毫無疑問，我國已成為全球電子制造大國，并正向電子制造強(qiáng)國快速邁進(jìn)。電子裝備的自動(dòng)化程度高低是衡量一個(gè)國家是否為電子制造強(qiáng)國的標(biāo)志。目前看來，國內(nèi)電子整機(jī)SMT(表面貼裝技術(shù))制造設(shè)備在印刷機(jī)、回流焊、AOI(自動(dòng)光學(xué)檢測)設(shè)備等環(huán)節(jié)取得巨大進(jìn)步，而在SMT生產(chǎn)線關(guān)鍵的貼片機(jī)(小型貼片機(jī)除外)設(shè)備方面仍未有一家企業(yè)可以生產(chǎn)，面臨嚴(yán)峻的資金、技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)等諸多問題。實(shí)現(xiàn)電子制造強(qiáng)國夢必須走SMT設(shè)備的自主研發(fā)之路，集中優(yōu)勢力量突破貼片機(jī)產(chǎn)業(yè)化困境。
SMT制造產(chǎn)業(yè)與技術(shù)發(fā)展趨勢
高性能、易用性、靈活性和環(huán)保成為SMT設(shè)備的主要發(fā)展趨勢。
從產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢來看，產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)為SMT設(shè)備市場帶來機(jī)遇和挑戰(zhàn)。在新技術(shù)革命和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展新訴求的共同推動(dòng)下，需求在深度和廣度方面都發(fā)生了重大變化。當(dāng)前，“轉(zhuǎn)型升級(jí)”和“兩化融合”正是體現(xiàn)這兩方面推動(dòng)因素作用下需求發(fā)生變化的標(biāo)志性概念。降低人工成本、增強(qiáng)自動(dòng)化水平是制造端技術(shù)轉(zhuǎn)型升級(jí)的根本要求，也為SMT設(shè)備帶來了強(qiáng)勁的需求動(dòng)力。一方面，對(duì)生產(chǎn)和制造復(fù)雜度、精準(zhǔn)度、流程和規(guī)范提出了更高要求;另一方面，勞動(dòng)力等要素成本在上升，面臨成本和效率的雙重訴求。上述兩方面的原因催生了自動(dòng)化、智能化和柔性化的生產(chǎn)制造、加工組裝、系統(tǒng)裝連、封裝測試。目前，四川長虹已計(jì)劃通過技術(shù)進(jìn)步提高自動(dòng)化水平，從而降低成本、保持競爭力，爭取在近2年內(nèi)將人工成本降低20%，4年內(nèi)降低50%。
高性能、易用性、靈活性和環(huán)保成為SMT設(shè)備的主要發(fā)展趨勢。隨著電子行業(yè)競爭加劇，企業(yè)需要不斷滿足日益縮短的新品上市周期和對(duì)清洗和無鉛焊料應(yīng)用更加苛刻的環(huán)保要求，并能順應(yīng)更低成本以及更加微型化的趨勢，這對(duì)電子制造設(shè)備提出了更高的要求。電子設(shè)備正在向高精度、高速度、更易用、更環(huán)保以及生產(chǎn)線更加柔性的方向發(fā)展。貼片機(jī)的高速頭與多功能頭之間可以實(shí)現(xiàn)任意切換;貼片頭換成點(diǎn)膠頭即變成點(diǎn)膠機(jī)。印刷、貼裝精度的穩(wěn)定性將更高，部品和基板變化時(shí)所具備的柔性能力將更強(qiáng)。同時(shí)，通過產(chǎn)線高速化、設(shè)備小型化帶來了高效率、低功率、低成本。對(duì)貼片機(jī)來說，能滿足生產(chǎn)效率與多功能雙優(yōu)的高速多功能貼片機(jī)的需求逐漸增多，雙通道貼裝的生產(chǎn)模式生產(chǎn)率可達(dá)到100000CPH左右。
