SMT即表面貼裝技術(shù)，是一種無需對(duì)印制鉆插裝孔，直接將表面組裝元器件貼、焊到印制板表面規(guī)定位置上的裝聯(lián)技術(shù)，也是目前電子產(chǎn)品制造中最核心的一道工藝。
自1985年開始引進(jìn)SMT自動(dòng)貼片機(jī)生產(chǎn)線批量生產(chǎn)彩電調(diào)諧器以來，中國(guó)SMT行業(yè)發(fā)展已有三十多年。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)SMT產(chǎn)線約為5萬條，其中貼片機(jī)總保有量超過10萬臺(tái)，占全球市場(chǎng)的40%，中國(guó)成為世界體量最大、最重要的SMT市場(chǎng)。
隨著近年來3C電子、半導(dǎo)體等行業(yè)的飛速發(fā)展，SMT市場(chǎng)再掀高潮。據(jù)全球行業(yè)分析師預(yù)測(cè)，到2022年全球SMT設(shè)備市場(chǎng)將實(shí)現(xiàn)39億美元的銷售額，年均增長(zhǎng)率將達(dá)到6.7%。Stratistics MRC則更為樂觀，該市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)到2023年SMT設(shè)備銷售額將達(dá)到62.1億美元。
SMT前景可待也！
絲桿模組仍然是SMT下游應(yīng)用中的“江湖老大”
在2019年8月28日至30日NEPCON電子展展覽會(huì)期間，中國(guó)直驅(qū)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟走訪了近20家下游SMT設(shè)備廠商，以深入了解直線電機(jī)在SMT行業(yè)的應(yīng)用情況及客戶需求。根據(jù)走訪的情況來看，國(guó)內(nèi)廠家使用直線電機(jī)的設(shè)備占少數(shù)，大部分仍然采用的是旋轉(zhuǎn)伺服+絲杠的方式驅(qū)動(dòng)；部分國(guó)外大廠由于定位高端，產(chǎn)品大部分采用的是磁懸浮電機(jī)。
事實(shí)上，僅根據(jù)伺服電機(jī)和直線電機(jī)的下游應(yīng)用市場(chǎng)占比規(guī)模也可看出個(gè)中一二。據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)顯示，2018年，伺服電機(jī)的下游應(yīng)用市場(chǎng)包括機(jī)床工具(20.4%)、電子制造設(shè)備(14.5%)、紡織機(jī)械(12.1%)、包裝機(jī)械(10.8%)、機(jī)器人(6.2%)等,其中電子制造設(shè)備是伺服電機(jī)的第二大應(yīng)用市場(chǎng)。而據(jù)睿工業(yè)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)顯示直線電機(jī)的主要市場(chǎng)分別為機(jī)床、半導(dǎo)體設(shè)備、激光加工設(shè)備，在電子制造設(shè)備領(lǐng)域所占份額較低。
無論是走訪還是下游數(shù)據(jù)對(duì)比，都可以推斷出在SMT行業(yè)中，與直線電機(jī)對(duì)比絲桿仍然是“江湖老大”。
那么究竟直線電機(jī)在SMT行業(yè)中的機(jī)會(huì)點(diǎn)在哪里？我們可以從拆開PCB的生產(chǎn)工藝來一一挖掘潛在的機(jī)會(huì)點(diǎn)。首先，在PCB的生產(chǎn)線上主要涉及到的生產(chǎn)設(shè)備有：印刷機(jī)、AOI光學(xué)檢測(cè)機(jī)、貼片機(jī)、補(bǔ)強(qiáng)機(jī)、回流爐、插件機(jī)、焊接機(jī)等，而需要應(yīng)用直線電機(jī)的多為對(duì)速度、精度要求較高的場(chǎng)合。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)展會(huì)設(shè)備展出的情況來看在貼片、AOI檢測(cè)、插件、補(bǔ)強(qiáng)、點(diǎn)膠等工藝段直線電機(jī)出現(xiàn)的身影較多。
▲PCB生產(chǎn)工藝流程圖
1.貼片機(jī)
貼片機(jī)是SMT中的首要核心設(shè)備，用來實(shí)現(xiàn)高速、高精度、全自動(dòng)貼放元器件，貼片機(jī)關(guān)系到SMT產(chǎn)線的效率與精度，是最關(guān)鍵、最復(fù)雜的設(shè)備，通常占到整條SMT生產(chǎn)線投資的60%以上。
