MEMS扬声器是一种将电信号转变为声信号的微型换能器，其核心组件（例如执行器/驱动器、振膜、热声膜等）利用MEMS技术在半导体材料上制造而成。MEMS扬声器工作原理主要有四种：压电式、电动式、静电式、热声式。

MEMS扬声器工作原理示意图

MEMS扬声器可以通过全自动化生产线制造，而平衡电枢式扬声器需要手工组装。相比平衡电枢式扬声器，MEMS扬声器尺寸较小，占用系统PCB板的空间更少，从而有利于系统集成商添加更多传感器以实现更多功能，或者采用更大容量的电池以提升系统的运行时间。此外，MEMS扬声器还具有低成本、低功耗、高可靠性、易于集成等优点。

据麦姆斯咨询介绍，近些年，随着以USound、xMEMS为代表的MEMS扬声器创业公司不断打磨技术能力并完善产业链，多款MEMS扬声器新产品应运而生并逐步渗透至可穿戴设备（例如TWS耳机、AR/VR眼镜、非处方助听器）及便携式设备，以取代平衡电枢式扬声器等传统扬声器。目前，压电式MEMS扬声器的产业化进展最快。

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典型的MEMS扬声器公司

根据USound的市场预测：从2023年起，MEMS扬声器市场将一路走高；从2024年起，平衡电枢式扬声器市场份额将明显减少。预计到2025年，MEMS扬声器将在TWS耳机领域中占据50%的市场份额。这种快速增长源于可穿戴设备的小型化发展趋势，以及消费电子市场对元器件的微型化、低成本、低功耗的需求。

2022年4月底，全球MEMS龙头企业博世（Bosch）宣布收购静电式MEMS扬声器创业公司Arioso Systems。这为博世MEMS产品组合带来扩充，也为MEMS扬声器市场注入了一剂强心针。

为了深入学习MEMS扬声器研发历史及技术现状，麦姆斯咨询对MEMS扬声器期刊文献进行检索和分析，并由此透视全球MEMS扬声器领域的技术布局及国家与地区研发实力，挖掘MEMS扬声器领域的优势科研机构及专家学者，从而为MEMS扬声器相关从业人员的技术调研、产品创新、产学研合作提供有意义的参考资料。本报告超过130页PPT，提供一份Excel期刊文献数据库，其中包含涉及MEMS扬声器的89篇英文期刊文献和7篇中文期刊文献数据库。这份期刊文献数据库支持多字段检索，包括作者、所属机构、出版年份、文献篇名、关键词、摘要、被引次数、期刊名称、卷期号、页码。

科学研究趋势及方向

根据麦姆斯咨询统计与分析，MEMS扬声器英文期刊文献年度发文量可分为两个发展阶段：1996-2008年：处于萌芽期，年发文数量在3篇以下。2009-2021年：处于振荡发展期，年发文数量高点达到10篇。在89篇英文期刊文献中，MEMS芯片设计、制造方法、封装设计和（或）封装方法、综述的发文量（篇）依次为82、42、1、3（注：一篇期刊文献可能涉及多个产业链环节）。可见，MEMS扬声器研究领域主要集中在MEMS芯片设计和制造方法环节。

按照工作原理分类分析，压电式、电动式、静电式、热声式、综述的发文量（篇）依次为28、16、12、27、3（注：一篇期刊文献可能涉及多种工作原理）。在此基础上，麦姆斯咨询分析获得近五年MEMS扬声器领域的全球主要机构研究方向（如下表所示），这有助于MEMS扬声器公司寻找合适的科研机构进行产学研合作及成果转化，保持其产品及技术的领先性。

国家与地区研发实力

根据麦姆斯咨询检索与分析，MEMS扬声器英文期刊文献的发文量主要集中在东亚地区（韩中）、欧洲（百花齐放）和美国。在期刊文献质量方面：（1）中国的篇均被引次数为32.95（排名第一），美国、韩国在20以上；（2）美国的MEMS扬声器领域H指数为12，处于领先地位，表明美国的高被引文献数量领先全球，韩国和中国分列第二、三位。

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主要国家与地区的MEMS扬声器英文期刊文献发文量（来源：麦姆斯咨询）

麦姆斯咨询从“发文量、文献质量、作者影响力、科研机构实力、国家支持力度”五项指标对主要国家与地区的学术实力进行分析。其中，中国对MEMS扬声器领域的支持力度（中国国家自然科学基金会资助的发文量占中国发文量的57.14%）最大，韩国、中国、美国三者在MEMS扬声器领域的学术实力接近并且处于全球领先地位。

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MEMS扬声器领域韩、中、美国学术实力对比（来源：麦姆斯咨询）

领先的科研机构

在MEMS扬声器领域发文量≥3篇的机构包括：清华大学（中国）、巴黎第十一大学（法国）、曼恩大学（法国）、韩国电子通信研究院（韩国）、国立忠州大学（韩国）、加利福尼亚大学伯克利分校（美国）、韩国科学技术院（韩国）、弗劳恩霍夫光子微系统研究所（德国）、勃兰登堡工业大学（德国）、慕尼黑工业大学（德国）、南京邮电大学（中国）、莫德纳和勒佐艾米利亚大学（意大利）、浦项科技大学（韩国）、南加利福尼亚大学（美国）。其中，韩国拥有3家机构，德国拥有3家机构。

