MEMS麦克风新浪潮——Vesper压电MEMS麦克风

微访谈：Vesper⾸席执⾏官Matt Crowley和⾸席技术官Bobby Littrell

消费类市场带来的巨⼤市场机遇，使麦克风产业⽐过去任何时候都更加重要。Yole Développement（以下简称YD）有幸采访了Vesper⾸席执⾏官Matt Crowley和⾸席技术官Bobby Littrell，Vesper是⾸家提供经过市场检验的压电MEMS麦克风公司，其产品⼴泛应⽤于智能⼿机等其它互联设备。YD在其最新的产业报告中，预测压电麦克风技术将在未来⼏年获得稳定发展，尤其是在智能⼿机领域。

事实上，Vesper的压电MEMS麦克风产品是唯⼀能够经受⽔、尘和颗粒物污染的MEMS麦克风，它们能够为智能⼿机、可穿戴、物联⽹设备以及互联⽹汽车等⼏乎所有的应⽤，提供极⾼的性能和丰富的声学体验。参考Knowmade 和System Plus在它们的报告中的分析，现在的MEMS麦克风产品共⽤了许多相似的技术（意味着各⼚商间，存在显著的专利争议），Vesper则带来了具备新性能特性的新型MEMS麦克风设计。

乳胶片我们采访了Matt Crowley 和 Bobby Littrell，请他们分析了Vesper的技术，并探讨了这些技术将如何改变未来的MEMS 麦克风应⽤和市场。

2013~2021年，⼿机和平板电脑中的MEMS麦克风由电容式向压电式转变的趋势

照明母线

YD：请为我们介绍⼀下Vesper及其现在的运营情况。

Matt Crowley（以下简称MC）：Vesper是⼀家于2010年从密西根⼤学独⽴出来的初创公司，其总部位于美国波⼠顿，专长于压电MEMS麦克风技术。我们的市场策略是尽快地使产品进⼊市场。我们的⾸款产品VM1000，⽤了约两年时间进⼊市场。这对于⼀种全新的MEMS麦克风技术来说，这已经⾮常快了。这款VM1000产品，我们正处于⼩批量量产中，上个⽉，我们为客户发出了⾸批10万颗MEMS麦克风，⼤部分发往中国和。现在，我们也为⼀些亚洲公司提供我们的技术，它们将我们的MEMS麦克风设计进⼊⽿塞式⽿机、⽆需⼿持的蓝⽛系统以及防⽔相机等应⽤中。今年，我们计划发布新款VM2000 MEMS麦克风，⼀款差分输出器件，它具有更好的RF抗⼲扰能⼒和较⾼的声学过载点。我们正处于从研发型企业向⽣产型企业转型的快速发展阶段。

延伸阅读：

据麦姆斯咨询报道，中国电声产品领先供应商⼭东潍坊新港电⼦有限公司近⽇宣布，与先进声学传感技术设计商Vesper 公司建⽴合作关系，共同推进智能⼿机、可穿戴设备和物联⽹器件应⽤的压电式MEMS麦克风的商业化。

YD：压电MEMS麦克风相对电容技术有哪些优势？

Bobby Littrell（以下简称BL）：压电技术的主要优势是对于各种环境的坚固耐久性。相⽐电容技术，随着时间的性能降低将不再是问题，因为压电MEMS麦克风没有对微尘敏感的微型电容间隙。在电容式MEMS麦克风中，如果在振膜和背板之间有了颗粒物污染，将会改变电容麦克风的性能。事实上，⾃2009年开始，我们就将⼀颗压电MEMS麦克风暴露于环境中进⾏测试，⾄今，它还能保持与当时制造时⼀致的灵敏度。压电MEMS麦克风的另⼀个优势是更好的信噪⽐。⽬前，我们的组件与已经商业化的电容式MEMS麦克风在性能上不相上下。因为我们没有电容式麦克风所具有的主要设计限制，因此，我们相信接下来我们能够相⽐电容技术获得更好的信噪⽐。我们已经到了我们需要改善的因素，并制造出信噪⽐达到68dB的原型样品，我们相信通过已知的⽅法，可以获得超过75dB的信噪⽐，理论上甚⾄可以超过80dB。

YD：信噪⽐对于⾼级语⾳控制系统有多重要？

MC：客户告诉我们，麦克风的信噪⽐仍是他们系统的瓶颈。⽬前使⽤的算法⾮常复杂，如果我们能够提供更好的数据，这些算法将会变得更加有效。客户告诉我们，麦克风需要达到90dB的信噪⽐，在达到该信噪⽐之前都不会再有更多的利润可⾔。所以，我们还有很长的路要⾛。为了达到这个⽬标，应美盛（InvenSense）开发了⼀款电容式麦克风，其信噪⽐达到了70dB，是⽬前市场上信噪⽐最⾼的产品。但是，该麦克风的封装尺⼨⾮常⼤，它使⽤了4个MEMS 振膜。我们在讨论压电MEMS麦克风的信噪⽐时，我们讨论的是基于⼀个振膜的麦克风。它们利⽤4个振膜才能达到