半導(dǎo)體封裝與表面貼裝技術(shù)的融合趨勢明顯。隨著電子產(chǎn)品體積日趨小型化、功能日趨多樣化、元件日趨精密化，半導(dǎo)體封裝與表面貼裝技術(shù)的融合已成大勢所趨。目前，半導(dǎo)體廠商已開始應(yīng)用高速表面貼裝技術(shù)，而表面貼裝生產(chǎn)線也綜合了半導(dǎo)體的一些應(yīng)用，傳統(tǒng)的裝配等級(jí)界限日趨模糊。技術(shù)的融合發(fā)展也帶來了眾多已被市場認(rèn)可的產(chǎn)品。比如，環(huán)球儀器子公司Unovis Solutions的直接晶圓供料器，即為表面貼裝與半導(dǎo)體裝配融合提供了良好的解決方案。
再看看技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向。首先是設(shè)備生產(chǎn)率的發(fā)展。在貼片機(jī)的貼裝速度方面，2014年NEPCON CHINA展會(huì)上，代表全球貼片機(jī)先進(jìn)水平的ASM PT公司展出的SIPLACE X4iS，貼裝速度達(dá)到150000CPH，實(shí)際貼裝節(jié)拍0.024秒/點(diǎn)。JEITA電子組裝技術(shù)委員會(huì)在《2013年組裝技術(shù)路線圖》中預(yù)計(jì)，隨著消費(fèi)者對(duì)中低端電子產(chǎn)品需求的爆發(fā)式增長，超大量生產(chǎn)的要求有望使貼片機(jī)的貼裝速度在2016年達(dá)到160000CPH(0.0225秒/點(diǎn))，2022年達(dá)到240000CPH(0.015秒/點(diǎn))。芯片級(jí)封裝器件的貼裝速度將從2012年的3600CPH提升至2016年的3800CPH、2022年的4000CPH。屆時(shí)貼片機(jī)貼裝頭的取放將發(fā)生根本性變革，同時(shí)，部品供料部也將形成“沒有部品供給與互換的供料部系統(tǒng)”，高性能連續(xù)性的新一代供給方法將進(jìn)入人們的視野。
其次是高密度化的貼裝精度。目前，電子產(chǎn)品選用的Chip部品趨于小型化、薄型化，芯片接線間距和焊球直徑一直減小，對(duì)貼裝設(shè)備的對(duì)準(zhǔn)和定位精度提出了更高要求。目前高端多功能貼片機(jī)已開始大量貼裝0402部品，ASM公司展出的SIPLACE X4iS已可貼裝03015元器件，而在AV電子產(chǎn)品、車載電子產(chǎn)品仍以1005部品為主。日本JEITA電子組裝技術(shù)委員會(huì)預(yù)測，到2020年貼裝部品將出現(xiàn)0201尺寸。
對(duì)貼片機(jī)廠商來說，高密度化貼裝精度帶來的挑戰(zhàn)有：一是改良貼片機(jī)部品供料部，包括部品供給的位置精度、編帶精度、部品本身包裝精度的改善;二是由確定部品吸著位置的軸的高剛性和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高精度來提升部品貼裝前位置識(shí)別系統(tǒng)的能力;三是在貼裝過程中貼片機(jī)不會(huì)產(chǎn)生多余的振動(dòng)，對(duì)外部的振動(dòng)和溫度變化有強(qiáng)的適應(yīng)性;四是強(qiáng)化貼片機(jī)的自動(dòng)校準(zhǔn)功能。現(xiàn)代的貼片機(jī)大多都朝著高速高精度的運(yùn)動(dòng)控制和視覺修正系統(tǒng)相結(jié)合的方向發(fā)展。
由于SMT生產(chǎn)線75%的缺陷率在印刷設(shè)備方面，高密度化貼裝精度將對(duì)印刷、檢測設(shè)備廠商帶來更大的挑戰(zhàn)：一是保證工藝要求(0.66的脫模率)將對(duì)鋼網(wǎng)厚度和錫膏量帶來巨大挑戰(zhàn)，同時(shí)需要粉徑更小的錫膏，這帶來了成本的增加以及抑制氧化的工藝難題;二是無塵度的環(huán)境要求帶來抽風(fēng)系統(tǒng)、空氣過濾系統(tǒng)、輔材、防靜電地板等成本的增加;三是SPI、AOI設(shè)備在精度與速度之間的平衡將面臨挑戰(zhàn)。
