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毫無疑問，我國已成為全球電子制造大國，并正向電子制造強國快速邁進。電子裝備的自動化程度高低是衡量一個國家是否為電子制造強國的標志。目前看來，國內(nèi)電子整機SMT(表面貼裝技術(shù))制造設(shè)備在印刷機、回流焊、AOI(自動光學(xué)檢測)設(shè)備等環(huán)節(jié)取得巨大進步，而在SMT生產(chǎn)線最關(guān)鍵的貼片機(小型貼片機除外)設(shè)備方面仍未有一家企業(yè)可以生產(chǎn)，面臨嚴峻的資金、技術(shù)、標準等諸多問題。實現(xiàn)電子制造強國夢必須走SMT設(shè)備的自主研發(fā)之路，集中優(yōu)勢力量突破貼片機產(chǎn)業(yè)化困境。
SMT小型貼片機制造產(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)型升級為SMT設(shè)備市場帶來機遇和挑戰(zhàn)。在新技術(shù)革命和經(jīng)濟社會發(fā)展新訴求的共同推動下，需求在深度和廣度方面都發(fā)生了重大變化。當前，“轉(zhuǎn)型升級”和“兩化融合”正是體現(xiàn)這兩方面推動因素作用下需求發(fā)生變化的標志性概念。降低人工成本、增強自動化水平是制造端技術(shù)轉(zhuǎn)型升級的根本要求，也為SMT設(shè)備帶來了強勁的需求動力。一方面，對生產(chǎn)和制造復(fù)雜度、精準度、流程和規(guī)范提出了更高要求；另一方面，勞動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，四川長虹已計劃通過技術(shù)進步提高自動化水平，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。貼片機的高速頭與多功能頭之間可以實現(xiàn)任意切換；貼片頭換成點膠頭即變成點膠機。印刷、貼裝精度的穩(wěn)定性將更高，部品和基板變化時所具備的柔性能力將更強。同時，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。對貼片機來說，能滿足生產(chǎn)效率與多功能雙優(yōu)的高速多功能貼片機的需求逐漸增多，雙通道貼裝的生產(chǎn)模式生產(chǎn)率可達到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)展動向。首先是設(shè)備生產(chǎn)率的發(fā)展。在貼片機的貼裝速度方面，2014年NEPCON CHINA展會上，代表全球貼片機先進水平的ASM PT公司展出的SIPLACE X4iS，貼裝速度達到150000CPH，實際貼裝節(jié)拍0.024秒/點。JEITA電子組裝技術(shù)委員會在《2013年組裝技術(shù)路線圖》中預(yù)計，隨著消費者對中低端電子產(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的貼裝速度在2016年達到160000CPH(0.0225秒/點)，2022年達到240000CPH(0.015秒/點)。芯片級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。屆時貼片機貼裝頭的取放將發(fā)生根本性變革，同時，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，對貼裝設(shè)備的對準和定位精度提出了更高要求。目前高端多功能貼片機已開始大量貼裝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)委員會預(yù)測，到2020年貼裝部品將出現(xiàn)0201尺寸。
對貼片機廠商來說，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)動系統(tǒng)的高精度來提升部品貼裝前位置識別系統(tǒng)的能力；三是在貼裝過程中貼片機不會產(chǎn)生多余的振動，對外部的振動和溫度變化有強的適應(yīng)性；四是強化貼片機的自動校準功能。現(xiàn)代的貼片機大多都朝著高速高精度的運動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)將對鋼網(wǎng)厚度和錫膏量帶來巨大挑戰(zhàn)，同時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)化進程
貼片機一直未推出通過中試的成熟產(chǎn)品，仍100%依賴進口，其中六成以上來自日本。
自1985年開始引進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，目前我國SMT生產(chǎn)線大約有5萬條，貼片機總保有量超過10萬臺，自動貼片機市場已占全球40%，成為全球最大、最重要的SMT市場。