由于表面貼裝元器件（SMC/SMD）的不斷發(fā)展，其封裝形式也在不斷變化。新的封裝如BGA、FC、CSP等，對(duì)貼片機(jī)的要求越來越高，如何縮短運(yùn)行時(shí)間、加快轉(zhuǎn)換時(shí)間以及不斷地引入具有大量的引腳數(shù)量和精細(xì)間距成為了如今貼裝設(shè)備所面臨的的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
目前貼片機(jī)領(lǐng)域，國(guó)外主流品牌更加傾向于選擇直線電機(jī)，以實(shí)現(xiàn)加工設(shè)備的高速、高精度，通過展會(huì)上多家國(guó)外品牌的產(chǎn)品展示也可見一斑，與此同時(shí)這一趨勢(shì)出現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)品牌中擴(kuò)大的苗頭。具體應(yīng)用來看，國(guó)外品牌一般是雙軸均使用直線電機(jī)，而國(guó)產(chǎn)貼片機(jī)則是Y軸使用居多，X軸仍以絲桿傳動(dòng)為主。
2.AOI檢測(cè)
AOI設(shè)備全稱為自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)，它利用光學(xué)手段識(shí)別焊點(diǎn)及電子元器件的外形，用以判斷焊接的質(zhì)量。隨著電子產(chǎn)品產(chǎn)品迭代速度的加快，AOI檢測(cè)肩負(fù)著提良率、增產(chǎn)能的重要使命。除檢測(cè)精度要求外，在規(guī)定的工作時(shí)間內(nèi)能夠進(jìn)行更所產(chǎn)品的檢測(cè)是AOI檢測(cè)設(shè)備在應(yīng)對(duì)市場(chǎng)需求時(shí)需要提升的。
就目前整個(gè)SMT產(chǎn)線運(yùn)用來看，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上只有20%-30%的SMT生產(chǎn)線裝配了AOI自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)，而國(guó)際領(lǐng)先電子制造的企業(yè)SMT生產(chǎn)線基本都配置了AOI光學(xué)檢測(cè)。
由此來看，AOI檢測(cè)中雖然對(duì)速度、精度有嚴(yán)苛要求，直線電機(jī)有切入的可能性，也有部分國(guó)內(nèi)廠商正嘗試著在設(shè)備中使用直線電機(jī)。但AOI設(shè)備并沒在國(guó)內(nèi)SMT產(chǎn)線中大規(guī)模普及，直線電機(jī)需求還處于“蟄伏期”。
其余諸如插件、點(diǎn)膠、補(bǔ)強(qiáng)等工藝，直線電機(jī)的應(yīng)用同樣是在試探的邊緣?；谑袌?chǎng)競(jìng)爭(zhēng)、產(chǎn)品定位等多重因素影響，直線電機(jī)目前依然無法撼動(dòng)絲桿傳動(dòng)的“江湖地位”。
在多家企業(yè)的走訪過程中，很多下游應(yīng)用客戶表示目前絲桿能滿足現(xiàn)有的生產(chǎn)需求；其次優(yōu)質(zhì)的直線電機(jī)價(jià)格比較高，而目前設(shè)備市場(chǎng)上壓價(jià)情況較為嚴(yán)峻，成本管控似乎成為了直線電機(jī)在SMT行業(yè)中大規(guī)模應(yīng)用的“攔路虎”。
然而隨著市場(chǎng)的PCB產(chǎn)品體積正變得越來越薄，元器件的尺寸也越來越小，產(chǎn)業(yè)升級(jí)步伐越來越快，高精密加工、全自動(dòng)化生產(chǎn)將成為無法阻擋的大潮流。對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的高速、高精、高可靠想要求越來越高，絲杠囿于速度提升的極限，無法跟上設(shè)備升級(jí)換代的步伐最終將被取代。
5G帶來了“福音”
從SMT輻射至整個(gè)電子制造設(shè)備領(lǐng)域，隨著5G技術(shù)的出現(xiàn)，我們似乎看到了新一輪的曙光。除了由5G衍生的更多電子產(chǎn)品加工需求外，目前5G基站的建設(shè)也是直線電機(jī)不可忽視的增長(zhǎng)點(diǎn)。
