MEMS揚(yáng)聲器專利申請(qǐng)態(tài)勢(shì)分析

田珊

【摘 要】MEMS揚(yáng)聲器具有體積小、功耗低、成本低、易量產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的市場(chǎng)前景。本文統(tǒng)計(jì)了該技術(shù)相關(guān)專利的全球申請(qǐng)量和中國申請(qǐng)量，據(jù)此分析該技術(shù)在全球和中國的發(fā)展趨勢(shì);統(tǒng)計(jì)了該技術(shù)相關(guān)專利的國家和地區(qū)分布，分析該技術(shù)的重要目標(biāo)國家和地區(qū);統(tǒng)計(jì)得出該技術(shù)領(lǐng)域全球?qū)＠暾?qǐng)量排名前十位的申請(qǐng)人，并對(duì)申請(qǐng)人進(jìn)行了分析比較;為我國相關(guān)申請(qǐng)人的技術(shù)發(fā)展和知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)提供參考。

【關(guān)鍵詞】MEMS;揚(yáng)聲器;專利

中圖分類號(hào)： TN643 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 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(yáng)聲器技術(shù)簡介

近年來，微揚(yáng)聲器在個(gè)人通信系統(tǒng)中得到越來越廣泛的關(guān)注，在耳機(jī)、智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備及物聯(lián)網(wǎng)等方面，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。根據(jù)個(gè)人通信系統(tǒng)的發(fā)展需求，微揚(yáng)聲器向著厚度薄、重量輕、功耗低、輸出聲壓高等方向發(fā)展。目前，應(yīng)用在個(gè)人通信系統(tǒng)上的微揚(yáng)聲器類型主要是電動(dòng)式，電動(dòng)式微揚(yáng)聲器基于電動(dòng)原理實(shí)現(xiàn)電聲轉(zhuǎn)換，帶有電鍍線圈和永久磁鐵。其尺寸較大，直徑一般大于10mm、厚度高于2mm才能滿足性能要求，難以實(shí)現(xiàn)微型化[1]。基于微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS，Micro-Electro-Mechanical Systems）制造技術(shù)的微揚(yáng)聲器能夠提供體積更小、功耗更低的揚(yáng)聲器器件。

MEMS結(jié)合了半導(dǎo)體技術(shù)和微機(jī)械技術(shù)，涉及電子、機(jī)械、材料、信息、控制等多項(xiàng)學(xué)科。MEMS是微電路和微機(jī)械在芯片上的集成，其尺寸為毫米級(jí)或更小，內(nèi)部結(jié)構(gòu)在微米甚至納米量級(jí)[2]。基于MEMS制造技術(shù)的微揚(yáng)聲器相比普通加工方法制造的微揚(yáng)聲器具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）體積比使用傳統(tǒng)工藝制作的微揚(yáng)聲器更小，節(jié)省了生產(chǎn)過程中的材料、能源，減少了浪費(fèi)，且產(chǎn)品功耗小，待機(jī)時(shí)間長。

（2）采用微細(xì)加工批量生產(chǎn)，提高了產(chǎn)品的精度，且具有重復(fù)性。同一批次可以制備不同大小的揚(yáng)聲器，減小了生產(chǎn)成本。

（3）由于MEMS技術(shù)與集成電路（IC）技術(shù)的相似性，MEMS揚(yáng)聲器將可與放大電路等IC器件整合，減少寄生效應(yīng)，從而減少噪聲、提升性能。

（4）MEMS技術(shù)可以同時(shí)生產(chǎn)多種不同的傳感器，如手機(jī)上的麥克風(fēng)、陀螺儀等，有利于未來的系統(tǒng)集成[3]。

相關(guān)領(lǐng)域的企業(yè)已開始了MEMS揚(yáng)聲器的研發(fā)，并已有產(chǎn)品問世。在2018年國際消費(fèi)類電子產(chǎn)品展覽會(huì)期間，USound推出了世界上第一款先進(jìn)的MEMS硅微揚(yáng)聲器[4]，這款微揚(yáng)聲器具有推動(dòng)空氣發(fā)聲的錐形結(jié)構(gòu)，利用角落的薄膜壓電驅(qū)動(dòng)器懸置在底部的腔體內(nèi)，薄膜壓電驅(qū)動(dòng)器可以根據(jù)音頻信號(hào)，同步地促進(jìn)錐形結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，從而推動(dòng)空氣發(fā)出聲音。薄膜壓電驅(qū)動(dòng)器技術(shù)使揚(yáng)聲器的面積非常小、厚度很薄、能效出色，響應(yīng)迅速，音頻性能優(yōu)異。