針對(duì)SMT技術(shù)發(fā)展趨勢，綜合考慮柔性化組裝及極小部品組裝時(shí)接合材料、印刷、貼裝、回流等因素，組裝設(shè)備將面臨組裝品質(zhì)、生產(chǎn)效率、組裝工藝方面的挑戰(zhàn)。
SMT設(shè)備的國產(chǎn)化進(jìn)程
貼片機(jī)一直未推出通過中試的成熟產(chǎn)品，仍100%依賴進(jìn)口，其中六成以上來自日本。
自1985年開始引進(jìn)SMT生產(chǎn)線批量生產(chǎn)彩電調(diào)諧器以來，中國電子制造業(yè)應(yīng)用SMT技術(shù)已近30年。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國SMT生產(chǎn)線大約有5萬條，貼片機(jī)總保有量超過10萬臺(tái)，自動(dòng)貼片機(jī)市場已占全球40%，成為全球大、重要的SMT市場。
焊接、檢測和印刷設(shè)備已經(jīng)接近國際先進(jìn)水平。2005年以來，國內(nèi)SMT設(shè)備企業(yè)在印刷機(jī)、焊接、檢測等SMT設(shè)備方面已基本實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，并憑借市場價(jià)格優(yōu)勢占據(jù)70%~80%的國內(nèi)市場份額。錫膏印刷機(jī)方面，國內(nèi)早由日東研制成功，近年來眾多民營企業(yè)參與研制中，已有多個(gè)品種問世，達(dá)到世界中上等水平。2006年東莞凱格精密機(jī)械公司推出全自動(dòng)印刷機(jī)，很快成為國內(nèi)第一品牌。焊接設(shè)備方面，國內(nèi)研發(fā)與制造起步很早，無鉛焊接設(shè)備已達(dá)到國際先進(jìn)水平，成為我國表面貼裝設(shè)備市場中具競爭力的產(chǎn)品。目前，低端市場都由國內(nèi)品牌占領(lǐng)，高端市場仍為國外品牌所壟斷(在穩(wěn)定性方面，國內(nèi)與國外先進(jìn)水平存在一定差距。比如，某國外回流爐廠商橫向溫差僅為0.5度，而國內(nèi)高水平高達(dá)2度)。AOI設(shè)備方面，2010年之前國內(nèi)AOI市場幾乎完全被國外20多個(gè)品牌的設(shè)備壟斷，東莞神州視覺率先研發(fā)成功國內(nèi)第一款A(yù)OI設(shè)備Aleader系列，至今已累計(jì)銷售4000多臺(tái)，年銷售達(dá)到600~700臺(tái)的水平。X-Ray檢測設(shè)備方面，國內(nèi)起步較晚，日聯(lián)科技自2006年進(jìn)入該領(lǐng)域以來，已于2008年實(shí)現(xiàn)核心部件的自主研發(fā)，達(dá)到世界領(lǐng)先水平。目前，公司產(chǎn)品年出貨量達(dá)到400多臺(tái)。
貼片機(jī)仍100%依賴進(jìn)口，其中六成以上來自日本。貼片機(jī)是SMT生產(chǎn)線關(guān)鍵、技術(shù)和穩(wěn)定性要求高的設(shè)備。10多年來，中國企業(yè)仍處于摸索階段和樣機(jī)試制階段，一直未推出通過中試的成熟產(chǎn)品，幾乎100%依靠進(jìn)口(除小型的LED貼片機(jī));在華國外企業(yè)將核心貼片機(jī)的生產(chǎn)放在國外，在華工廠主要負(fù)責(zé)周邊設(shè)備生產(chǎn)及貼片機(jī)維護(hù)、調(diào)試等服務(wù)。2013年，國內(nèi)自動(dòng)貼片機(jī)進(jìn)口金額達(dá)到13.01億美元，進(jìn)口來源國主要為日本，占比達(dá)到65.2%;從韓國、德國、新加坡進(jìn)口占比分別為17.9%、6.1%、3.7%。
