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中国SMT产业出路何在？ |
| 发布时间:2003年7月28日 点击次数:1303 |
| 来源:半导体国际 作者: |
我国SMT产业现状 我国SMT起步较晚,从20世纪80年代初至今仅20年时间,但在引进消化吸收国外先进技术的同时我们已经走过了理论探索,批量试验的初级阶段,进入深化研究和大批量生产应用的新阶段。 在SMT大生产方面,一方面得益于我国东南沿海地区电子工业的高速发展,大量引进和购置各种SMT生产线,我国电信产业巨子华为、中兴、大唐、东方通信和巨龙等公司称雄当地大大促进了我SMT事业的迅速发展。目前国内自行设计的电子产品,片式化率达到70%以上,在大型PCB贴片,COB技术,双面回流焊,通孔回流焊、激光焊以及MCM都能达到国外同类水平;另一方面由于我国多年来坚持改革开放,国外知名电子制造企业,如旭电、伟创力、四海来华办厂从事电子制造 。近两年来,我国SMT呈现快速发展的态势,如果说上世纪90年代初,国内SMT生产线还不足百十条,并常为开工不足而犯愁,而如今每年进口贴片机就达三四千台,人们选购贴片机的普遍要求是高速高精度。以适当大定单的需求,越来越多的电子产品标上“采用SMT工艺”,冠以SMT名称的大大小小展示会,研讨会,此起彼伏;各种有关SMT的杂志,培训班如雨后春笋,“SMT”英文缩写逐渐被越来越多的人认识,这些都说明我国的SMT产业处于空前发展阶段。如今中国已成为世界电子制造的中心,当然,我国政府并不满足此现状,特别是加入WTO后,国家的法规,政策更健全,包括知识产权的建立,管理体制得到改善,国外资本、技术大量涌入,如今信息产业的核心技术——芯片制造业进入我国,Intel、三星、中国台湾的台积电、联电等都做了大量投资,以上海中芯国际和宏力为代表的半导体工厂,建设热潮震撼世界,受到国际的特别关注。2002年,几乎每周都有跨国公司在中国设立研发中心,通用电气、菲利浦、松下电气等公司陆续把各自的司令部——大中华总部、亚太总部搬到中国。特别是我国在十五期间（2001-2005）要建设包括8英寸、12英寸在内的25条现代化IC生产线并力争超过亚太地区的其它竞争对手,在设计、制造、封装和测试方面取得第一。在技术方面,目前我国已能够自行设计开发0.18μm、500万门级水平的集成电路“龙芯”“方舟”CPU芯片,以及DSP芯片等一批具有自己知识产权的科研成果相继问世,这一切又都为推动我国SMT技术的持续发展奠定了坚实的基础。 当然我们在看到成绩的同时,更应看到国内SMT产业发展中的不足。最为醒目的问题是在国内运行的几千条自动化生产线中,几乎没有一条由国内自行生产,多年来,国内仅有几家单位从事手动或简易SMT设备制造,规模小,级别低,令人高兴的是,近几年来也出现制造高档次回流焊炉的制造商,以及开始涉足全自动贴片机研制的机构;国内的片式元件,无论是其品种,还是其数量,还远远不能满足国内高速发展的电子产品加工需求,锡膏等各种专用辅料,也几乎是国外品牌,一句话,诺大的SMT市场,几乎被外国商品占领;在大生产方面,焊接缺陷率还在高位运行,设计、采购与制造尚未形成闭环操作;在SMT标准制定方面,尚需进一步补充和修正。我们在学习、应用国外先进标准的同时,更应该制定我国自己的标准,并极积推广和执行;国内从事SMT工艺研究的机构,包括大专院校,无论在数量上,还是在研究的深度方面,以及用于研究的各种仪器设备,远远落后于SMT行业在中国发展的需求。我国在SMT技术上与国外的差距根本原因是科技的差距,其差距至少在10年以上。如不加强科研开发和基础研究,我国与国外在SMT技术上的差距会不断扩大。 