2019年6月，三大運(yùn)營(yíng)商之一的中國(guó)移動(dòng)在上海發(fā)布了“5G+計(jì)劃”，將在全國(guó)范圍內(nèi)建設(shè)超過5萬個(gè)5G基站，在超過50個(gè)城市實(shí)現(xiàn)5G商用服務(wù)。此外，根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)顯示，2022年將迎來5G基站建設(shè)的最高潮，屆時(shí)數(shù)量規(guī)?？蛇_(dá)130萬個(gè)。
那么直線電機(jī)如何跨入這片藍(lán)海市場(chǎng)呢？
首先看下5G基站的要求變化，它要實(shí)現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)傳輸頻率、更高的射頻，相應(yīng)地對(duì)PCB板的要求也更高。傳統(tǒng)的加工解決方案是伺服絲杠傳動(dòng)+外驅(qū)主軸，在整個(gè)加工過程中極限轉(zhuǎn)速低、靜態(tài)動(dòng)態(tài)偏擺大、組合精度低等問題的出現(xiàn)導(dǎo)致產(chǎn)品表面質(zhì)量差；其次由于外置電機(jī)體積大，無法進(jìn)行多頭加工影響效率。
如果采用永磁同步高速電主軸+直線電機(jī)的解決方案，可在原有的基礎(chǔ)上使主軸切削效率提升1倍、機(jī)臺(tái)綜合效率至少提升30%、表面質(zhì)量大幅度提升（不變形、不崩邊、形位精度高），效益明顯改善。因此從設(shè)備升級(jí)、加工要求提升的角度來看，直線電機(jī)在5G產(chǎn)業(yè)中仍有大展拳腳的機(jī)會(huì)。
直線電機(jī)替代絲桿傳動(dòng)是市場(chǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)
從直線電機(jī)廠商的角度又如何看目前市場(chǎng)上直線電機(jī)的應(yīng)用情況及涌現(xiàn)的機(jī)會(huì)點(diǎn)呢？
對(duì)此，有不少國(guó)內(nèi)直驅(qū)產(chǎn)商表示，絲桿模組+伺服電機(jī)在一些性能上可以達(dá)到目前生產(chǎn)水平的需求，這個(gè)是事實(shí)。但隨著技術(shù)的進(jìn)步，應(yīng)用的提升，產(chǎn)品的品質(zhì)提高，現(xiàn)有的設(shè)備廠家需要不斷提升自身的設(shè)備性能來迎合終端產(chǎn)線的需求。
此時(shí)直線電機(jī)的優(yōu)勢(shì)就完全凸顯出來了，集高速度、高加速度、高精度、高穩(wěn)定性、多動(dòng)子多工位、長(zhǎng)行程應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)于一身的直線電機(jī)及應(yīng)用將帶來SMT生產(chǎn)設(shè)備的升級(jí)。
在直線電機(jī)成本問題上，直驅(qū)廠商認(rèn)為由于目前直線電機(jī)的用量還不大，所以產(chǎn)品平均生產(chǎn)成本還比較高。一旦行業(yè)應(yīng)用更加廣泛了，直線電機(jī)需求爆發(fā)，相應(yīng)的制造成本自然會(huì)下降，甚至比絲桿模組的成本更低。
其次，直線電機(jī)與絲桿模組相比，生產(chǎn)效率更高、安裝更便捷、維護(hù)簡(jiǎn)單、使用壽命更長(zhǎng)，綜合來看，直線電機(jī)的隱形成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于絲桿模組?？雌饋碇本€電機(jī)導(dǎo)致了表面設(shè)備成本的上升，而實(shí)際應(yīng)用中的平均成本是降低的。因此，所謂的直線電機(jī)增加設(shè)備成本的說法并不可靠。
至于直線電機(jī)在SMT行業(yè)或5G基站上的起量，或其他行業(yè)都有爆發(fā)應(yīng)用直線電機(jī)模組的可能，隨著精密制造的推進(jìn)，替代絲桿傳動(dòng)只是時(shí)間問題而已。以固晶機(jī)行業(yè)為例，目前90%以上的設(shè)備都用了直線電機(jī)。扎根在行業(yè)應(yīng)用中的直線電機(jī)廠商都在根據(jù)市場(chǎng)的變化發(fā)展，不斷改進(jìn)自身的產(chǎn)品和工藝，以更好契合市場(chǎng)發(fā)展。
對(duì)于直驅(qū)廠商而言，心有多大，舞臺(tái)就有多大！