2 MEMS揚(yáng)聲器領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)狀況分析

本文對(duì)全球范圍內(nèi)有關(guān)MEMS揚(yáng)聲器的專利申請(qǐng)量進(jìn)行分析，以反映目前的MEMS揚(yáng)聲器領(lǐng)域的專利增長趨勢(shì)和地域分布情況。本文分析所使用的MEMS揚(yáng)聲器相關(guān)的專利為在CNABS、VEN、SIPOABS數(shù)據(jù)庫中使用關(guān)鍵詞、IPC分類號(hào)、CPC分類號(hào)進(jìn)行檢索得到的專利文件。除要求提前公開的發(fā)明專利申請(qǐng)之外，專利申請(qǐng)通常自申請(qǐng)日起18個(gè)月后公開，而且數(shù)據(jù)庫更新日期相比專利公開日期存在一定時(shí)間的滯后，因此截至本文數(shù)據(jù)檢索日（2019年07月17日），2017年和2018年的部分相關(guān)專利申請(qǐng)未被上述檢索使用的數(shù)據(jù)庫收錄。2017年和2018年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)不完全，在下文的分析中僅作為參考。同一項(xiàng)發(fā)明創(chuàng)造在多個(gè)國家申請(qǐng)而產(chǎn)生的一組內(nèi)容相同或基本相同的專利，稱為一個(gè)專利族，本文的分析將專利族中的各個(gè)專利單獨(dú)統(tǒng)計(jì)。

2.1 相關(guān)專利歷年申請(qǐng)量

圖1為MEMS揚(yáng)聲器相關(guān)專利的全球申請(qǐng)量和我國申請(qǐng)量的年度分布圖。從圖1中可以看出，自2002年以來，全球范圍的MEMS揚(yáng)聲器相關(guān)專利申請(qǐng)量總體呈波浪式上升趨勢(shì)，2009年之后上升速度加快，進(jìn)入快速增長期。我國自2003年開始出現(xiàn)少量相關(guān)專利申請(qǐng)，自2011年開始進(jìn)入增長期，但申請(qǐng)量增速略低于全球申請(qǐng)量的增速。可見，我國相關(guān)專利申請(qǐng)量的萌芽期和增長期相比全球相關(guān)專利申請(qǐng)量滯后了1～2年的時(shí)間。

根據(jù)上述統(tǒng)計(jì)分析可以得知，近年來MEMS揚(yáng)聲器技術(shù)在全球和我國均處于快速發(fā)展時(shí)期，我國對(duì)該技術(shù)的早期研究略滯后于全球研究進(jìn)展，自2011年開始我國對(duì)該技術(shù)的研究進(jìn)展加快，但發(fā)展速度相比全球發(fā)展速度略顯緩慢。

2.2 相關(guān)專利國家/地區(qū)分布

申請(qǐng)人通常在自身所在的國家/地區(qū)進(jìn)行首次專利申請(qǐng)，然后根據(jù)如《保護(hù)工業(yè)產(chǎn)權(quán)巴黎公約》或《專利合作條約》進(jìn)入特定的國家/地區(qū)進(jìn)行專利申請(qǐng)，以期在多個(gè)國家/地區(qū)獲得專利權(quán)，從而保護(hù)該發(fā)明。一項(xiàng)技術(shù)在某個(gè)國家/地區(qū)申請(qǐng)的數(shù)量一定程度上反映了該技術(shù)在該國家/地區(qū)的市場(chǎng)活力，間接反映了該技術(shù)在該國家/地區(qū)的研發(fā)能力、創(chuàng)新能力。

圖2示出了MEMS揚(yáng)聲器相關(guān)專利申請(qǐng)的國家/地區(qū)分布情況。從圖2中可以看出，美國的專利申請(qǐng)量位居榜首，占比為34.41%，超出第二名一倍之多;其次是中國，占比為15.05%，PCT（專利合作條約）專利申請(qǐng)量的占比為10.75%，排名第三;然后是歐洲、韓國，占比分別為10.34%和8.19%。可見美國、中國、歐洲、韓國是產(chǎn)生相關(guān)專利申請(qǐng)的主要國家/地區(qū)，上述國家和地區(qū)對(duì)該技術(shù)的重視程度較高，也是申請(qǐng)人搶占市場(chǎng)的重要目標(biāo)國家/地區(qū)。

