SMT贴片机的关键技术与国产速度最快的贴片机异军突起

贴片机是SMT生产线最为关键、技术和稳定性要求最高的设备，是机电光等多学科一体化的高技术精密设备。据不完全统计，目前我国SMT生产线大约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40%，成为全球最大、最重要的SMT市场。
到目前为止，我国平均每年都需进口约9000台贴片机。贴片机研制费用高、投资风险大，从20世纪90年代初开始，我国有关部门就组织强大的人力与物力进行了研发，前后不少单位与业界人士都做过不少尝试与努力。今天，国产SMT贴片机终于异军突起，并实现了实质性的跨越和突破，填补了国产SMT贴片机的空白。

 SMT 与贴片机
表面贴装技术( SMT) ，也可以称为表面组装技术、表面贴片技术和贴片焊接技术等。它是一种将表面组装元器件( SMD) 安装到印刷电路板( PCB) 上的板级电子组装技术。目前，先进的电子产品，特别是在计算机及通信类电子产品中，已经普遍采用表面贴装技术。图1 为SMT 制造的印制板。

1.1 SMT 的优点

SMT 是随着电子工业的发展而诞生的，随着电子技术、信息技术、计算机应用技术的发展而发展的。SMT 的迅速普及得益于它具有以下优点。
1) 元器件组装密度高，电子产品体积小、重量轻。
2) 易于实现自动化，提高生产效率。
3) 高可靠性。自动化的生产技术，保证了每个焊点的可靠连接，同时由于表面组装元器件( SMD) 是无引线或者是短引线，又牢固地贴装在PCB 表面上，因此其可靠性高、抗震能力强。
4) 高频特性好。表面组装元器件( SMD) 无引脚或段引脚，不仅降低了分布特性造成的影响，而且在PCB 表面上贴焊牢固，大大降低了寄生电容和引线间寄生电感，因此在很大程度上减少了电磁干扰和射频干扰，改善了高频特性。
5) 降低成本。SMT 使PCB 布线密度增加、钻孔数目减少、面积变小、同功能的PCB 层数减少，这些都使PCB 的制造成本降低。无引线或短引线SMC /SMD 节省了引线材料，省略了剪线、打弯工序，减少了设备、人力费用。频率特性的提高减少了射频调试费用。电子产品体积缩小、重量减轻，降低了整机成本。焊接可靠性好，使得返修成本降低。

1.2 SMT 基本工艺流程

（1）SMT 是一个系统工程技术，图2 为SMT 的基本工艺流程。

（2）一条典型的SMT 生产线如图3 所示。

由图2 和图3 可以大概知道：

1) 要组成SMT的生产线必然要有3 种重要设备: 印刷机\点胶机、贴片机、回流焊炉\波峰焊机，其中波峰焊这种工艺，随着表面贴装技术的发展，特别是底部引线集成电路封装BGA \QFN 的大量应用，其作用愈发显得有些不足，所以目前主流的还是回流焊这种工艺。

2) 无论是对于大型机厂商还是中型机厂商，经典的可以推荐SMT 生产线一般由2 台贴片机组成，1台高速贴片机( 片式元件贴片机) 1台高精度贴片机( IC 元件贴片机) ，这样各司其职，有利于整条SMT 生产线发挥出最高的生产效率。但是现在情况正在发生着改变，很多贴片机生产商推出了多功能贴片机，使得SMT 生产线只由1 台贴片机组成成为可能。1 台多功能贴片机在保持较高贴片速度的情况下，可以完成所有元件的贴装，减少了投资，受到中小企业、科学院的青睐。

1.3 最简单的贴片机模型

如图4 所示，最基本的贴片机由机架、电路板夹持机构、供料器(没有在图中画出) 、贴片头、吸嘴以及X、Y、Z 轴组成，其中Z 轴除了可以Z 向运动，还可以以θ方向转动( 以便调整元器件偏离焊盘的旋转角度) 。

1.4 LED 贴片机

泛义上讲LED 贴片机属于表面贴装技术( SMT) 贴片机中的一种，随着LED 技术的发展，传统SMT 贴片机已不能满足LED 行业生产需求，此时LED 贴片机便应运而生。

LED 贴片机是专门为LED 行业所设计定做的SMT 贴装设备，用来实现大批量的LED 电路板的组装。设备要求精度不高，但要求速度快。LED 专用贴片机降低了贴片设备成本，并提高生产效率。目前LED 贴片机的种类很多，但是无论是全自动高速贴片机还是手动低速贴片机，它们的整体布局都是类似的。

全自动LED 贴片机是由计算机控制，集光机电气为一体的高精度自动化设备，由机架、PCB 传送机构及承载组织、驱动及伺服定位体系、贴装头、供料器、光学识别体系、传感器和计算机控制体系组成，其经过吸取-位移-定位-放置等一些功能，完成了把SMD 快速准确的贴装到PCB 板上。

