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1.3 贴片机国内外发展概况

1.3.1 国外发展概况

SMT源于SMA(Surface Mounted Assembly,表面组装组件)。它将传统元器件压缩成体积只有原来几十分之一的器件。SMT是从厚、薄膜混合电路演变发展而来的。20世纪70年代,贴片机开始在美国、日本等地出现。当时SMT技术处在发展初期,表面贴装工艺主要针对片式的电容、电阻等体积较大、种类单一的元器件,因此当时的贴片机效率低、工作慢、精度差。随着半导体工艺和电子产业的快速发展,单一的电容、电阻封装已经满足不了使用需求,开始出现了种类更多、更加精细的SMD封装形式(如SOP、SOJ、BGA等),这些新型的封装形式给贴片机的发展带来了一系列需要解决的问题。

美国是世界上SMD和SMT最早起源的国家,并一直重视在投资类电子产品和军事装备领域发挥SMT高组装密度和高可靠性能方面的优势,具有很高的水平。欧洲各国SMT的起步较晚,但他们重视发展并有较好的工业基础,发展速度也很快,其发展水平和整机中SMC/SMD的使用效率仅次于日本和美国。

20世纪90年代后,随着科技的发展以及研究的深入,日本设计出精度更高、速度更快的贴片机,代表性的有Tescon公司研发的FA-301型号贴片机。这款机器在技术上有了很大突破,其精度有了很大提升,能够达到±0.1mm;贴装形式也有了很大的改善,贴片机可以根据不同种类的SMD元件自动换取不同类型的贴片头,实现多种形式元件的贴装。

如今随着电子产品微型化的发展,芯片集成技术不断提高,出现了更多微小复杂的诸如BGA、CSP、MCM、FLIPCHIP等封装形式。为满足多样化的电子元件贴装工作,研发人员开发设计了新型的视觉定位系统,高智能、全自动成了新型贴片机的标签。美国著名贴片机生产厂家——美国环球仪器,为提高贴装速度生产一款Genesis GC-120Q贴片机,该机采用了4个闪电贴装头以及4个动臂系统,每小时可以贴装12万片,并且能够贴装大至30mm 2 的芯片,贴装精度更是达到了±90μm。

国外学者以及知名大学采用多种方法从不同方向开展对贴片机的研究。美国佐治亚州理工学院的D.A.Bodner,M.Damrau等借助Virtual NC 等仿真工具,在Siemens 80S20的基础上,建立了数字化样机,主要研究了贴片机的上板机构、送料系统以及贴装系统(见图1-8),通过仿真分析了最优的控制方式,还研究了系统的应力问题,优化贴装速度,设计了周期更短的贴装路线。德国埃尔兰根大学的Feldmann与Christoph等对贴片机结构进行了研究,建立了贴片机的样机模型,基于有限元方法和多体动力学等方法对样机进行了静态、动态、热力学、控制模型、工艺模型等多学科的分析,提出了基于多学科的贴片机研究思路和研究方法(见图1-9)英国诺丁汉大学的Masri Ayob等从贴片机取料-贴片这一角度,对贴片头的元件吸取、放置以及送料机构的运动控制进行了设计以及优化。

图1-8 美国佐治亚州理工学院贴片系统简易图

图1-9 德国埃尔兰根大学研究方法

1.3.2 国内发展概况

国内贴片机的发展较晚,20世纪80~90年代,我国电视机以及收音机的广泛应用促使电子产品使用量增加,贴片机开始从发达国家引入中国。经过几十年的发展,中国掀起了电子产品的使用热潮,我国成为世界上贴片机市场占用率最大的国家之一。由中国电子科技集团第四十三研究所研发的我国第一台贴片机PTI-02,其贴装精度可以达到±0.2mm。随后多家科技企业、高校以及研究所展开了SMT的技术研发工作。但是受到技术以及自主知识产权的限制,能自主研制生产贴片机的厂家很少,研发出的设备也存在速度慢、精度低等缺点。近年来,随着我国科技的进步,出现了不少研发生产贴片机的厂家,但我国研发出的贴片机与技术成熟的国外生产的贴片机相比还有一定的差距,我们的研发工作还需要更加深入。