70dB的信噪⽐，说明这可能已经是电容技术的极限了。

YD：压电MEMS麦克风还可以⽤于哪些新应⽤？订舱系统

BL：我们相信在未来的⼗年内，语⾳交互将成为消费者家居内互联⽹和器件的主要交互接⼝。为此，需要利⽤MEMS麦克风阵列，在70%到⼤于95%的环境噪⾳中实现精准的语⾳识别。压电MEMS麦克风可⽤于室内、户外、烟雾缭绕的厨房等所有环境，这对于⼤型语⾳控制及监控MEMS麦克风阵列来说是⾮常关键的特性，因为在这样的环境中，MEMS麦克风阵列的可靠性将会是主要问题。此外，电容式麦克风系统需要持续的监听类似“Alexa”或“Siri”等关键词，⽽压电式麦克风则没有电荷泵，具有⾮常短的启动时间。因此，在压电式MEMS麦克风处于“永久监听”（always listening）模式时，它们的⼯作循环周期⾮常快，能够降低90%的系统能耗。我们近期还发布了⼀款名为VM1010的新款麦克风，它能够利⽤压电元件⾃⾝产⽣的能源启动麦克风。这款麦克风将成为全球⾸款静态传感MEMS器件。未来，⼈们将希望在器件中应⽤更多的MEMS传感器，⽽极低的功耗将成为其必要条件。利⽤我们的新款静态传感麦克风，实现唤醒和监听声⾳功能时，仅需要消耗3µA的电能。这⽐电池⾃然放电的能耗还要低很多。⽽⼀旦我们实现了⽆功耗语⾳传感，那将打开许多新的应⽤之门。由此，我们可以实现远程语⾳控制、电池供电的⾳控智能扬声器、⾳控车库门开启、喷淋器、烟雾探测器、恒温调节器等所有家居⽆功耗应⽤。

延伸阅读：

据麦姆斯咨询报道，苏州敏芯微电⼦技术有限公司研发的低功耗的多模式（Multi-Mode）数字I2S输出MEMS麦克风芯⽚，内置完整的24位I2S⾳频接⼝，⽆须额外添加Codec，可直接与DSP或MCU实现全数字化信号连接。可帮助⾳频系统设计师显著降低信号链设计复杂度并降低系统整体成本。在系统体积、成本、功耗和抗⼲扰性⽅⾯都具有极⼤的优势。

YD：所以，你们已经和瑞声科技建⽴了合作，您能介绍⼀下你们之间的合作关系吗？

MC：瑞声科技是全球最⼤的MEMS麦克风供应商之⼀，并在2014年投资了我们公司，是我们⾮常好的合作伙伴。我们销售MEMS和ASIC晶圆，瑞声科技和我们合作将差异化的产品推向市场。瑞声科技和Vesper实现了完美的互

补，Vesper擅长创新的设计和市场运作，⽽瑞声科技在规模量产、封装和测试领域⾮常专业。瑞声科技在质量、客户销售和⽀持⽅⾯也具有丰富的资源。我们和瑞声科技之间的合作并⾮排他性的合作关系，尽管瑞声科技是我们最⼤的合作伙伴，我们还和其它⼀些公司建⽴了合作，如规模略⼩的亚洲封装企业。

YD：贵司如何避免⽬前MEMS市场量⼤价低的商业化悖论？很多其它MEMS传感器都处于这样的悖论漩涡之中。MC：如果有三家公司能够制造⼀种物品，那这种物品就会成为商品，除⾮客户并不认为该物品有价值。如果我们纵观所有MEMS传感器，MEMS麦克风在商业化悖论中的表现，似乎相⽐其它传感器要好。

⼈类感知外部世界的途径

MEMS麦克风产业总能不断地提⾼新产品的性能，同时维持合理的价格，与此同时，⽼产品将逐渐失去其市场价值。此外，每部智能⼿机集成的MEMS麦克风数量也在逐渐增加。对于惯性传感器、振荡器和压⼒传感器，每部⼿机的集成数量实际上在逐步减少，或者都集成到⼀个组合传感器中。因为智能⼿机市场要求每部⼿机集成多个MEMS麦克风，所以我们认为智能⼿机中MEMS麦克风的商业模式应该和FBAR（薄膜体声谐振器）RF滤波器的商业模式很相似。⼿机中