焊接、檢測和印刷設(shè)備已經(jīng)接近國際先進水平。2005年以來，國內(nèi)SMT設(shè)備企業(yè)在印刷機、焊接、檢測等SMT設(shè)備方面已基本實現(xiàn)國產(chǎn)化，并憑借市場價格優(yōu)勢占據(jù)70%~80%的國內(nèi)市場份額。錫膏印刷機方面，國內(nèi)最早由日東研制成功，近年來眾多民營企業(yè)參與研制中，已有多個品種問世，達到世界中上等水平。2006年東莞凱格精密機械公司推出全自動印刷機，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)備已達到國際先進水平，成為我國表面貼裝設(shè)備市場中最具競爭力的產(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)最高水平高達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，至今已累計銷售4000多臺，年銷售達到600~700臺的水平。X-Ray檢測設(shè)備方面，國內(nèi)起步較晚，日聯(lián)科技自2006年進入該領(lǐng)域以來，已于2008年實現(xiàn)核心部件的自主研發(fā)，達到世界領(lǐng)先水平。目前，公司產(chǎn)品年出貨量達到400多臺。
貼片機仍100%依賴進口，其中六成以上來自日本。貼片機是SMT生產(chǎn)線最為關(guān)鍵、技術(shù)和穩(wěn)定性要求最高的設(shè)備。10多年來，中國企業(yè)仍處于摸索階段和樣機試制階段，一直未推出通過中試的成熟產(chǎn)品，幾乎100%依靠進口(除小型的LED貼片機)；在華國外企業(yè)將核心貼片機的生產(chǎn)放在國外，在華工廠主要負責周邊設(shè)備生產(chǎn)及貼片機維護、調(diào)試等服務(wù)。2013年，國內(nèi)自動貼片機進口金額達到13.01億美元，進口來源國主要為日本，占比達到65.2%；從韓國、德國、新加坡進口占比分別為17.9%、6.1%、3.7%。
貼片機國產(chǎn)化的難點與瓶頸
貼片機國產(chǎn)化面臨著設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、研制費用高、標準不完善、高端技能人才缺乏等問題。
貼片機應(yīng)用領(lǐng)域廣，技術(shù)含量高，并能帶動精密機械制造、高精密傳感、高性能馬達制造、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?，F(xiàn)代、上海微電子、羊城科技等數(shù)十家企事業(yè)單位嘗試過貼片機的國產(chǎn)化工作，但至今未有一款國產(chǎn)貼片機進入市場。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，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貼片機樣機，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貼片機進行合作開發(fā)。
目前看來，主要原因歸納起來有以下幾點：
一是貼片機結(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。貼片機是機電光等多學(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，國外貼片機企業(yè)一般采購其中的70%，另外30%進行公司定制，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，無法進行生產(chǎn)。
二是貼片機研制費用高、投資風(fēng)險大，民營企業(yè)無法保證持續(xù)的資金投入。目前貼片機生產(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，通常是政府撥專款立項攻關(guān)，企業(yè)搞個樣機組織鑒定，然后項目隨之結(jié)束，缺乏持續(xù)創(chuàng)新的動力。民營企業(yè)創(chuàng)新活力強，是目前研制貼片機的主要力量(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、實力有限，缺乏生產(chǎn)樣機后進一步研制與提升的資金投入。同時，國內(nèi)企業(yè)一旦新品研制成功，國外企業(yè)便立馬降價打壓國內(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市場競爭中存活。
三是SMT產(chǎn)業(yè)標準體系不完善。標準體系是整合供應(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)格標準頻繁變化，對SMT標準制定提出新的要求。長期以來，我國SMT產(chǎn)業(yè)過度依賴國外IPC標準，未根據(jù)中國SMT產(chǎn)業(yè)實際情況制定完備的標準體系。國內(nèi)雖然制定了GB19247、GB3131、QJ165等標準，但存在標準繁雜、不成體系等問題。此外，國內(nèi)SMT企業(yè)積極發(fā)起制定的國際標準也得不到強有力的支持和保護。比如，IPC-9853是由中國SMT企業(yè)發(fā)起，歷時4年制定的IPC標準，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)備涉及機械、電子、光學(xué)、材料、化工、計算機、自動控制等多學(xué)科。目前國內(nèi)僅有少數(shù)高校將重點放在工藝設(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，同時行業(yè)對電子制造技術(shù)研發(fā)和人才培養(yǎng)的牽動也不足，制約了SMT制造競爭力的提升。
