国产贴片机研发现状与分析*

周德俭

(桂林电子科技大学机电工程学院， 广西 桂林 541004)

国产贴片机研发现状与分析*

周德俭

(桂林电子科技大学机电工程学院， 广西 桂林 541004)

我国在焊膏印刷机、回流焊设备、波峰焊设备、AOI检测设备等表面组装技术(Surface Mount Technology, SMT)设备的研发方面已经有了长足的进步，但在SMT生产线的关键设备——中、高档贴片机的研发方面始终未能有大的突破。文中在简述贴片机技术发展、国内应用和研发现状的基础上，分析了国产贴片机研发中存在的问题，提出了加快国产贴片机研发步伐的建议。

贴片机；研发；现状；分析

引 言

表面组装技术(Surface Mount Technology, SMT)是现代电子产品的核心组件——PCB(印制电路板)级电路模块组装制造、微电子组件/微系统制造的主要技术，已成为现代电子产品制造技术中必不可少的组成部分。以焊膏印刷机、贴片机、回流焊设备、波峰焊设备、AOI检测设备等为主要设备形成的SMT产品组装生产线，是典型的现代电子产品制造系统，其技术发展水平影响甚至决定了电子产品的制造水平和能力。近20年来，国内相关企业、研究机构通过不懈努力，在焊膏印刷机、回流焊设备、波峰焊设备、AOI检测设备等SMT设备的研发方面有了长足的进步，但在SMT生产线的关键设备——中、高档贴片机的研发方面始终未能有大的突破，至今仍然依赖进口。这不仅阻碍了国内SMT产品制造技术的进步和电子产品制造能力的提升，也给国产高端电子产品和军用电子装备的自主制造留下了巨大隐患。如今，随着国家基础工业和综合能力的进步，自主研发中、高档贴片机产品的基本条件已经具备，而高度重视和科学规划国产贴片机的研发工作，成为其成功的关键。

1 贴片机应用发展现状

1.1 贴片机应用现状[1]

我国电子制造业自1985年开始引进SMT生产线以来已近30年，应用水平不断提高，在SMT设备研发方面也有不少成果。自2005年以来，国内在印刷机、焊接、检测等SMT设备方面已基本实现国产化，并凭借市场价格优势占据了70%～80%的国内市场份额，但在国产贴片机的研发方面明显滞后。

据文献[1]报道，目前我国SMT生产线大约有5万条，贴片机总保有量超过10万台，自动贴片机市场已占全球的40%，成为全球最大、最重要的SMT设备市场。但除了LED贴片机之类的专用贴片机有国产的外，中、高档自动贴片机完全依赖进口。2013年国内自动贴片机进口金额已达到13亿美元，进口来源国主要为日本、韩国、德国等，如图1和图2所示。

图1 2001～2013年自动贴片机进口情况

图2 2013年进口自动贴片机国别和地区分布

1.2 贴片机技术水平现状[2-3]

ASMPT(ASM太平洋科技有限公司，2011年收购西门子的SIPLACE贴装设备部)2014年推出的西门子SIPLACE X4iS贴片机，已可贴装03015(公制)元件，贴装速度达到150 000 片/h(0.024 s/点)，代表了当代全球贴片机的先进水平。已趋向成熟的SIPLACE X4i系列贴片机(如图3所示)可贴装的元件范围为01005(公制0402)元器件至200 mm × 125 mm元器件，贴装精度为±41 μm/3σ(角精度为±0.5°/3σ)。它采用了一些设计新概念，使设备的全自动功能更为强大。例如：贴片头可以通过传感器或真空测量来确定物料吸取是否成功；在拾取过程中，贴装头上安装的百万像素数字相机将测量元件，并可启动任意位置纠正举措；吸嘴可通过边接头部的弹簧调节缓冲，可避免因吸嘴活动不顺畅而导致的一些贴片问题(漏料、移位)；Z轴有自动控制、测量功能，可根据压力自动调整，对零件的高度参数不敏感，能控制某单个零件的贴片压力，有助于消除锡桥或虚焊；可以使用非接触式的吸料方式“真空对中”，有助于小元件的吸取等。

图3 SIPLACE X4i贴片机

韩国三星贴片机也处于世界先进水平。例如：其EXCEN FLEX贴片机(如图4所示)具有极高的生产性能和作业灵活性，它采用双悬臂、模组式结构，具有12个吸嘴的飞行识别及贴装系统，贴片速度达82 000 片/h，可对应01005(公制0402)元器件到异型140mm×55 mm元器件的贴装，并具有头部压力控制及插入型元器件作业功能。其EXCEN PRO超高速贴片机采用了适用高速的模组式旋转头部，贴片速度达到了120 000 片/h。

