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直線電機替代絲桿傳動是大勢所趨嗎?

發布時間: 2019-10-29
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  SMT即表面貼裝技術,是一種無需對印制鉆插裝孔,直接將表面組裝元器件貼、焊到印制板表面規定位置上的裝聯技術,也是目前電子產品制造中最核心的一道工藝。

  

  自1985年開始引進SMT自動貼片機生產線批量生產彩電調諧器以來,中國SMT行業發展已有三十多年。據不完全統計,目前我國SMT產線約為5萬條,其中貼片機總保有量超過10萬臺,占全球市場的40%,中國成為世界體量最大、最重要的SMT市場。

  

  隨著近年來3C電子、半導體等行業的飛速發展,SMT市場再掀高潮。據全球行業分析師預測,到2022年全球SMT設備市場將實現39億美元的銷售額,年均增長率將達到6.7%。Stratistics MRC則更為樂觀,該市場研究機構預測到2023年SMT設備銷售額將達到62.1億美元。

  

  SMT前景可待也!

  

  絲桿模組仍然是SMT下游應用中的“江湖老大”

  

  在2019年8月28日至30日NEPCON電子展展覽會期間,中國直驅產業聯盟走訪了近20家下游SMT設備廠商,以深入了解直線電機在SMT行業的應用情況及客戶需求。根據走訪的情況來看,國內廠家使用直線電機的設備占少數,大部分仍然采用的是旋轉伺服+絲杠的方式驅動;部分國外大廠由于定位高端,產品大部分采用的是磁懸浮電機。

  

  事實上,僅根據伺服電機和直線電機的下游應用市場占比規模也可看出個中一二。據前瞻產業研究院數據顯示,2018年,伺服電機的下游應用市場包括機床工具(20.4%)、電子制造設備(14.5%)、紡織機械(12.1%)、包裝機械(10.8%)、機器人(6.2%)等,其中電子制造設備是伺服電機的第二大應用市場。而據睿工業統計的數據顯示直線電機的主要市場分別為機床、半導體設備、激光加工設備,在電子制造設備領域所占份額較低。

  

直線電機下游應用.png

  

  無論是走訪還是下游數據對比,都可以推斷出在SMT行業中,與直線電機對比絲桿仍然是“江湖老大”。

  

  那么究竟直線電機在SMT行業中的機會點在哪里?我們可以從拆開PCB的生產工藝來一一挖掘潛在的機會點。首先,在PCB的生產線上主要涉及到的生產設備有:印刷機、AOI光學檢測機、貼片機、補強機、回流爐、插件機、焊接機等,而需要應用直線電機的多為對速度、精度要求較高的場合。根據現場展會設備展出的情況來看在貼片、AOI檢測、插件、補強、點膠等工藝段直線電機出現的身影較多。

  

 

PCB生產工藝.jpg

  

  ▲PCB生產工藝流程圖

  

  1.貼片機

  

  貼片機是SMT中的首要核心設備,用來實現高速、高精度、全自動貼放元器件,貼片機關系到SMT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。

  

  由于表面貼裝元器件(SMC/SMD)的不斷發展,其封裝形式也在不斷變化。新的封裝如BGA、FC、CSP等,對貼片機的要求越來越高,如何縮短運行時間、加快轉換時間以及不斷地引入具有大量的引腳數量和精細間距成為了如今貼裝設備所面臨的的嚴峻挑戰。

  

  目前貼片機領域,國外主流品牌更加傾向于選擇直線電機,以實現加工設備的高速、高精度,通過展會上多家國外品牌的產品展示也可見一斑,與此同時這一趨勢出現了國產品牌中擴大的苗頭。具體應用來看,國外品牌一般是雙軸均使用直線電機,而國產貼片機則是Y軸使用居多,X軸仍以絲桿傳動為主。

  

  2.AOI檢測

  

  AOI設備全稱為自動光學檢測,它利用光學手段識別焊點及電子元器件的外形,用以判斷焊接的質量。隨著電子產品產品迭代速度的加快,AOI檢測肩負著提良率、增產能的重要使命。除檢測精度要求外,在規定的工作時間內能夠進行更所產品的檢測是AOI檢測設備在應對市場需求時需要提升的。

  

  就目前整個SMT產線運用來看,目前國內市場上只有20%-30%的SMT生產線裝配了AOI自動光學檢測,而國際領先電子制造的企業SMT生產線基本都配置了AOI光學檢測。

