应用于MEMS产品的精密电子零部件及制造技术

一、精密电子零部件概述

微机电系统(MEMS)是指尺寸在毫米级甚至微米级的微型电子装置,主要可分为微型传感器和微型执行器两个大类。由于MEMS的尺寸较小,用于生产MEMS产品的零部件通常也相对较小,一般仅为几毫米,因此MEMS产品对精密零部件的加工精密度要求非常高。根据功能和作用的不同,应用于MEMS产品的常见精密电子零部件主要包括屏蔽罩或其它结构件等。

 


二、精密电子零部件行业竞争格局

1、普通产品市场竞争格局

目前,国内从事精密零部件制造的企业虽然数量众多,但是大多数是规模较小的中小企业,产品结构较为简单、品质较低且精度和产品附加值均不高,其业务范围通常主要局限在其所在地的本地企业,行业竞争较为激烈。

由于低端产品制造企业的技术水平、研发能力和服务质量普遍较低,其产品通常只需要简单的冲压设备和模具即可完成,行业门槛也较低,同质化竞争激烈,行业内企业的市场主要在成本和价格方面展开竞争,因此盈利水平普遍较弱。受到业务范围以及盈利能力的限制,低端产品市场中的企业发展壮大的难度较高。

 

2、高端产品市场竞争格局

从地域分布来看,目前,从事精密电子零部件生产的高端产品企业主要集中在欧美和日韩等发达工业化国家,一方面是由于上述地区该行业发展较早,另一方面是由于处于行业下游的高端产品厂商以及终端品牌厂商也主要集中在上述地区,国内能够从事高端精密制造且融入到全球产业链的企业数量较少。

从市场的竞争激烈程度来看,在高端精密电子零部件市场中,行业内的企业通常主要专注于其擅长的某一个或数个领域内的产品,且通常拥有自己的核心客户,因此在各个细分行业内的竞争格局相对较为稳定,各个细分行业内有着较为明显的行业门槛,不同行业内企业主要在产品品质、加工精度、技术和研发能力以及服务质量等方面展开竞争。

 

 

三、行业的主要技术水平

行业中对产品和生产企业的技术水平主要表现为其微型产品的尺寸、加工精密度、生产效率、环境适应性以及产品性能。本文以常见的MEMS麦克风屏蔽外壳为例阐述技术水平。

MEMS麦克风屏蔽外壳

 

1、产品尺寸水平

精密电子零部件的产品尺寸水平主要表现为三维尺寸以及零部件厚度水平。在目前主流的MEMS麦克风产品中,其使用的屏蔽外壳平均尺寸约为3.40mm x 2.60mm x 0.75mm,其平均厚度约为0.1mm。

MEMS麦克风屏蔽外壳尺寸

 

2、加工精度

精密电子零部件的加工精度是指批量生产条件下产品尺寸上的公差水平,主要的衡量指标包括拉伸高度一致性以及拉伸转角一致性。目前,国内精密制造企业的拉伸高度公差水平约为±0.025mm,拉伸转角的公差水平约为±0.05mm。


3、生产效率

加工工艺、模具结构和生产设备的不同会使生产企业的生产效率产生较大的差异。仍然以屏蔽外壳为例,目前行业内的平均生产效率水平约为单台生产设备约为100万件/天。


4、环境适应性

使用环境的不同会对精密零部件产品提出不同的新要求。以智能手机和智能腕表为例,目前对该类产品较为常见的新功能要求主要包括水下使用的功能以及耐摔功能等,因而要求用于此类产品的精密零部件应具备防水防尘功能以及高抗压强度的特性。


5、性能指标

由于不同的零部件产品的功能不同,其对应的性能指标也同样不同。仍以屏蔽罩为例,其对MEMS产品整体屏蔽效果有较大影响,因此屏蔽效果是其应用中的关键指标,通常用屏蔽效能(dB)进行衡量,屏蔽效能越高表示其对外部信号和磁场等干扰因素的屏蔽效果越好,其他主要性能指标还包括结构强度、可焊性等。

 


四、技术的发展趋势

1、加工精度提高

随着终端电子产品的尺寸越来越小、厚度越来越薄,用于MEMS产品的零部件也向着微型化和超薄化的方向发展,对生产商的精微加工能力也提出了越来越高的要求。

 

2、新材料的引入

目前,精密电子零部件的基础材料以金属材料为主,但是随着新材料技术的发展,行业内不少研发能力较强的厂商以及相关的研究机构以及开始展开对精密电子新材料技术的研发,并在近年中取得了一定的成功,部分新材料以及表现出了较好的商业化潜力。


3、自动化生产和检测

与传统人工生产和检测相比,自动化生产和检测在生产效率和质量稳定性把控上有着不可比拟的优势。随着相关技术的逐渐成熟,未来自动化生产将会成为精密电子零部件厂商的发展趋势。


4、环境的适应能力

不同的应用环境对MEMS产品的有不同的要求。目前较为常见的环境需求主要为对智能终端设备的水下应用以及耐摔强度等需求;此外,随着5G技术的日渐成熟,高频高热也将成为未来MEMS产品的重要工作环境,MEMS产品需要能够适应工作环境和场景的变化。


5、集成度持续上升

随着MEMS产品的智能化和多功能化,单个MEMS产品中集成的芯片及元器件越来越多,高集成度是MEMS行业的重要发展趋势。为了迎合产品高集成度的发展趋势,行业内企业必须具备较强的新型产品模具的研发设计和新型产品生产加工能力。

 

更多详情敬请关注以下二维码!