图4 EXCEN FLEX贴片机

2 国产贴片机研发情况

2.1 研发历程

国产贴片机已经过较长的研发历程。在20世纪90年代初及中期，随着国内SMT生产线及其贴片机的大量引进，相关设备研制单位敏感地捕捉到了其发展前景和商机，中国电子科技集团公司第二研究所(原电子工业部工艺所)、上海无线电专用设备厂(与日本合资组装贴片机)等单位率先投入了贴片机的研发工作。迄今为止，投入过贴片机研发工作的研究机构和企业有715厂(成都宏明电子股份有限公司)、中国电子科技集团公司第四十三研究所、4506厂(建新机械厂)、熊猫电子集团有限公司、风华高新科技股份有限公司、上海现代科技发展有限公司、上海微电子装备公司(与上海交通大学合作)、羊城科技实业有限公司、华南理工大学(与风华高新科技股份有限公司肇庆新宝华电子有限公司合作)、江苏腾世机电有限公司等数十家。

这些研发工作中比较典型的成果有：广州市羊城科技实业有限公司于2002年推出了SMT2505全视觉多功能贴片机样机，并通过了广东省科技成果鉴定，是国内首台全视觉贴片机。它采用全视觉识别系统对不同元件进行视觉识别,能高速高精度贴装微小片状元件、精细IC元件或异形元件。其贴装精度(±0.05 mm)、识别元件范围(0603以上)、贴装速度(1.6 s/片)等性能都达到了当时的国际先进水平[4]。上海交通大学于2003年成功研制出贴片机工业样机(WJT-2000)，并通过了上海市科委的成果鉴定[5]。华南理工大学推出的TP111全自动贴片机获得了2004年国家重点新产品称号[6]。上海现代、风华高科、江苏腾世机电等企业也推出过自己的贴片机样机和产品[7-8]。

2.2 研发水平

江苏腾世机电有限公司于2014年10月推出了TS-320M-20型高速全自动贴片机(如图5所示)，其技术性能在国产贴片机研发样机中具有代表性，主要指标性能已接近同类进口机的先进水平。该机型采用双12工位垂直旋转式贴装头，主要由R轴旋转运动装置、Q轴角度调整装置、Z轴取放料装置、视觉对中装置和真空切换装置等几部分构成。X-Y运动系统为自主设计的双龙门结构方式，均采用了直线马达驱动和滚珠直线滑轨副组合的运动模式，用高精度的光栅尺和计算机组成闭环控制系统。贴装速度为50 000 片/h，贴装精度为±0.04 mm/3σ，可贴装元件范围为0201元器件至20 mm × 20 mm元器件，并具有自主设计的无缝换板工作台等系列专利[8]。利用无缝换板工作台，当一块电路板贴好元器件后，另一块电路板无需等待即可投入工作，实现了换板时的无缝衔接,与同类进口贴片机相比可节省2～5 s的换板时间。利用“真空切换装置”专利，可通过改变高速贴片机易损件的结构与工作方式，减少处于高速磨损状态的关键零部件的制造与维护成本，并延长其使用寿命[9]。

图5 TS-320M-20贴片机

3 存在的问题分析与建议

3.1 存在的问题与分析

虽然国内有不少企业和研究机构投入了中、高档国产贴片机的研究开发，并有一定成果，但至今基本没有真正进入市场的最终产品。其原因错综复杂，存在的主要问题大致可归纳为以下几类:

1)部分技术难题突破难度大。贴片机是高新技术产品，其研发制造涉及大量综合性技术难题。大如基座结构性能的稳定性、伺服系统高速驱动的精确性，小至贴片吸嘴制作质量和材料性能，都有相当高的要求。由于国内基础工业与发达国家相比仍有较大差距，无论是贴片机配件还是制作件，自行配套和研发要达到同类进口机的质量程度都不是一件易事。依赖企业或研究机构单一的自发式研发模式，在突破综合性技术难题方面力不从心。所研发的产品在实现设计指标、保持性能稳定可靠以及实现配套件保障等方面都不尽人意，最终在产品性能指标、可靠性和实用性方面无法与进口机竞争。

2)企业研发资金维系困难。贴片机技术进步和更新换代很快，往往研发单位好不容易研制出一代产品，而同类进口机已经更新换代。这时若让国产机与换代下来的进口二手机竞争，则连唯一的价格优势也很低了。所以新研发国产机在既没有技术优势又无法保证市场价格优势的情况下，能在研发产品初期获得经济效益的可能性很小。而另一方面，要紧跟贴片机的技术进步步伐快速研发出高水平的新产品，就必须在短周期内投入大量的研发资金，这对一般企业而言是困难的，企业无法形成良性的效益经济链，研发工作也由此不可持续。

3)缺少综合性研发人才和团队。在国产贴片机研发过程中，能借鉴进口机技术的仅仅是一些表面内容，更重要的技术内涵需要人才开发。总设计师或技术负责人需要具有跨学科综合性知识和技能，需要具有相当程度的贴片机应用和维护实践经验，并具有将理论和实践相结合的水平和能力。由于缺乏专门的培养，国内该领域的综合性研发人才和团队力量非常薄弱。这也是导致国产贴片机虽然研发单位不少，但难以形成高水平成果、难以突破国外专利技术限制、难以形成具有竞争性市场产品的重要原因之一。