貼片機(jī)國產(chǎn)化的難點(diǎn)與瓶頸
貼片機(jī)國產(chǎn)化面臨著設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、研制費(fèi)用高、標(biāo)準(zhǔn)不完善、高端技能人才缺乏等問題。
貼片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域廣，技術(shù)含量高，并能帶動(dòng)精密機(jī)械制造、高精密傳感、高性能馬達(dá)制造、圖像處理、X-Y伺服控制系統(tǒng)、軟件等相關(guān)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。從上世紀(jì)90年代初開始，國內(nèi)先后有原電子部二所、715廠二所、43所、4506廠、熊貓電子、風(fēng)華高科、上海現(xiàn)代、上海微電子、羊城科技等數(shù)十家企事業(yè)單位嘗試過貼片機(jī)的國產(chǎn)化工作，但至今未有一款國產(chǎn)貼片機(jī)進(jìn)入市場。比如，1994年上海無線電專用設(shè)備廠又與日本合資組裝過貼片機(jī)，后因日方變更而終止;2002年上海微電子裝備公司與上海交大合作制成一臺(tái)貼片機(jī)樣機(jī)，未有商品化的后續(xù)消息;近年華南理工大學(xué)與肇慶新寶華電子有限公司也對(duì)貼片機(jī)進(jìn)行合作開發(fā)。
目前看來，主要原因歸納起來有以下幾點(diǎn)：
一是貼片機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)含量高，國內(nèi)基礎(chǔ)工業(yè)積累不足。貼片機(jī)是機(jī)電光等多學(xué)科一體化的高技術(shù)精密設(shè)備，僅元器件就有1萬到2萬個(gè)，國外貼片機(jī)企業(yè)一般采購其中的70%，另外30%進(jìn)行公司定制，而恰恰這30%元器件國內(nèi)企業(yè)由于缺乏基礎(chǔ)技術(shù)人才，無法進(jìn)行生產(chǎn)。
二是貼片機(jī)研制費(fèi)用高、投資風(fēng)險(xiǎn)大，民營企業(yè)無法保證持續(xù)的資金投入。目前貼片機(jī)生產(chǎn)并未得到政府的足夠重視。以往國有企業(yè)開發(fā)貼片機(jī)，通常是政府撥專款立項(xiàng)攻關(guān)，企業(yè)搞個(gè)樣機(jī)組織鑒定，然后項(xiàng)目隨之結(jié)束，缺乏持續(xù)創(chuàng)新的動(dòng)力。民營企業(yè)創(chuàng)新活力強(qiáng)，是目前研制貼片機(jī)的主要力量(國內(nèi)從事SMT設(shè)備制造的廠家有幾百家，幾乎都是民營企業(yè))，但規(guī)模小、實(shí)力有限，缺乏生產(chǎn)樣機(jī)后進(jìn)一步研制與提升的資金投入。同時(shí)，國內(nèi)企業(yè)一旦新品研制成功，國外企業(yè)便立馬降價(jià)打壓國內(nèi)企業(yè)，導(dǎo)致國內(nèi)企業(yè)研發(fā)資金鏈斷裂，無法在性能日新月異的貼片機(jī)市場競爭中存活。
三是SMT產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系不完善。標(biāo)準(zhǔn)體系是整合供應(yīng)鏈的關(guān)鍵。SMT技術(shù)、新材料和新工藝的快速變化，以及成本和環(huán)保的雙重壓力，迫使產(chǎn)品規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)頻繁變化，對(duì)SMT標(biāo)準(zhǔn)制定提出新的要求。長期以來，我國SMT產(chǎn)業(yè)過度依賴國外IPC標(biāo)準(zhǔn)，未根據(jù)中國SMT產(chǎn)業(yè)實(shí)際情況制定完備的標(biāo)準(zhǔn)體系。