加速发展我国的SMT产业 在我国SMT产业发展的20年期间,中国电子学会专门成立SMT专委会,坚持举办两年一次的有关SMT/SMD技术演讨会,很多省市如北京、四川、江苏、上海、陕西等省级电子学会也成立SMT专委会并每年均要举办各种SMT专题演讨会、培训班,近两年来又请国外专家来我国讲学,此外还出版各种SMT论文集、专著达20多种;原电子部工艺所在电科院组织下制定“表面组装工艺通用技术要求”,“表面组装技术术语”等十种有关SMT技术规范和标准;国内已有部分高等学校已开办SMT专业,从事电子工艺研究,八五期间,国内借助技改项目,引进20多条用于高频头生产的SMT生产线,以及与之相关的片式阻容元件生产线,所有这些都为推动我国SMT技术发展奠定了良好的理论基础和物质条件。 ◆ 振兴民族工业,研制国产化的贴片机 近年来,SMT技术与电子信息技术保持同步发展的态势,并且在电子信息产业中所发挥的作用越来越突出,地位越来越重要。这个观点已被越来越多的人所接受。新产品层出不穷,并迫切需求新型的SMT技术和设备,特别是在设备市场上无论是中小企业还是从事SMT工作的工程技术人员,总希望见到价廉物美的国产贴片机,但时至今日尚无踪影。我国要不要制造国产的贴片机？研制何种档次的贴片机？政府决策部门“调研、论证”的时机已经成熟,本文作者的观点是：研制国产贴片机,特别是研究中档次的贴片机时机已经成熟,这是因为就贴片机而言,它本身就是高度智能化的机电一体化设备,是信息化的产物。研制贴片机,可以带动相关的基础产业,如精密机械制造以及其相关工艺;各种高精密的传感技术;各种高性能的马达制造技术;图像处理以及传感技术;X-Y伺服控制系统;复杂的软件技术等等。 然而这些基础技术,正是我国基础工业落后的表现,考察一下我国各行各业的加工现状,凡有先进机械装备的地方,几乎是国外设备的天下。正如一位来自三峡水利工程的人大代表所说,用于三峡建设的重型设备几乎都是国外进口,并呼吁发展我国机械制造业以振兴民族工业。这一方面是由于我国长期以来是一个农业大国（农业机械也很落后）,至今尚未完成工业化进程的改造,而现在又面临着信息化的机遇和挑战,如果说把信息化程度比作成人的大脑,那么机械制造业的强弱就如同人体的骨骼,一个人没有强健的筋骨,尽管头脑聪明也不能承担长期高强度的工作。因此我们在发展信息产业的同时,发展我们的机械加工业,特别是基础产业,尽管需要大的投入,但从长久来看,将有利于国家的长久持续发展。其二,在我国SMT应用领域,既有大型的OEM、EMS制造商,他们需求高速高精度的大型贴片机又有众多的中小型企业以及用于开发研究的研究院。他们需要中低速高精度多功能贴片机,因此我们首先研制这类贴片机,向中小型企业提供质优价廉的设备,既可以降低中小企业的生产成本,又可以降低设备本身的维护成本。在许多小型民营企业,至今仍因买不起进口贴片机而采用手工贴片,不难想象,他们是多么希望早日买到价格相对较低而质量也很优良的国产贴片机。其三,我们要看到近二十年来,我国基本国力明显增强,各项科研,以及机械加工业也取得了一定成绩,特别是“863”项目中投入重金用于机器人的开发,其中软件功能、传感功能可用于贴片机的图像处理、传感及软件开发的参考与借鉴。其四,这几年的市场经济运作,使各级领导在引进外资,引进技术以及应用竞争机制,招投标等各方面积累了丰富经验,过去在引进、消化、吸收、创新过程中往往是只引进、难消化,更不易创新,离不开引进、引进、再引进的怪圈,因此政府决策部门一定要把钱投入到既有技术基础,又有加工力量,又愿极积投入研制贴片机的企业,包括民营企业。调动一切政策手段真正做到重金投入、立竿见影。如今研制国产化全自动贴片机等SMT设备,已经具备了“天时、地利、人和”的综合条件。国产化贴片机投放市场将为时不会太远。 ◆ 建立国家级SMT研究基地、培育世界知名机构 国内SMT工艺技术的应用,主要依靠引进新设备、新材料的同时引进了工艺技术,至今还没有具备自主知识产权的领域与项目,国家级的SMT研究基地还少之又少。投入的资金仍是杯水车薪。