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世界上第一款单片 MEMS 扬声器实现量产,它有什么“黑科技”?

2021-10-13 21:22:05来源:半导体行业观察,电子产品世界收藏

2021年10月13日消息,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正式量产。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。

xMEMS 的 Montara 有什么“黑科技”?

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。

世界上第一款单片 MEMS 扬声器实现量产,它有什么“黑科技”?

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。

英华达推出泫音TR-X,采用世界首款单芯片MEMS扬声器

英华达所推出的泫音TR-X是世界首款运用xMEMS Montara单芯片MEMS扬声器并搭配Aptos压电音频驱动IC的真无线蓝牙耳机。Montara助力TR-X展现出令人惊艳的空间音频性能,以及全新级别的中/高音清晰度与临场感。自2022年3月起,消费者将可在网上购买这款全新的TR-X耳机。

世界上第一款单片 MEMS 扬声器实现量产,它有什么“黑科技”?

xMEMS的Montara是世界首款单芯片MEMS扬声器,利用硅芯片同时实现驱动与振膜,使每个元器件的频率响应和相位一致性上达到了无与伦比的水平。Montara快速的机械反应带来了业界超低的群延迟与相位偏移。

对制造业者来说,这些特性可减少校准与扬声器配对。薄度仅1 mm、SMT-ready封装和IP58等级的防尘/防水功能更可简化系统设计、整合与组装。Montara符合IEC(国际电工技术委员会)和更严格的JEDEC(固态技术协会)标准,以提升质量与可靠度。消费者将受惠于令人惊艳的空间音频体验,享受更高层次的音乐清晰度与细腻度、并兼具防水功能的耳机。

xMEMS共同创始人兼首席执行官姜正耀表示:“我们很高兴有台积电作为策略性的晶圆代工伙伴,并重视以协作来把我们的TRUE MEMS扬声器和他们先进的MEMS(微机电系统)技术加以商业化。我们也很感谢英华达成为关键制造伙伴,以及将MEMS视为扬声器未来趋势的远见。我们期待与许多的OEM伙伴联手建立起新时代扬声器的成功设计。”

台积电北美现场技术解决方案部门资深总监Paul Rousseau博士表示:“台积电乐见我们与xMEMS密切合作的成果,通过我们的MEMS技术来推出这款世界首款单芯片扬声器。台积电长久以来持续与业界创新者携手扩展MEMS的应用,从传统的动作感测到麦克风、生物感测、微型扬声器,以及医疗超音波致动器。我们会继续致力于发展更先进的MEMS技术,使客户能为新的应用创造出新产品,并把产品创新迅速推向市场。”

英华达总经理何代水表示:“英华达是许多TWS耳机创新业者的关键制造伙伴,我们也很自豪身为新技术的早期采用者,例如使我们保持领先的MEMS扬声器。从泫音TR-X开始,我们正创造出新颖的耳戴式产品,以独特而优异的音质来满足目前与未来的空间音频应用,也同时利用xMEMS的技术提升制造能力。”

关于xMEMS

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。