1.5 LED 贴片机与传统贴片机的区别

LED 贴片机主要需满足3014、2835、3528 和5050、5630、5730 的灯珠贴装精度需求。相对于传统贴片机的加工精度，LED 贴片机要求比较低。但是LED 贴片机更注重的是性能，即机器运行的稳定性、速度、可操作性、尺寸要求，因此要求了LED 贴片机必须具备以下设计思路和硬性要求。

1) 智能化的手段更加成熟的运用到LED 专用贴片机上，各类具有优秀性能的传感器能够在实施作业时充分收集数据给计算机处置，保障整个贴装过程的稳定性和可靠性。同时和其他设备一样要依据科学的方法及技术规范，定期对LED贴片机进行保养，比如对机器和电路板表面积垢进行清洁拆洗，可以有效防止由于灰尘和积垢导致的机器内部散热不良，造成过热烧坏器件。LED 贴片机有好的稳定性才能最大效率的为企业产生效益，降低生产成本。

2) LED 贴片机速度一定要快，最低18 000点/h 以上的贴装速度。

3) 具有简单易学人性化的操作方法可以极高地缩短人员培训时间，并且在生产过程中有效降低误操，提高生产效率和产品质量。

4) LED 贴片机最低要可以贴装1 200 mm 长度的PCB，因为LED 很大一部分是取代传统光管照明，所以长度会大大超过传统PCB 尺寸。除了这些以外，为了保证单个LED 灯板无色差，要求所要贴装的整批LED 灯珠为同一色温BIN( BIN一般代表的是LED 灯珠的一些参数的范围，不同的范围可以分别用不同的编号表示，这些参数包括电压、色温、亮度等，所以会有电压BIN、色温BIN、亮度BIN 这样的说法，可以用BIN 代表产品的型号) 。

