MEMS扬声器专利申请态势分析

田珊

【摘 要】MEMS扬声器具有体积小、功耗低、成本低、易量产的优势，具有广阔的市场前景。本文统计了该技术相关专利的全球申请量和中国申请量，据此分析该技术在全球和中国的发展趋势;统计了该技术相关专利的国家和地区分布，分析该技术的重要目标国家和地区;统计得出该技术领域全球专利申请量排名前十位的申请人，并对申请人进行了分析比较;为我国相关申请人的技术发展和知识产权保护提供参考。

【关键词】MEMS;扬声器;专利

中图分类号： TN643 文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）23-0021-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.23.008

【Abstract】With the advantages of small size， low power consumption， low cost and easy production， MEMS loudspeakers have broad market prospects. This paper counts the number of global applications and Chinese applications for patents related to this technology， and then analyses the development trend of this technology in the world and China; counts the national and regional distribution of patents related to this technology， and analyses the important target countries and regions of this technology. Statistics show the top 10 applicants in the global patent application volume in this technology field， and the applicants are analyzed and compared. The paper provides reference for the technology development and intellectual property protection of relevant applicants in China.

【Key words】MEMS; Loudspeaker; Patent

1 MEMS揚声器技术简介

近年来，微扬声器在个人通信系统中得到越来越广泛的关注，在耳机、智能手机、可穿戴设备及物联网等方面，具有广阔的市场应用前景。根据个人通信系统的发展需求，微扬声器向着厚度薄、重量轻、功耗低、输出声压高等方向发展。目前，应用在个人通信系统上的微扬声器类型主要是电动式，电动式微扬声器基于电动原理实现电声转换，带有电镀线圈和永久磁铁。其尺寸较大，直径一般大于10mm、厚度高于2mm才能满足性能要求，难以实现微型化[1]。基于微机电系统（MEMS，Micro-Electro-Mechanical Systems）制造技术的微扬声器能够提供体积更小、功耗更低的扬声器器件。

MEMS结合了半导体技术和微机械技术，涉及电子、机械、材料、信息、控制等多项学科。MEMS是微电路和微机械在芯片上的集成，其尺寸为毫米级或更小，内部结构在微米甚至纳米量级[2]。基于MEMS制造技术的微扬声器相比普通加工方法制造的微扬声器具有以下优点：

（1）体积比使用传统工艺制作的微扬声器更小，节省了生产过程中的材料、能源，减少了浪费，且产品功耗小，待机时间长。

（2）采用微细加工批量生产，提高了产品的精度，且具有重复性。同一批次可以制备不同大小的扬声器，减小了生产成本。

（3）由于MEMS技术与集成电路（IC）技术的相似性，MEMS扬声器将可与放大电路等IC器件整合，减少寄生效应，从而减少噪声、提升性能。

（4）MEMS技术可以同时生产多种不同的传感器，如手机上的麦克风、陀螺仪等，有利于未来的系统集成[3]。

相关领域的企业已开始了MEMS扬声器的研发，并已有产品问世。在2018年国际消费类电子产品展览会期间，USound推出了世界上第一款先进的MEMS硅微扬声器[4]，这款微扬声器具有推动空气发声的锥形结构，利用角落的薄膜压电驱动器悬置在底部的腔体内，薄膜压电驱动器可以根据音频信号，同步地促进锥形结构运动，从而推动空气发出声音。薄膜压电驱动器技术使扬声器的面积非常小、厚度很薄、能效出色，响应迅速，音频性能优异。

2 MEMS扬声器领域专利申请状况分析

本文对全球范围内有关MEMS扬声器的专利申请量进行分析，以反映目前的MEMS扬声器领域的专利增长趋势和地域分布情况。本文分析所使用的MEMS扬声器相关的专利为在CNABS、VEN、SIPOABS数据库中使用关键词、IPC分类号、CPC分类号进行检索得到的专利文件。除要求提前公开的发明专利申请之外，专利申请通常自申请日起18个月后公开，而且数据库更新日期相比专利公开日期存在一定时间的滞后，因此截至本文数据检索日（2019年07月17日），2017年和2018年的部分相关专利申请未被上述检索使用的数据库收录。2017年和2018年的统计数据不完全，在下文的分析中仅作为参考。同一项发明创造在多个国家申请而产生的一组内容相同或基本相同的专利，称为一个专利族，本文的分析将专利族中的各个专利单独统计。

