我國SMT裝備制造業發展現狀及面臨的瓶頸分析(上)

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，是衡量一國是否為電子制造強國的標志。從亞洲電子制造設備風向標的NEPCON CHINA 2014展會上可以看出，國內電子整機SMT（表面貼裝技術）制造設備在印刷機、回流焊、AOI（自動光學檢測）設備等環節取得巨大進步，而在SMT生產線最關鍵的貼片機（小型貼片機除外）設備方面仍未有一家企業可以生產，面臨嚴峻的資金、技術、標準等諸多問題。實現電子制造強國夢，必須走SMT設備的自主研發之路，集中優勢力量突破貼片機產業化困境。

一、SMT裝備產業生態圖

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。與傳統通孔組裝技術相比，該技術具有組裝密度高、產品體積?。w積縮小40%～60%）、重量輕（重量減輕60%～80%）、可靠性高、抗振能力強、易于實現自動化等優點。

目前，日、美等發達國家80%以上的電子產品采用了SMT。其中，網絡通信、計算機和消費電子領域是主要的應用領域，市場占比分別約為35%、28%、28%，其他應用領域還包括汽車電子、醫療電子等。

SMT生產線主要包括以下幾種設備：貼片機、印刷機、SPI（錫膏檢測儀）、波峰焊設備、回流焊設備、AOI檢測設備、X-Ray檢測設備、返修工作站等。涉及的技術包括：貼裝技術、焊接技術、半導體封裝技術、組裝設備設計技術、電路成形工藝技術、功能設計模擬技術等。

 

圖1 SMT工藝流程涉及的設備

其中，貼片機是用來實現高速、高精度、全自動貼放元器件的設備，關系到SMT生產線的效率與精度，是最關鍵、最復雜的設備，通常占到整條SMT生產線投資的60%以上。目前，貼片機已從早期的低速機械貼片機發展為高速光學對中貼片機，并向多功能、柔性化、模塊化發展。

表1 國內外主要SMT設備廠商

從NEPCON CHINA 2014展會可以看出，國內企業在印刷、焊接、檢測等環節已涌現出較有實力的企業，如日東、勁拓的焊接設備，凱格的印刷機，神州視覺的AOI檢測設備，日聯的X-Ray檢測設備等。但核心環節的貼片機則仍舊由日、德、韓、美把持，主要制造商包括：ASMPT（ASMPT于2011年收購西門子旗下的SIPLACE貼裝設備部）、松下、環球、富士、雅馬哈、JUKI、三星等。

二、SMT制造產業與技術發展趨勢

（一）產業發展趨勢

產業轉型升級為SMT設備市場帶來機遇和挑戰。

在新技術革命和經濟社會發展新訴求的共同推動下，需求在深度和廣度方面都發生了重大變化。當前，“轉型升級”和“兩化融合”正是體現這兩方面推動因素作用下需求發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轉型升級的根本要求，也為SMT設備帶來了強勁的需求動力。

一方面，對生產和制造復雜度、精準度、流程和規范提出了更高要求；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制造、加工組裝、系統裝連、封裝測試。目前，四川長虹已計劃通過技術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年內將人工成本降低20%，4年內降低50% 。

高性能、易用性、靈活性和環保是SMT設備的主要發展趨勢之一。

隨著電子行業競爭加劇，企業需要不斷滿足日益縮短的新品上市周期、對清洗和無鉛焊料應用更加苛刻的環保要求，并能順應更低成本以及更加微型化的趨勢，這對電子制造設備提出了更高的要求。電子設備正在向高精度、高速度、更易用、更環保以及生產線更加柔性的方向發展。貼片機的高速頭與多功能頭之間可以實現任意切換；貼片頭換成點膠頭即變成點膠機。印刷、貼裝精度的穩定性將更高，部品和基板變化時所持有的柔性能力將更強。

同時，通過產線高速化、設備小型化帶來了高效率、低功率、低成本。對貼片機來說，能滿足生產效率與多功能雙優的高速多功能貼片機的需求逐漸增多，雙通道貼裝的生產模式生產率可達到100000CPH左右。

半導體封裝與表面貼裝技術的融合趨勢明顯。

隨著電子產品體積日趨小型化、功能日趨多樣化、元件日趨精密化，半導體封裝與表面貼裝技術的融合已成大勢所趨。目前，半導體廠商已開始應用高速表面貼裝技術，而表面貼裝生產線也綜合了半導體的一些應用，傳統的裝配等級界限日趨模糊。技術的融合發展也帶來了眾多已被市場認可的產品。比如，環球儀器子公司Unovis Solutions的直接晶圓供料器，即為表面貼裝與半導體裝配融合提供了良好的解決方案。

（二）技術發展動向

設備生產率的發展動向。

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ASMPT公司展出的SIPLACE X4iS，貼裝速度達到150000CPH，實際貼裝節拍0.024秒/點。

JEITA電子組裝技術委員會在《2013年組裝技術路線圖》中預計，隨著消費者對中低端電子產品需求的爆發式增長，超大量生產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”，高性能連續性的新一代供給方法將進入人們的視野。

表2 貼片機理論最高貼裝能力預測

高密度化的貼裝精度。

目前，電子產品選用的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，對貼裝設備的對準和定位精度提出了更高要求。

表3 不同部品的最高貼裝精度（um）

資料來源： JEITA電子組裝技術委員會《2013年組裝技術路線圖》，江蘇電子學會SMT專委會編譯。

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電子產品、車載電子產品仍以1005部品為主。日本JEITA電子組裝技術委員會預測，到2020年貼裝部品將出現0201尺寸。

根據已有的技術標準，對部品貼裝精度的動向發展如表3所示。

表4 電子組裝設備面臨的挑戰

資料來源：JEITA電子組裝技術委員會《2013年組裝技術路線圖》，江蘇電子學會SMT專委會編譯。

對貼片機廠商來說，高密度化貼裝精度帶來的挑戰有：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動系統的高精度，來提升部品貼裝前位置識別系統的高能力；三是在貼裝過程貼片機不會產生多余的振動，對外部的振動和溫度變化有強的適應性；四是強化貼片機的自動校準功能?，F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相結合的方向發展。

由于SMT生產線75%的缺陷率在于印刷設備，高密度化貼裝精度將對印刷、檢測設備廠商帶來更大的挑戰：一是保證工藝要求（0.66的脫模率）將對鋼網厚度和錫膏量帶來巨大挑戰，同時需要粉徑更小的錫膏，一方面增加了成本，另一方面錫膏受環境影響粘度發生變化導致印刷困難；二是無塵度的環境要求帶來抽風系統、空氣過濾系統、輔材、防靜電地板等成本的增加；三是SPI、AOI設備在精度與速度之間的平衡將面臨挑戰。

針對SMT技術發展趨勢，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，組裝設備將面臨組裝品質、生產效率、組裝工藝方面的挑戰，如表4所示。