一、贴片机Mounter国产化的瓶颈：
国产SMT等高技术设备存在诸多问题, 高技术领域工业设备主要依赖进口！
1.高技术制造对SMT设备要求苛刻：
现代SMT加工制造行业，生产安全性要求高、准确性要求强、设备运转周期长（7X24H）,常需全天候24小时在高速稳定高精密运转，因此对设备震动、零配件及材料耐磨、耐温耐湿等应用性能规格指标提出特殊要求。
2.前期政府对SMT重视不够：
1）除有少量政府经费支持外，其研制国家甚至没有列为正式科研项目，完全依赖民间资金和民营企业自发维持。
2）从事SMT设备制造几乎都是民营企业---规模小、经费缺、技术力量薄弱，仅靠滚雪球的方式从事经营和市场运作，技术上相互抄袭、模仿严重。设备性能与质量多年来一直处于低档次范围，无法在高端市场同国外品牌竞争，只能以互相降价取得竞争优势，利润薄，企业破产事件时有发生。
3）SMT设备国产品牌与国外品牌在性能上还有不少差距，整体技术水平和附加值较低﹑规模大而不强，现阶段只能以简单引进、仿造复制、选择性改进、局部提升、规模化竞争方式生存，处在价值链低端市场,远远落后先进水平, 不利于赶超欧美日等国先进技术水平的道路还很长。
4）贴片机研制费用高、投资风险大，民企无法保证持续投入。
目前，贴片机生产并未得到政府的足够重视。以往国有企业开发贴片机，通常是政府拨专款立项攻关，企业搞出样机组织鉴定，然后项目随之结束，缺乏持续创新的动力。民营企业创新活力强，是目前研制贴片机的主要力量（国内从事SMT设备制造的厂家有几百家，几乎都是民营企业），但规模小、实力有限，缺乏生产样机后进一步研制与提升的资金投入。
3.中国装备制造基础薄弱：
①缺乏核心技术：
“心动力”匮乏在技术积累：中国在智能工控﹑集成电路领域积累有限﹑起步较晚基础薄弱﹑投资市场回报率较低。同时，中国必须面对发达国家的对先进技术设备的出口限制和外国同行的专利壁垒。无“心”局面注定国产高技术工业设备短时间内无法取得从技术到市场层面的全面系统突破。
②缺乏关键材料和零配件支撑：
一则缺“关键材料”“零配件”可供选用, 动力如马达、传动如丝杆﹑导轨﹑轴承等，达标者多赖进口，高精密特殊材质关键零配件供应受制于发达国家，出现有钱买不来的忧心局面；二则缺“关键材料”“零配件”本国发展战略，国产厂家片面追求规模优势，为降低成本买价, 蓄意采用性能一般的普通材料代替，严重影响设备生产使用效果与正常使用寿命,进而打击市场信心。
贴片机结构复杂、技术含量高，国内基础工业积累不足。贴片机是机电光等多学科一体化的高技术精密设备，仅元器件就有1到2万个，国外贴片机企业一般采购其中的70%，另外30%进行公司定制，而恰恰是这30%元器件国内企业由于缺乏基础技术人才，无法进行生产。
③缺乏产业集群行业氛围：
高技术工业成套设备组成复杂，多由成千上万零部件组成。目前国内无行业内部分工企业“群星拱月”，为核心设备制造企业配套，形成专门产业集群局面，只能搞周边配套或局部环节设备国产，很难实现成套设备国产化目标。
④缺乏稳定可靠生产保障：
A.国产设备以手动﹑半自动为主，操作安全保障由于技术成本因素难以从设计上避免, 易造成人员伤害；
B.由于关键零部件硬件材料和核心控制软技术能力不足，设备长期保持稳定运行缺乏技术保障。
C.而成套高技术工业设备涉及使用成本和企业的社会责任,节能环保越来越成为设备推广主题，要求在生产过程中要对最后排放物进行处理，使其达到环保要求。而国产设备安全节能环保往往是核心技术弱项。
D.同进口设备相比, 除人工成本较低外,国产设备运转稳定性差，故障率高，又缺乏在解决客户难题中螺旋式提高的产品质量的服务理念和服务水平，各种“风险”和安全环保隐患使市场怀疑国产品牌的可靠性保障。
E.在国际性工程设备展览会上，国产设备与国外同类产品相比，主控制系统和主要功能基本处于同一水平,无论主性能还是外观上都比较接近，在设计细节上却相去甚远。
国产设备功能简化、科技含量偏低，生产效果差距明显，零配件可靠性差，使用寿命短，密封件精度差。进口设备由于质量可靠、安全性高、准确性强、运转周期长等优势，故SMT项目上马快、周期短、形成效益迅速，一次性投资尽管较大,考虑长期运行等因素,从长远来看，国产设备“风险”成本更高。
⑤市场推广和售后服务不给力：
国人对国产设备“服务理念缺失”忧心忡忡。中国设备制造业一对标准认识不足，二对标准难满足，三对技术﹑品质﹑市场、服务缺乏竞争战略。在新经济环境下，中国企业从最开始时的价格战到广告战、再到概念营销、到最终走上品牌化营销的道路，有个逐步前行的过程。
⑥恶劣市场环境：
高端市场业界或有积累了一定实力的客户常以国产设备不如进口质量为由，怀疑﹑排斥国产设备的态度将阻碍国产高技术工业设备行业发展前进，在未来相当长的时期内不会改变在高端领域或有实力有规模客户对进口设备尤其是成套高技术工业设备一贯依赖进口的局面。同时，国内企业一旦新品研制成功，国外企业便立马降价打压国内企业，导致国内企业研发资金链断裂，无法在性能日新月异的贴片机市场竞争中存活。
中国中低端市场容量巨大，由于中国知识产权保护乏力，一旦市场推出全新设备，立即有N家企业跟进仿造、同时低价竞争，所以国产SMT设备常常处“新型号生命周期短暂，利润难以维持”的恶性市场环境，是企业保持创新、设备后续投入升级换代持续改良的严重障碍！
注：贴片机应用领域广，技术含量高，并能带动精密机械制造、高精密传感、高性能马达制造、图像处理、X-Y伺服控制系统、软件等相关基础产业。从上世纪90年代初开始，国内先后有原电子部二所、715厂二所、43所、4506厂、熊猫电子、风华高科、上海现代、上海微电子、羊城科技等数十家企事业单位尝试过贴片机的国产化工作，但至今未有一款国产贴片机进入市场。比如，1994年，上海无线电专用设备厂又与日本合资组装过贴片机，后因日方变更而终止；2002年上海微电子装备公司与上海交大合作制成一台贴片机样机，未有商品化的后续消息；近年，华南理工大学与肇庆新宝华电子有限公司也对贴片机进行合作开发。通过调研，NEPCON展会上SMT设备专家，主要原因归纳起来有以下几点：
⑦是SMT产业标准体系不完善。
标准体系是整合供应链的关键。SMT技术、新材料和新工艺的快速变化，以及成本和环保的双重压力，迫使产品规格标准频繁变化，对SMT标准制定提出新的要求。长期以来，我国SMT产业过度依赖国外IPC标准，未根据中国SMT产业实际情况制定完备的标准体系。国内虽然制定了GB19247、GB3131、QJ165等标准，但存在标准繁杂、不成体系等问题。此外，国内SMT积极发起制定的国际标准也得不到强有力的支持和保护。比如，IPC-9853第一个由中国SMT企业发起，历时4年制定的IPC标准，但在2013年7月被IPC撤销，并未作任何说明和解释，伤害了中国SMT企业的竞争力。
⑧是SMT高端技能人才缺乏：
计划经济时代，中国大量科研机构及人才长期游离在企业之外，技术研究成果无法有效实现产业化和及时推向市场；装备制造业长期以来没有建立发展自己的技术中心，未能培育优势技术人才梯队。SMT设备涉及机械、电子、光学、材料、化工、计算机、自动控制等多学科。目前，国内仅有少数高校将重点放在工艺设备开发或微组装/封装领域，与SMT配套的学科、专业和教学体系建设刚起步，很难满足SMT行业发展需求，同时行业对电子制造技术研发和人才培养的牵动也不足，制约了SMT制造竞争力的提升。