國內(nèi)雖然制定了GB19247、GB3131、QJ165等標(biāo)準(zhǔn)，但存在標(biāo)準(zhǔn)繁雜、不成體系等問題。此外，國內(nèi)SMT企業(yè)積極發(fā)起制定的國際標(biāo)準(zhǔn)也得不到強(qiáng)有力的支持和保護(hù)。比如，IPC-9853是由中國SMT企業(yè)發(fā)起，歷時(shí)4年制定的IPC標(biāo)準(zhǔn)，但在2013年7月被IPC撤銷，并未做任何說明和解釋，損害了中國SMT企業(yè)的競爭力。
四是SMT高端技能人才缺乏。SMT設(shè)備涉及機(jī)械、電子、光學(xué)、材料、化工、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制等多學(xué)科。目前國內(nèi)僅有少數(shù)高校將重點(diǎn)放在工藝設(shè)備開發(fā)或微組裝/封裝領(lǐng)域，與SMT配套的學(xué)科、專業(yè)和教學(xué)體系建設(shè)剛起步，很難滿足SMT行業(yè)發(fā)展需求，同時(shí)行業(yè)對(duì)電子制造技術(shù)研發(fā)和人才培養(yǎng)的牽動(dòng)也不足，制約了SMT制造競爭力的提升。
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SMT(Surface Mount Technology)是指片式元器件裝焊在印制電路板表面上的一種技術(shù)。與傳統(tǒng)通孔組裝技術(shù)相比，該技術(shù)具有組裝密度高、產(chǎn)品體積小(體積縮小40%~60%)、重量輕(重量減輕60%~80%)、可靠性高、抗振能力強(qiáng)、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。目前，日、美等發(fā)達(dá)國家80%以上的電子產(chǎn)品采用了SMT。其中，網(wǎng)絡(luò)通信、計(jì)算機(jī)和消費(fèi)電子領(lǐng)域是主要的應(yīng)用領(lǐng)域，市場占比分別約為35%、28%、28%，其他應(yīng)用領(lǐng)域還包括汽車電子、醫(yī)療電子等。
SMT生產(chǎn)線主要包括以下幾種設(shè)備：貼片機(jī)、印刷機(jī)、SPI(錫膏檢測儀)、波峰焊設(shè)備、回流焊設(shè)備、AOI檢測設(shè)備、X-Ray檢測設(shè)備、返修工作站等。涉及的技術(shù)包括：貼裝技術(shù)、焊接技術(shù)、半導(dǎo)體封裝技術(shù)、組裝設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)、電路成形工藝技術(shù)、功能設(shè)計(jì)模擬技術(shù)等。
其中，貼片機(jī)是用來實(shí)現(xiàn)高速、高精度、全自動(dòng)貼放元器件的設(shè)備，關(guān)系到SMT生產(chǎn)線的效率與精度，是關(guān)鍵、復(fù)雜的設(shè)備，通常占到整條SMT生產(chǎn)線投資的60%以上。目前，貼片機(jī)已從早期的低速機(jī)械貼片機(jī)發(fā)展為高速光學(xué)對(duì)中貼片機(jī)，并向多功能、柔性化、模塊化方向發(fā)展。
目前，國內(nèi)在印刷、焊接、檢測等環(huán)節(jié)已涌現(xiàn)出較有實(shí)力的企業(yè)。如日東、勁拓的焊接設(shè)備，凱格的印刷機(jī)，神州視覺的AOI檢測設(shè)備，日聯(lián)的X-Ray檢測設(shè)備。但是核心環(huán)節(jié)的貼片機(jī)則仍舊由日、德、韓、美把持，主要制造商包括：ASM PT、松下、環(huán)球、富士、雅馬哈、JUKI、三星等