随着我国对科技的重视,国家特别扶植了一批高端精密重点项目,SMT技术开发也成为扶植项目的重点,国内一些知名大学、研究所等机构也相继开始了SMT技术的研发工作。目前国内对SMT设备研发、生产的公司主要有:深圳菲普斯、羊城科技、北京博瑞精电、深圳荣德自动化、上海微电子、深圳日东、风华高科等公司。除此之外,一些企业联合国内知名高校共同合作,如羊城科技与西安交通大学、中南大学等高校合作,采用数字化样机、计算机仿真等方法,获得了很好的成果。各大高校对贴片机的研究工作也没有停止过,如贵州大学的张茂青、王洪东等对贴片机运动控制及系统辨识进行了研究;上海交通大学的莫锦秋、姜凤鹏等从机器结构和动力学方向出发,对贴片机的结构进行了分析和改进;中南大学的肖永山、刘少军、宋福民等对贴片机的驱动以及结构进行了优化等。

目前中国已超越美国一举成为世界最大的SMT应用大国,但尖端电子制造方面仍属短板,不时会面临国外在新材料应用和工艺技术、自动化处理方面的压力与挑战。在NEPCONChina2015中有来自松下公司的NPM-W2模组贴片机,兼具高生产性与高精度于一体;专注于生产高效可测量智能设备的运泰利,推出能够自动贴附补强片到柔性线路板上的ABS-10自动贴附设备;VISCOM、岛津等国内外知名厂商也纷纷拿出自家招牌产品。这在一定程度上代表了电子制造产业的最高水准,同时也展示出SMT设备技术未来发展趋势。在新的技术革命和成本压力的作用下,SMT行业技术展现出全自动智能化、柔性制造、组装、物流、包装、检测、MES功能的系统集成。通过领先的技术和SMT设备,促进了自动化程度的提高,在电子行业中,实现了少人作业,降低劳动成本,提高了个人的产出,并保持了相当的竞争力。高性能、易用性、灵活性、环保成为SMT设备的主要发展趋势,也是SMT制造业的主旋律。

①高精度、柔性化。行业竞争加剧、新品上市周期日益缩短、严格的环保要求,体现了低成本、小型化的趋势,SMT设备和更高的技术要求。SMT设备具有高速、高精度、高环保性和高度灵活的趋势。贴装头可以实现任何角度的自动转换,并且在印刷、分布、安置方面具有更好的稳定性。

②高速化、小型化。最近的两三年SMT市场已经开始转换,客户需要制造高混合、中小批量、多品种的电子产品,以及很多很特殊的产品,已经不再走原先批量市场的模式。例如Europlacer的旗舰产品iineo(SMT平台的双贴头系统)可以处理现在最小到最大所有元件所需的物料,全部放在一台机器上面,这种多功能贴片机将成为未来市场的趋势。可穿戴式设备是2015年市场讨论的热点,但是要在原本的单位体积内融入更多的功能,并在这么小的面积内进行组装,技术的复杂性将越来越高。ASM的SX2机型可以实现高精度贴装,可以实际组装03015部品,这种元器件是市面上能找到的相对来说最小的元器件。如何在高速的状态下实现高精度、高稳定、高可靠的印刷或者贴片将成为业内一个技术难点。

③SMT设备技术与半导体封装的融合。电子产品的体积逐渐变小,功能逐渐增多,元器件密度逐渐增大,半导体封装技术与SMT的融合是发展的必然方向。目前,半导体制造商非常重视高速贴片机的应用,SMT生产线也将做一些半导体集成区的技术应用。两种技术融合进步带来了很多好的产品并被市场认可。POP技术已经在高端智能产品上广泛使用,多数品牌贴片机公司提供倒装芯片设备也是SMT技术与半导体封装融合的成功案例。 eyDYmBj8vaX6TWdtLZYa+AQ1uGNsYqEghFjRAZCnxSe5Od9dFKQgX8nNoCtozEGw

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