  

  由此來看,AOI檢測中雖然對速度、精度有嚴苛要求,直線電機有切入的可能性,也有部分國內廠商正嘗試著在設備中使用直線電機。但AOI設備并沒在國內SMT產線中大規模普及,直線電機需求還處于“蟄伏期”。

  

  其余諸如插件、點膠、補強等工藝,直線電機的應用同樣是在試探的邊緣。基于市場競爭、產品定位等多重因素影響,直線電機目前依然無法撼動絲桿傳動的“江湖地位”。

  

  在多家企業的走訪過程中,很多下游應用客戶表示目前絲桿能滿足現有的生產需求;其次優質的直線電機價格比較高,而目前設備市場上壓價情況較為嚴峻,成本管控似乎成為了直線電機在SMT行業中大規模應用的“攔路虎”。

  

  然而隨著市場的PCB產品體積正變得越來越薄,元器件的尺寸也越來越小,產業升級步伐越來越快,高精密加工、全自動化生產將成為無法阻擋的大潮流。對生產設備的高速、高精、高可靠想要求越來越高,絲杠囿于速度提升的極限,無法跟上設備升級換代的步伐最終將被取代。

  

  5G帶來了“福音”

  

  從SMT輻射至整個電子制造設備領域,隨著5G技術的出現,我們似乎看到了新一輪的曙光。除了由5G衍生的更多電子產品加工需求外,目前5G基站的建設也是直線電機不可忽視的增長點。

  

  2019年6月,三大運營商之一的中國移動在上海發布了“5G+計劃”,將在全國范圍內建設超過5萬個5G基站,在超過50個城市實現5G商用服務。此外,根據前瞻產業研究院數據顯示,2022年將迎來5G基站建設的最高潮,屆時數量規模可達130萬個。

  

  

5G基站.png

  

  那么直線電機如何跨入這片藍海市場呢?

  

  首先看下5G基站的要求變化,它要實現更快的數據傳輸頻率、更高的射頻,相應地對PCB板的要求也更高。傳統的加工解決方案是伺服絲杠傳動+外驅主軸,在整個加工過程中極限轉速低、靜態動態偏擺大、組合精度低等問題的出現導致產品表面質量差;其次由于外置電機體積大,無法進行多頭加工影響效率。

  

  如果采用永磁同步高速電主軸+直線電機的解決方案,可在原有的基礎上使主軸切削效率提升1倍、機臺綜合效率至少提升30%、表面質量大幅度提升(不變形、不崩邊、形位精度高),效益明顯改善。因此從設備升級、加工要求提升的角度來看,直線電機在5G產業中仍有大展拳腳的機會。

  

  直線電機替代絲桿傳動是市場發展的必然趨勢

  

  從直線電機廠商的角度又如何看目前市場上直線電機的應用情況及涌現的機會點呢?

  

  對此,有不少國內直驅產商表示,絲桿模組+伺服電機在一些性能上可以達到目前生產水平的需求,這個是事實。但隨著技術的進步,應用的提升,產品的品質提高,現有的設備廠家需要不斷提升自身的設備性能來迎合終端產線的需求。

  

  此時直線電機的優勢就完全凸顯出來了,集高速度、高加速度、高精度、高穩定性、多動子多工位、長行程應用等優點于一身的直線電機及應用將帶來SMT生產設備的升級。

  

  在直線電機成本問題上,直驅廠商認為由于目前直線電機的用量還不大,所以產品平均生產成本還比較高。一旦行業應用更加廣泛了,直線電機需求爆發,相應的制造成本自然會下降,甚至比絲桿模組的成本更低。

  

  其次,直線電機與絲桿模組相比,生產效率更高、安裝更便捷、維護簡單、使用壽命更長,綜合來看,直線電機的隱形成本遠遠低于絲桿模組。看起來直線電機導致了表面設備成本的上升,而實際應用中的平均成本是降低的。因此,所謂的直線電機增加設備成本的說法并不可靠。

  

  至于直線電機在SMT行業或5G基站上的起量,或其他行業都有爆發應用直線電機模組的可能,隨著精密制造的推進,替代絲桿傳動只是時間問題而已。以固晶機行業為例,目前90%以上的設備都用了直線電機。扎根在行業應用中的直線電機廠商都在根據市場的變化發展,不斷改進自身的產品和工藝,以更好契合市場發展。

  

  對于直驅廠商而言,心有多大,舞臺就有多大!

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