4)存在制度和政策问题。政府对一项技术进步的推动力是巨大的，若有好的战略规划和政策支持，则国产贴片机的研发步伐必将大幅加快。这方面的欠缺，也是导致国产贴片机研发工作至今基本处于研发单位各自为阵、研发技术水平有限、研发成果水平不高、形不成市场产品、难以与进口机竞争状态的关键因素。

3.2 发展建议

3.2.1 政策引导和支持

高度重视贴片机对现代电子产品制造的重要性以及国产机研发对国家科技发展和国防建设的重大战略意义。建议政府有关部门制定相关发展规划，有计划、有步骤地进行组织和政策引导，从统筹规划、协同研发组织、资金支持、关键技术攻关立项、新产品进入市场政策扶持等方面进行组织和实施。这是国产贴片机研发能否快速进步的关键。

3.2.2 构建研发体系

借助国内的工业4.0和智能制造规划推进大势，结合电子产品制造其它关键设备的研发需求，以政策为桥梁，以网络为纽带，构建以国产贴片机研发为主体内容的电子产品制造关键设备研发体系，整合优势，分工协作，联合攻关，形成由体系内主研企业牵头、助研单位协同、技术支撑单位支持的有机体，在国产贴片机已有的研发成果基础上，聚集人力资源，合力解决制造工艺、材料、配套件等方面的综合性技术难题，获取高水平研发成果。

3.2.3 开通可持续研发之路

通过设立研发专项，给予研发资金和成果转化资金扶持，制定成果产品进入市场销售补贴政策等措施，开通国产贴片机可持续研发之路。扶持重点研发企业逐步形成能紧跟进口贴片机技术发展步伐、及时推出自主研发新产品的能力，使国产贴片机的研发与产品化得到良性发展。

4 结束语

国产贴片机研发是一项涉及综合性高新技术的系统性工程，在国内现有制造水平和实际研发情况下，只有得到有效的政策引导和扶持，充分利用国内的整体制造实力解决技术难题，使其达到一定的技术水准，并进入市场产生经济效益，才能使其有所突破和可持续发展。

[1] 张强. 我国SMT装备制造业发展现状及面临的瓶颈分析: NEPCON CHINA 2014展会调研报告[R/OL]. [2015-11-06]. http://intl.ce.cn/specials/zxgjzh/201405/19/t20140519_2835682.shtml.

[2] 西门子SIPLACE-X4(i)贴片机的新概念[EB/OL]. [2015-11-16]. http://www.wenkuxiazai.com/doc/3593210c581b6bd97f19ea7a. Html.

[3] 韩国三星的高速机EXCEN PRO贴片机, 三星全自动高速贴片机EXCEN FLEX新产品技术新闻资讯[EB/OL]. [2015-10-08]. http://blog.sina.com.cn/s/blog_b8f1b50f0101igeg.html.

[4] 宋福民, 张小丽, 马如震. SMT2505全视觉多功能贴片机的研制[J]. 电子工业专用设备, 2002, 31(4): 219-222.

[5] 上海市科委2003年科技成果鉴定清单[EB/OL]. [2015-11-09]. http://www.doc88.com/p-6734187900942.html.

[6] 华南理工大学自动化科学与工程学院导师成果介绍[EB/OL]. [2015-10-19]. http://yz.kaoyan.com/scut/daoshi/07/430179/.

[7] 深圳市托普科实业有限公司.中国SMT贴片机市场分析[EB/OL]. [2015-11-10]. http://www.smt-ai.com/pddetailthree/tech/detail-767950.html.

[8] 腾世集团. 腾世机电有限公司“国产高速贴片机鉴定会暨发布会”的召开[EB/OL]. [2015-11-02]. http://www.torsung.com/newsShow. asp?id=359.

[9] 腾世集团. 高速贴片机有了“中国造”[EB/OL]. [2015-11-21]. http://www.torsung.com/newsShow.asp?id=360.

周德俭(1954-)，男，教授，博士生导师，主要研究方向为微电子制造与表面组装技术。

Development Status and Analysis of Domestic SMT Mounter

ZHOU De-jian

(ElectromechanicalEngineeringCollege,GuilinUniversityofElectronicTechnology,Guilin541004,China)

Significant progress has been made in the development of SMT (surface mount technology) equipment in our country, such as solder paste printers, reflow soldering equipment, wave soldering equipment, AOI test equipment etc. However, development of the mid-range and the high-grade SMT mounters, the key equipment in SMT production line, has little breakthrough up to now. In this paper the technology development，the domestic application and development status of SMT mounter are briefly described. The main difficult problems of domestic mounter development are pointed out. And some recommendations for mounter development are made to speed up the development of the domestic SMT mounter.

SMT mounter; development; present status; analysis

2015-12-03

TG439.9

A

1008-5300(2016)01-0001-04