS麦克风厂商美律(Merry)。2017~2019年全球领先的MEMS麦克风厂商营收(来源:麦姆斯咨询)(注:以上为MEMS麦克风业务营收,美元兑换人民币汇率按照1美元=7人民币计算)

MEMS麦克风为中国精密制造产业带来发展机遇

MEMS产品是指尺寸在毫米级甚至微米级的微型机电装置,主要分为微型传感器(如MEMS麦克风和压力传感器)和微型执行器(如MEMS扬声器)两大类。由于MEMS尺寸微小,用于生产MEMS产品的零部件通常也相对较小,一般仅为几毫米,因此MEMS产品对零部件的加工精密度要求非常高。根据功能和作用的不同,应用于MEMS产品的常见微型精密电子零部件主要包括屏蔽罩或其它结构件。屏蔽罩是精密电子产品上的一种微型金属壳体,通过自身的屏蔽体将电子元器件、电路、组合件、电线电缆或整个电子系统保护起来,防止外界的干扰电磁场及热能向壳体内扩散,从而达到屏蔽各种外部电磁及热源的功效。


MEMS麦克风的屏蔽罩


最早将微型精密制造技术应用于MEMS产品的是欧美日精密制造厂商,国内仅有少数技术水平较高、生产规模较大、国际化程度较好的精密制造企业具备参与国际竞争,并进入国际顶尖MEMS厂商的供应体系。在MEMS麦克风领域,当前主要厂商的成品封测基地大多位于中国,这给我国精密制造产业带来了发展机遇。目前,专注于MEMS麦克风领域的微型精密电子零部件供应商有:楼氏电子(马来西亚工厂)、和林科技(苏州)、瑞声科技(常州工厂)、裕元电子(潍坊)、银河机械(潍坊),此外还有一些综合性精密制造企业(如Interplex)也有参与。压力传感器的防水防尘屏蔽罩


总体上,从事微型精密电子零部件生产的领先厂商主要集中在欧美日韩等发达工业化国家,一方面是由于上述国家或地区该行业发展较早,另一方面是由于处于行业下游的高端产品厂商以及终端品牌厂商也主要集中在上述地区,例如世界上第一颗MEMS麦克风屏蔽罩由美国企业生产。但是,近些年,随着中国MEMS麦克风产业的蓬勃发展,国内精密电子零部件企业纷纷瞄准这一发展机遇,并逐步发展壮大,典型供应商包括和林科技(苏州)、裕元电子(潍坊)、银河机械(潍坊)等。同时,欧美企业也将相关工厂设在中国及东南亚地区。在MEMS麦克风的屏蔽罩环节,楼氏电子(马来西亚工厂)仍处于领先地位,单台设备最大每日产出量可达200万件以上。从2019年的出货量来看,其占据MEMS麦克风的屏蔽罩市场份额约为32%。2017~2019年MEMS麦克风领域的微型精密电子零部件供应商出货量(来源:麦姆斯咨询)

从竞争激烈程度来看,在高端微型精密电子零部件市场中,大部分企业专注于其擅长的某一个或少数几个领域内的产品,主要在产品品质、加工精度、技术和研发能力以及服务质量等方面展开竞争,且通常拥有自己的核心客户。这主要由于不同领域对微型精密电子零部件的需求差异较大,使得专注于不同领域的精密制造企业在产品和技术方向上也有较大的差异,从而在行业内形成了因下游领域不同而产生的行业壁垒。未来,随着终端产品的数量种类以及应用场景的不断增多,由下游应用领域造成的微型精密电子零部件差异化需求将进一步扩大,规模不大的单个精密制造企业难以同时应对各种差异化产品之间不同的需求,将根据自身的条件和竞争优势而选择某个特定的下游行业发展。

新的发展趋势:防水防尘、新材料、组合传感……

MEMS技术日新月异地发展,终端应用领域也不断地延伸。各种工作环境对MEMS产品有不同的要求,目前较为常见的是对智能终端设备的水下应用以及防尘和耐摔强度的需求,以水下应用为例,它促使MEMS厂商推出防水麦克风、防水压力传感器等产品;此外,随着5G技术的落地,高频高热也将成为未来MEMS产品的重要工作环境。所以,MEMS芯片及精密电子零部件需要与时俱进,以适应环境或场景的变化。

Vesper推出的防水防尘麦克风

意法半导体推出的防水压力传感器LPS33HW

在微型精密电子零部件制造领域,目前使用较多仍是以金属为主要原材料的产品。但随着新材料技术的发展,在抗压和拉伸强度、耐热耐高温性以及传导性等方面更具优势的新型复合材料、聚合物材料等已经开始表现出了较好的商业化潜力,各家大型厂商和主要研究机构均已开展对相关课题的研究。未来,随着新材料相关领域的研究取得突破,微型精密电子零部件制造行业将会迎来技术变革。

当前,MEMS产业正向多传感器(现有的和新兴的传感器)集成方向前进,因此,单颗MEMS产品中的MEMS芯片及其它元器件会越来越多,例如歌尔股份曾经推出“麦克风+压力传感器”二合一产品。为了迎合产品高集成度的发展趋势,MEMS行业内厂商必须具备较强的研发设计和生产加工能力。

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