我们认为智能⼿机中MEMS麦克风的商业模式应该和FBAR（薄膜体声谐振器）RF滤波器的商业模式很相似。⼿机中FBAR RF滤波器的集成数量逐渐增加，FBAR制造商能够使其产品保持不错的价格和差异性，并且，能够提供FBAR RF滤波器的供应商也确实不多。同样的，压电MEMS麦克风因其独⼀⽆⼆的特性（如零功耗唤醒功能），以及我们强⼤的专利布局，使得我们成为⽬前唯⼀能够供应这种产品的供应商。我们还计划尽快提⾼产品的信噪⽐，使其达到其它供应商⽆法企及的⾼度。未来，我

们甚⾄可以利⽤压电技术某些独⼀⽆⼆的特性来制造智能麦克风。例如，利⽤其静态传感能⼒，可以将我们的麦克风产品嵌⼊到智能门中，因为我们的麦克风产品功耗很低，可以数年才更换⼀次电池。然后，将我们的压电MEMS麦克风结合相应的语⾳验证算法，利⽤许多很酷的软件，就可以实现⾮常安全的门禁密码系统，这将是⾮常棒的解决⽅案。当然，这必须利⽤压电MEMS元件才能够实现。因为我们还是个⼩型公司，所以我们⽬前还没有涉⾜软件开发。我们需要更专注，但这些发展⽅向是我们未来避免MEMS商业化悖论的有效途径。

麦克风产业会⾛图像传感器产业的⽼路吗？

YD：你们的压电MEMS麦克风在⼤规模量产时⾯临什么挑战？

BL：幸运地是，我们⽬前在⾼品质薄膜沉积⽅⾯还没有遇到太多的问题，尤其是对于我们想要获得的薄膜厚度。随着进⼀步发展，我们将在压电薄膜中尝试掺杂等技术⼿段，以获得更⾼的耦合系数来提⾼产品性能，并在降低薄膜厚度的同时保持薄膜的⾼品质。

MC：⽬前，⼤多数⼈还不是很了解的⼀个重要问题是，压电MEMS 技术也按照⼀种摩尔定律发展，即如果将压电薄膜的厚度减半，其产品尺⼨也将减半。我们认为在相当长的⼀段时间内，⼀旦压电技术开始起飞，⽽产业发展相对落后，⼈们将看到市场对压电传感器需求的上升及其技术的飞速发展，这和过去数⼗年电⼦产业的发展很相似，我们将看到产业的良性循环，即设备供应商投资更多的资⾦

⽤于⽣产制造，获取收益，然后它们可以制造更好的器件。

YD：你们和GlobalFoundries（格罗⽅德）合作⽣产你们的压电MEMS麦克风，为什么你们会选择这家代⼯⼚合作？MC：我之前⼯作过的公司曾经和GlobalFoundries合作过，所以我们和GlobalFoundries关系不错，当然这只是⼀部分

原因，更重要的原因是它们对压电MEMS⼯艺经验丰富。GlobalFoundries还是全球第⼆⼤的代⼯⼚，因此它们的财务和运营能⼒，能够⽀撑⾮常⼤规模的应⽤需求。如果我们的市场⽬标是⼤规模智能⼿机应⽤，我们作为⼀家⼩公司，拥有全球第⼆⼤的纯代⼯⼚作为供应商，来保证可靠的产品供应，将对增强客户信⼼有很⼤帮助。

YD：您是否认为MEMS创新的领导者已经从美国转向了中国？

磁悬浮支架图片MC：我不这么认为，我仍然认为许多核⼼MEMS研究还是在美国。不过，中国在新技术应⽤和商业化⽅⾯，速度更快。因为中国市场是⼀个⾮常有竞争⼒且多样化的市场，所以它们更愿意承担风险来应⽤新技术。作为全球最⼤的市场之⼀，中国有许多不同的市场机遇，我们可以接触很多的⼈，我们和中国公司的合作很成功也很愉快。我认为在未来，我们将看到越来越多来⾃中国的创新技术，尤其是在MEMS和半导体领域。我们也看到中国政府在⽀持中国企业收购美国或欧洲MEMS和半导体专业公司的努⼒和帮助。但是，我不认为该领域的创新，已经全部转移到了中国。我更觉得中国、美国、

欧洲和⽇本等其它国家，已经逐渐成为⼀个技术市场。

YD：Vesper未来⼏个⽉及更长远的未来将如何发展？

MC：我们正在加紧⽣产，尽快使出货量达到1百万颗，同时签下更多的客户。我们的业务蒸蒸⽇上。我们希望不断推进压电MEMS技术向前发展，继续重⾦投⼊技术开发，不断发布新产品，并尽快地将后续产品推向市场，市场化速度甚⾄⽐我们创纪录的VM1000还要更快。长远来看，我们还将扩展开发其它MEMS器件，潜在的发展⽅向如开放腔体传感器节点，或智能⼿机等领域应⽤的暴露于环境中的传感器节点。我们相信利⽤压电技术可以整合许多专注于环境感知的传感器，例如集成到⼀颗芯⽚上的超声器件、麦克风、压⼒传感器和化学传感器。

受访者：