国产T8贴片机

二、SMT设备的国产化路径：
经十多年的探索，贴片机基础技术在国内已经成熟，随着SMT技术在计算机、网络通信、消费电子以及汽车电子等的广泛应用，实施贴片机国产化战略时机已经成熟。
一是引进与培育相结合，通过产业投资基金等方式，鼓励国内企业并购国外二流贴片机企业。
采用三星贴片机产业发展模式，通过产业投资基金等多方式并购国外二流贴片机企业，在此基础上实施自主创新战略，集中力量研发贴片机视觉技术、运动控制、软件等关键技术。定位中低速、高精度、高灵活性贴片机市场，在当前经济环境不景气的背景下，通过并购、入股等方式收购具备技术优势但市场销售不佳的厂商（比如荷兰安比昂等），综合集成现有技术基础，降低研发成本，大大缩短产业化进程。
二是集中国家优势力量，联合成立专项研发团队，并加强技术研发与市场对接。
贴片机生产涉及多学科领域，单个企业很难完成，必须考虑上下游各环节协作、联合发展。建议政府以机电自动化程度高的大型国企为主体，组织国内分散研发力量，联合成立专门研发机构，同时配套专项基金并积极引导社会资金进入，多渠道保证持续研发能力。同时，技术研发与市场对接同步进行、相互促进，加快产业化进程。
三是优化市场环境，加快制定中国SMT产业标准体系。
一方面，应积极参与IPC最新SMT相关标准的制定，对已有的中国SMT产业标准，应从国家层面加强维权力度。另一方面，应顺应中国SMT市场产品、技术发展趋势，积极引导制定国内电子制造组装工艺质量技术标准，沟通分享国内SMT企业成功规范，推动其发展成为新的行业标准。
四是成立国家级SMT研发基地，加强人才培养和国际合作力度。
国家应结合产业发展战略和区域发展优势，围绕SMT相关技术和工艺基础较好的研究院所、高校、企业，设立以SMT为核心的电子制造技能实训基地，培养大批技能型SMT人才。同时，加强国际交流合作，积极参与国际学术交流会、课题研讨会。

高速散装LED贴片机领导品牌：

   “做设备一定要有技术的储备和沉淀。”炫硕光电董事长赵玉涛表示。从SMD-LED全自动分光机、SMD-LED全自动编带机，到LED全自动贴片机，分光编带机目前仍是炫硕光电的主业，占到公司业务60%左右的比重。而在LED市场上，公司的分光编带机也已是“天下谁人不识君”。

　　由于市场情况的变化，炫硕光电在立足主业的同时也不断调整自己的产品结构和经营策略。早已不满足于在分光编带领域做到市占率最大的炫硕光电，不停地研发新的产品，开拓新的市场。三年磨一剑，公司推出了不需要编带的散装贴片机。

　　传统意义上的国产贴片机对精度要求不高，但要求速度快。炫硕光电新推出的高速散装贴片机，彻底颠覆了传统的SMT工艺，采用震盘供料，省去了传统的编带环节，节省了相应的水电气及人工成本，且优化了生产工艺，机械效率成倍增长。

　　事实上，随着LED应用端市场的细分，对很多设备的功能诉求也略有不同。针对这一点，炫硕光电将贴片机服务的对象清晰的分为两块：用于显示屏、户外表贴的单头贴片机，和面向照明市场的多头贴片机。

　　“对显示屏，尤其是越来越热的小间距来说，保证精度比追求速度更重要。”赵玉涛说道，这一产品能帮助客户大大节省成本，目前已经在一些知名显示屏企业得到应用。

　　而多头贴片机则在速度上有绝对的优势，一小时最高速能达到8W点，采取群抓群贴的技术，振动盘散料上机，不需编带。“一小时就能省下100块。”赵玉涛介绍说。

　　据了解，这款不需编带的散装贴片机能帮助客户节约人工、材料的费用，对编带有一定的冲击，赵玉涛认为，“在LED产业，甚至是一场‘革命’”。

　　目前市场上主流的封装形式有COB、CSP、EMC、SMD 等，LED封装将朝着高功率、小体积、超微、超薄的方向发展，封装技术的不断革新，对设备也有不同的要求。LED的封装生产设备，也将进一步整合、集成工序，向多功能机，全自动化设备整厂输出方向发展。
础。

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