同時(shí)該技術(shù)領(lǐng)域的申請(qǐng)人較為重視PCT專利的申請(qǐng)，可見在該技術(shù)領(lǐng)域，申請(qǐng)人對(duì)全球?qū)＠季州^為重視。通常，重視PCT申請(qǐng)的申請(qǐng)人一般為研發(fā)實(shí)力雄厚、在業(yè)界處于領(lǐng)先地位的企業(yè)，某個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的PCT申請(qǐng)量的占比高低側(cè)面反映出該領(lǐng)域在業(yè)界的受重視程度，從而可知MEMS揚(yáng)聲器技術(shù)已成為相關(guān)領(lǐng)域中較為關(guān)鍵的技術(shù)方向，具有較高的關(guān)注度。

2.3 主要專利申請(qǐng)人分析

圖3示出了MEMS揚(yáng)聲器相關(guān)專利全球申請(qǐng)量排名前十位的申請(qǐng)人。從圖3中可以看出， USound（奧地利）在全球的申請(qǐng)量獨(dú)占鰲頭，全球申請(qǐng)量逾100件。接下來英飛凌（德國）、博世（德國）分居第二、三位，全球申請(qǐng)量介于80-100件之間。三星電子（韓國）、沃福森（英國）、樓氏電子（美國）、英派爾（美國）、音頻像素（以色列）、AKUSTICA（美國）、歌爾（中國）排在第六至第十位，全球申請(qǐng)量介于20-60件之間。

USound是一家迅速成長的音頻初創(chuàng)企業(yè)，旨在利用MEMS技術(shù)制作音頻系統(tǒng)[5]，專注于MEMS技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，使其在MEMS揚(yáng)聲器領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展處于全球領(lǐng)先地位，而且從其專利申請(qǐng)量可以看出其對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重視程度很高。

在全球申請(qǐng)量排名前十位的申請(qǐng)人中，排名第二、三位的英飛凌和博世均為德國申請(qǐng)人，申請(qǐng)量僅次于奧地利的USound，且與排名第四至第十位申請(qǐng)人的申請(qǐng)量拉開明顯差距，申請(qǐng)量位居第九的AKUSTICA也被德國的博世收購。可見，除USound以外，德國申請(qǐng)人英飛凌和博世在MEMS揚(yáng)聲器領(lǐng)域的技術(shù)實(shí)力較強(qiáng)，在全球?qū)＠偁幹谐逝cUSound一決高下之勢(shì)。同時(shí)也清楚地看到，我國進(jìn)入全球申請(qǐng)量排名前十位的申請(qǐng)人僅有歌爾公司，且排在末位，反映出我國在該領(lǐng)域的技術(shù)實(shí)力相比其他國家存在一定差距。

3 結(jié)語

MEMS揚(yáng)聲器正處于快速發(fā)展階段，全球產(chǎn)業(yè)競爭日趨激烈，國際和國內(nèi)眾多企業(yè)紛紛已進(jìn)行了相關(guān)專利布局。我國企業(yè)由于起步較晚，技術(shù)發(fā)展處于對(duì)外跟隨階段。雖然我國的部分企業(yè)在該領(lǐng)域具有一定的研發(fā)實(shí)力，但與國際領(lǐng)先的企業(yè)相比還存在不小的差距。我國企業(yè)應(yīng)當(dāng)抓住當(dāng)前市場(chǎng)需求漸旺的有利時(shí)機(jī)，學(xué)習(xí)該領(lǐng)域內(nèi)占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位的企業(yè)如USound、英飛凌、博世等公司的技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)，確定自身技術(shù)發(fā)展路線，積極進(jìn)行專利布局，提升MEMS揚(yáng)聲器領(lǐng)域的核心競爭力。

【參考文獻(xiàn)】

[1]于媛媛，王浩然，等.基于高壓應(yīng)力的氮化鋁MEMS壓電微揚(yáng)聲器[J].傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2018.8，31（8）：1141-1146.

[2]田文超.微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）原理、設(shè)計(jì)和分析[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2009：1.

[3]馬騰.基于MEMS的壓電超聲微換能器的設(shè)計(jì)、仿真和實(shí)驗(yàn)[D].電子科技大學(xué)，2009.

[4]積極布局硅微揚(yáng)聲器，ST攜手USound搶占市場(chǎng)先機(jī)[J].傳感器世界，2018（1）：45.

[5]承安.投資風(fēng)標(biāo)[J].國際融資，2017（3）：78-79.