2.1 相关专利历年申请量

图1为MEMS扬声器相关专利的全球申请量和我国申请量的年度分布图。从图1中可以看出，自2002年以来，全球范围的MEMS扬声器相关专利申请量总体呈波浪式上升趋势，2009年之后上升速度加快，进入快速增长期。我国自2003年开始出现少量相关专利申请，自2011年开始进入增长期，但申请量增速略低于全球申请量的增速。可见，我国相关专利申请量的萌芽期和增长期相比全球相关专利申请量滞后了1～2年的时间。

根据上述统计分析可以得知，近年来MEMS扬声器技术在全球和我国均处于快速发展时期，我国对该技术的早期研究略滞后于全球研究进展，自2011年开始我国对该技术的研究进展加快，但发展速度相比全球发展速度略显缓慢。

2.2 相关专利国家/地区分布

申请人通常在自身所在的国家/地区进行首次专利申请，然后根据如《保护工业产权巴黎公约》或《专利合作条约》进入特定的国家/地区进行专利申请，以期在多个国家/地区获得专利权，从而保护该发明。一项技术在某个国家/地区申请的数量一定程度上反映了该技术在该国家/地区的市场活力，间接反映了该技术在该国家/地区的研发能力、创新能力。

图2示出了MEMS扬声器相关专利申请的国家/地区分布情况。从图2中可以看出，美国的专利申请量位居榜首，占比为34.41%，超出第二名一倍之多;其次是中国，占比为15.05%，PCT（专利合作条约）专利申请量的占比为10.75%，排名第三;然后是欧洲、韩国，占比分别为10.34%和8.19%。可见美国、中国、欧洲、韩国是产生相关专利申请的主要国家/地区，上述国家和地区对该技术的重视程度较高，也是申请人抢占市场的重要目标国家/地区。

同时该技术领域的申请人较为重视PCT专利的申请，可见在该技术领域，申请人对全球专利布局较为重视。通常，重视PCT申请的申请人一般为研发实力雄厚、在业界处于领先地位的企业，某个技术领域的PCT申请量的占比高低侧面反映出该领域在业界的受重视程度，从而可知MEMS扬声器技术已成为相关领域中较为关键的技术方向，具有较高的关注度。

2.3 主要专利申请人分析

图3示出了MEMS扬声器相关专利全球申请量排名前十位的申请人。从图3中可以看出， USound（奥地利）在全球的申请量独占鳌头，全球申请量逾100件。接下来英飞凌（德国）、博世（德国）分居第二、三位，全球申请量介于80-100件之间。三星电子（韩国）、沃福森（英国）、楼氏电子（美国）、英派尔（美国）、音频像素（以色列）、AKUSTICA（美国）、歌尔（中国）排在第六至第十位，全球申请量介于20-60件之间。

USound是一家迅速成长的音频初创企业，旨在利用MEMS技术制作音频系统[5]，专注于MEMS技术的开发和应用，使其在MEMS扬声器领域的技术发展处于全球领先地位，而且从其专利申请量可以看出其对知识产权的重视程度很高。

在全球申请量排名前十位的申请人中，排名第二、三位的英飞凌和博世均为德国申请人，申请量仅次于奥地利的USound，且与排名第四至第十位申请人的申请量拉开明显差距，申请量位居第九的AKUSTICA也被德国的博世收购。可见，除USound以外，德国申请人英飞凌和博世在MEMS扬声器领域的技术实力较强，在全球专利竞争中呈与USound一决高下之势。同时也清楚地看到，我国进入全球申请量排名前十位的申请人仅有歌尔公司，且排在末位，反映出我国在该领域的技术实力相比其他国家存在一定差距。

3 结语

MEMS扬声器正处于快速发展阶段，全球产业竞争日趋激烈，国际和国内众多企业纷纷已进行了相关专利布局。我国企业由于起步较晚，技术发展处于对外跟随阶段。虽然我国的部分企业在该领域具有一定的研发实力，但与国际领先的企业相比还存在不小的差距。我国企业应当抓住当前市场需求渐旺的有利时机，学习该领域内占据优势地位的企业如USound、英飞凌、博世等公司的技术及经验，确定自身技术发展路线，积极进行专利布局，提升MEMS扬声器领域的核心竞争力。

【参考文献】

[1]于媛媛，王浩然，等.基于高压应力的氮化铝MEMS压电微扬声器[J].传感技术学报，2018.8，31（8）：1141-1146.

[2]田文超.微机电系统（MEMS）原理、设计和分析[M].西安：西安电子科技大学出版社，2009：1.

[3]马腾.基于MEMS的压电超声微换能器的设计、仿真和实验[D].电子科技大学，2009.

[4]積极布局硅微扬声器，ST携手USound抢占市场先机[J].传感器世界，2018（1）：45.

[5]承安.投资风标[J].国际融资，2017（3）：78-79.