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MEMS扬声器英文期刊文献的主要作者所属科研机构的发文量（来源：麦姆斯咨询）

根据麦姆斯咨询对期刊文献质量的研究发现，清华大学、加利福尼亚大学伯克利分校在被引次数、篇均被引次数、MEMS扬声器领域H指数方面处于领先，表明它们具有很强的科研实力。

市面上的先进产品

1、可应用于耳机、智能眼镜的MEMS扬声器

近日，xMEMS实验室推出了一款极具拓展性的单芯片MEMS压电驱动高音扬声器Tomales。xMEMS的MEMS扬声器技术主要是基于压电MEMS材料的逆压电效应实现的，其工作原理是通过向压电MEMS施加电压，当压电MEMS接收到电信号时，硅膜会将传输过来的电能转化为机械能，做膨胀、收缩运动并产生声波。xMEMS的压电MEMS与传统的扬声器相比，xMEMS硅膜的机械运动幅度更大，能够产生更洪亮的音频效果。

革命性产品终落地：低功耗、小尺寸的MEMS扬声器进入市场

图源：xMEMS

Tomales是一款可实现多应用场景的单片MEMS高音扬声器，据xMEMS表示，Tomales采用的是单芯片的架构，该结构的优势在于将驱动与振膜集成在了同一硅片上，高度集成化有助于提高各器件响应频率的一致性，改善非稳态噪声的ANC带宽，并减少了产品生产过程中匹配与校准的时间。该架构的使用去除了传统扬声器弹簧和悬架恢复的过程，不仅极大程度还原了原音频的音质，还提升了用户的使用体验。

同时，这款MEMS扬声器还采用IP58防尘/防水的设计，以及6.05 x 8.4 x 1.15mm LGA封装，进一步降低了扬声器布局的难度和设备与扬声器的空间占比，极小的产品体积非常适用于耳机、智能眼镜、AR/VR等内部空间狭小且具有指定音频朝向的设备中应用。

在产品性能方面，据xMEMS表示，Tomales采用了自家独有的第二代 M2 扬声器单元架构，并对该架构进行了优化，实现小扬声器大声压的效果，在距离Tomales 3厘米处进行分贝测试实验中，当工作频率为2kHz时，分贝测试结果为75dB。当工作频率为4kHz时，分贝测试结果为90dB。当工作频率为10kHz时，分贝测试结果为108dB。不同工作频率产生的声场效果，均能满足一般产品应用的需求。目前该新品还处于样品阶段，预计将会于2022年实现量产，不过该公司的Montara MEMS扬声器已经实现量产，并已率先用于泫音旗舰TR-X TWS入耳式耳机。

2、纳米静电驱动MEMS扬声器

据外媒报道，弗劳恩霍夫光学微系统研究院，于去年10月成功研发了一种采用纳米静电驱动技术的MEMS微型扬声器，据介绍该扬声器有100%的硅材料制成，就连扬声器的发声振膜也由硅晶圆薄片制成的弯曲带取代，仅从使用的原材料就可以看出这款MEMS微型扬声器极具成本优势。

革命性产品终落地：低功耗、小尺寸的MEMS扬声器进入市场

图源：devicemed

该扬声器主要是通过纳米静电驱动技术在硅芯片内发声的，利用芯片在蚀刻时会产生极小的电极间隙，通过这一电极隙间产生的高静电力来驱动弯曲带在腔室内产生弯曲运动。当腔室内的弯曲带在做弯曲运动时，产生的振动会将空气从腔室内顶出，并产出声响。该扬声器能够在仅有10mm2的有效芯片面积上发出高达120dB的声压（置换空气量约为0.5 mm3即可）。

同时，该扬声器的弯曲带还可以根据不同应用的频率范围，进行布局与优化。若想增加扬声器的声压等级，还可在晶圆生产阶段通过增加晶圆的厚度实现。

据介绍，这款MEMS微型扬声器能够实现20Hz至20kHz的大音频范围覆盖，具有体积小、重量轻、功耗低和拓展性强等特点，可满足TWS耳机、助听器等小型化产品的应用。

3、高分贝的微型MEMS扬声器

Arioso Systems开发了一种新颖的声学换能器，采用的是一种创新的高能效声学换能器原理。与传统扬声器不同，这款新型MEMS声学换能器没有采用传统的振膜技术，而是利用多组长短不同的弯曲膜片执行器组成芯片腔体。

通过垂直定向的膜片在硅芯片内横向移动，挤压封闭空间内气体从而产生声音。从而实现在10平方毫米的有效区域内产生高达120分贝声压级（SPL）的更加微小的MEMS扬声器。

得益于全硅MEMS静电驱动和极低的电容，Arioso Systems技术可以为高要求的耳戴式设备（如TWS耳机）以及其他可穿戴设备中的新型传感器应用节省电量。

来源：麦姆斯咨询王懿，电子发烧友，我爱音频网