以目前将要推广的无铅焊料来说,许多国家多年来都在从事无铅焊料的研究,并推出Sn-Zn;Sn-Bi ;Sn-Ag-Cu系列的无铅锡膏,并在Sn-Ag-Cu系列中又出现不同Cu含量的品种,然而这么多的无铅品种,将不利于电子组装厂的使用和成本的降低,也不利于电子产品的维修护理,推行无铅化焊料标准化的工作已提到议事日程,2002年11月,美国电子产品协会（NEMI）,日本的电子信息技术产业协会JEITA以及欧洲的SOLDERTEC,三方代表聚集日本东京,共同签署了世界无铅软钎焊发展规划的框架协议。提出了世界范围内推广无铅焊料的时间表,以及无铅焊料的定义,（原则上规定无铅焊料中Pb含量为0.1wt%）并推荐Sn-Ag-Cu合金作为通用无铅焊料。 上述三家机构均是世界知名的SMT研究机构,特别NEMI多年来从事无铅焊料的研究,他们在制定相关标准时,均会考虑到本国的利益。在电子行业中,人们常说：“一流的企业制定标准,二流的企业生产品牌,三流的企业忙于制造”。由于我国缺乏早期研究,或无法成为世界知名机构,也就无法参与国际相关标准的讨论与制定。 SMT是一门新兴的、综合性的工程科学技术,涉及到机械、电子、光学、材料、化工、计算机、网络、自动控制。知识密集、技术密集。在我国与之相应的学科、专业建设和教学体系建设还刚刚起步,现有的大学所设工科院系很难满足SMT要求。因此国家主管部门应根据国内现有的研究院所,设立多个用于SMT领域的研究基地。从事SMT课题研究并极积参与世界级课题的讨论与交流。争取在一个不太长的时间内培育出世界知名的SMT研究机构,各级学会组织不仅仅满足一年一度的学术交流会,而应成为政府决策部门的助手;包括制定我国SMT产业发展规划以及将要推行的无铅化进程时间表。按照美国IPC模式积极组建国内的SMT研究机构参与SMT相关标准的制定;积极从事SMT设备、工艺、材料的研究。本文现提出如下工艺课题供业内人士研究参考： * 无铅焊料的研究（特别是适应我国国情的无铅焊料品种）; * 无铅焊及其与之配套的工艺研究（助焊剂、回流焊/波峰焊工艺、片式元件的无铅化、PCB高温的适应性）; * 0603元件贴片工艺（包括焊盘、模板窗口设计）; * 回流焊工艺中回流时间与峰值温度对焊点金属间化合物（IMC）影响; * 免清洗焊接工艺的研究; * F·C底层填料与焊接工艺的研究; * SMT大生产中防静电技术的研究; * SMT大生产中环保问题的研究; * SMA清洗工艺的研究包括清洗测试标准与检测仪器; * SMT生产线计算机/网络管理的研究; * PCB的积成法制造技术; * 导电胶与各向异性导电胶的研究,为将出现冷连接工艺做好超前研究; 当然还有其它方面的研究,若能做好上述基础工艺的研究,将会使我国SMT工艺水平跃上一个新的台阶。 在发展元器件方向,面对高速发展的SMT加工产业,其市场需求将大幅上升。现有的国内元器件产量,无论是品种还是产量远远满足不了市场的需求。国外机构预测表明：中国半导体市场需求将从2001年的130亿美元上升到2005年的340亿美元。这是一个多么有诱惑力的市场。市场的需求将会推动我国元器件产业化的进程。 与国外SMT先进技术相比,我国SMT技术存在很大差距。我国的SMT产业是何等的幼稚,但不管怎么说,SMT的中国时代正在来临,中国正在成为SMT的全球制造中心,在这期间,我们存在着机遇,但更存在挑战。 SMT从狭意上讲,是将片式元器件贴装到PCB上,经过整体加热实现电子元器件互联,但从广意来讲,它包含片式元器件、表面组装设备、表面组装工艺和材料。通常人们把表面组装设备称之为“硬件”,表面组装工艺称之为软件,而电子元器件既是SMT的基础,又是SMT发展的动力,它推动着SMT专用设备和装联工艺不断更新和深化。而支持信息产业的关键技术正是芯片技术和组装技术。芯片技术决定其电子产品的性能,是信息产业的核心,世界上芯片技术的龙头正是信息技术高度发达的美国,近十年来的高速发展,支持美国经济持续发展;组装技术即大生产技术,它是把先进的信息技术转化为实际的可供人们使用的电子产品,其过程既给社会带来巨大的物质财富,又给人们带来物质生活的享受和文明,如今各种数字化的电子产品琳琅满目,使人应接不暇。因此从广意上来讲,SMT技术和信息产业是相互依存相互发展的,SMT已成为信息产业强有力的基础。为此近几年来美国、欧洲、日本等都纷纷建立了涉及技术开发、生产制造的国家级研究机构,以从事SMT方面的研究与开发。例如美国半导体协会（SIA）每年发布的规格书,已在世界电子组装技术发展中起到重要的指导作用。近期它在发布的规划书中,十分引人注目的提出了三维立体安装技术形态将成为今后安装技术发展趋势的预测,这意味着SIP（System in Package）及SOC（System-on-Chip）等系统模块技术将有更快的发展;在欧洲,以瑞典的生产技术研究所（IVF）和德国IEM研究所为“牵头”的研究机构,从事组装技术绿色化的研究,包括无铅焊料,无VOC焊剂,PCB制造中限用阻燃剂的绿色化制造技术,并制定明确的使用时间表,以体现出其决心和信心;在日本,日本电子信息技术产业协会（JEITA）等多个学术团体,将“组装技术”提升到“从电路设计到电子部件、安装设备及关联工艺技术最优化的综合结果”。并在这个基础上,成立“电子系统集成联络协议会”不同专业协会相互沟通、相互协调,以战略眼光制定本国的发展计划。这些世界级研究机构的动向也为21世纪SMT的发展趋势指出了明确的方向： · 如今IC光刻技术已进入纳米时代,伴随着I/O端子数的增多,器件的封装形式也将由QFP快速地向球栅阵列式封装形式过渡,BGA、CSP将成为封装技术的主流,随着F·C底层填料的开发成功,F·C器件也将进入实用化阶段。这意味着球栅阵列技术将开始取代周围引脚表面贴装器件就象表面贴装元件取代通孔元件一样,叠层芯片（Stracked Chip）SOC、SIP器件将会广泛使用。 ·与球栅阵式器件相配套的是PCB技术,包括基材的制造技术也将出现更新,如今高Tg,低TCE的基材不断推出,特别积成法制造（BUM）的PCB技术每年以17%速度在增长,用BUM制造的PCB,其TCE可达到6ppm,这意味着与片式元件的TCE同等级别,BUM法制造的PCB将有力支撑着F·C的实际应用。 · 随着人们环保意识的提高,绿色化生产已成为大生产技术的新理念。这种新理念体现在如下几个方面： ·随着无铅焊料的开发成功,以及日本企业已经部分在消费类产品中使用;无铅化进程有加速化趋势。特别是欧洲联盟有关电气与电子设备中废料的法令（WEEE和RoHS）包括含铅焊料的禁止将在2006年7月1日生效。这意味着全世界电子产品组装将进入无铅化时代。 ·PCB制造的过程中不再使用数种阻燃剂,由于它会造成因焚化PCB而产生二恶英（Dioxin）,二恶英是一种会使人致癌的物质,在日本PCB制造商还禁用不会产生二恶英的阻燃剂四溴二苯酚（TBBA tetrabromobis- phenol）。 ·在焊剂使用中无VOC焊剂的应用亦提到议事日程上来。 · 0201元件的使用将对印刷机、贴片机、回流炉技术以及检测技术提出更高要求。模块化、高速、高精度贴片机,以及能连线使用的AOI,AXI将成为设备制造方向。 ·如今导电胶的电阻率已达到0.001Ω,综合性能明显提高,冷连接工艺已初露端倪。 · SMT生产线的管理方面已进入计算机以及无线网络管理,做到实时工艺参数采集和传送。不仅是质量上支持6Sigma标准,并向无人化管理迈进。 不难看出,无论是片式器件的封装形式,还是SMT设备与工艺,都在支持PCB向实现高密度互连方向发展,并适应信息技术发展的需求。无线网络、卫星通讯将更广泛应用;各种工业控制系统和设备将会做得更小,并且有消耗功率低和维修简单的优点;计算机和办公外设将发展更快和更加可靠性;医疗仪器将表现为更高的精密性。一句话,新的信息技术将给人们提供更方便、更安全、更保密,以及舒适和乐趣。因此说SMT是信息产业迅速壮大和突飞猛进的主要支柱,在本世纪内以至更长的一个历史时期中SMT仍是电子产品组装的主流和基础技术。 |
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