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直线电机替代丝杆传动是大势所趋吗?

发布时间: 2019-10-29
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  SMT即表面贴装技术,是一种无需对印制钻插装孔,直接将表面组装元器件贴、焊到印制板表面规定位置上的装联技术,也是目前电子产品制造中最核心的一道工艺。

  

  自1985年开始引进SMT自动贴片机生产线批量生产彩电调谐器以来,中国SMT行业发展已有三十多年。据不完全统计,目前我国SMT产线约为5万条,其中贴片机总保有量超过10万台,占全球市场的40%,中国成为世界体量最大、最重要的SMT市场。

  

  随着近年来3C电子、半导体等行业的飞速发展,SMT市场再掀高潮。据全球行业分析师预测,到2022年全球SMT设备市场将实现39亿美元的销售额,年均增长率将达到6.7%。Stratistics MRC则更为乐观,该市场研究机构预测到2023年SMT设备销售额将达到62.1亿美元。

  

  SMT前景可待也!

  

  丝杆模组仍然是SMT下游应用中的“江湖老大”

  

  在2019年8月28日至30日NEPCON电子展展览会期间,中国直驱产业联盟走访了近20家下游SMT设备厂商,以深入了解直线电机在SMT行业的应用情况及客户需求。根据走访的情况来看,国内厂家使用直线电机的设备占少数,大部分仍然采用的是旋转伺服+丝杠的方式驱动;部分国外大厂由于定位高端,产品大部分采用的是磁悬浮电机。

  

  事实上,仅根据伺服电机和直线电机的下游应用市场占比规模也可看出个中一二。据前瞻产业研究院数据显示,2018年,伺服电机的下游应用市场包括机床工具(20.4%)、电子制造设备(14.5%)、纺织机械(12.1%)、包装机械(10.8%)、机器人(6.2%)等,其中电子制造设备是伺服电机的第二大应用市场。而据睿工业统计的数据显示直线电机的主要市场分别为机床、半导体设备、激光加工设备,在电子制造设备领域所占份额较低。

  

直线电机下游应用.png

  

  无论是走访还是下游数据对比,都可以推断出在SMT行业中,与直线电机对比丝杆仍然是“江湖老大”。

  

  那么究竟直线电机在SMT行业中的机会点在哪里?我们可以从拆开PCB的生产工艺来一一挖掘潜在的机会点。首先,在PCB的生产线上主要涉及到的生产设备有:印刷机、AOI光学检测机、贴片机、补强机、回流炉、插件机、焊接机等,而需要应用直线电机的多为对速度、精度要求较高的场合。根据现场展会设备展出的情况来看在贴片、AOI检测、插件、补强、点胶等工艺段直线电机出现的身影较多。

  

 

PCB生产工艺.jpg

  

  ▲PCB生产工艺流程图

  

  1.贴片机

  

  贴片机是SMT中的首要核心设备,用来实现高速、高精度、全自动贴放元器件,贴片机关系到SMT产线的效率与精度,是最关键、最复杂的设备,通常占到整条SMT生产线投资的60%以上。

  

  由于表面贴装元器件(SMC/SMD)的不断发展,其封装形式也在不断变化。新的封装如BGA、FC、CSP等,对贴片机的要求越来越高,如何缩短运行时间、加快转换时间以及不断地引入具有大量的引脚数量和精细间距成为了如今贴装设备所面临的的严峻挑战。

  

  目前贴片机领域,国外主流品牌更加倾向于选择直线电机,以实现加工设备的高速、高精度,通过展会上多家国外品牌的产品展示也可见一斑,与此同时这一趋势出现了国产品牌中扩大的苗头。具体应用来看,国外品牌一般是双轴均使用直线电机,而国产贴片机则是Y轴使用居多,X轴仍以丝杆传动为主。

  

  2.AOI检测

  

  AOI设备全称为自动光学检测,它利用光学手段识别焊点及电子元器件的外形,用以判断焊接的质量。随着电子产品产品迭代速度的加快,AOI检测肩负着提良率、增产能的重要使命。除检测精度要求外,在规定的工作时间内能够进行更所产品的检测是AOI检测设备在应对市场需求时需要提升的。

  

  就目前整个SMT产线运用来看,目前国内市场上只有20%-30%的SMT生产线装配了AOI自动光学检测,而国际领先电子制造的企业SMT生产线基本都配置了AOI光学检测。

  

  由此来看,AOI检测中虽然对速度、精度有严苛要求,直线电机有切入的可能性,也有部分国内厂商正尝试着在设备中使用直线电机。但AOI设备并没在国内SMT产线中大规模普及,直线电机需求还处于“蛰伏期”。

  

  其余诸如插件、点胶、补强等工艺,直线电机的应用同样是在试探的边缘。基于市场竞争、产品定位等多重因素影响,直线电机目前依然无法撼动丝杆传动的“江湖地位”。

  

  在多家企业的走访过程中,很多下游应用客户表示目前丝杆能满足现有的生产需求;其次优质的直线电机价格比较高,而目前设备市场上压价情况较为严峻,成本管控似乎成为了直线电机在SMT行业中大规模应用的“拦路虎”。

  

  然而随着市场的PCB产品体积正变得越来越薄,元器件的尺寸也越来越小,产业升级步伐越来越快,高精密加工、全自动化生产将成为无法阻挡的大潮流。对生产设备的高速、高精、高可靠想要求越来越高,丝杠囿于速度提升的极限,无法跟上设备升级换代的步伐最终将被取代。

  

  5G带来了“福音”

  

  从SMT辐射至整个电子制造设备领域,随着5G技术的出现,我们似乎看到了新一轮的曙光。除了由5G衍生的更多电子产品加工需求外,目前5G基站的建设也是直线电机不可忽视的增长点。

  

  2019年6月,三大运营商之一的中国移动在上海发布了“5G+计划”,将在全国范围内建设超过5万个5G基站,在超过50个城市实现5G商用服务。此外,根据前瞻产业研究院数据显示,2022年将迎来5G基站建设的最高潮,届时数量规模可达130万个。

  

  

5G基站.png

  

  那么直线电机如何跨入这片蓝海市场呢?

  

  首先看下5G基站的要求变化,它要实现更快的数据传输频率、更高的射频,相应地对PCB板的要求也更高。传统的加工解决方案是伺服丝杠传动+外驱主轴,在整个加工过程中极限转速低、静态动态偏摆大、组合精度低等问题的出现导致产品表面质量差;其次由于外置电机体积大,无法进行多头加工影响效率。

  

  如果采用永磁同步高速电主轴+直线电机的解决方案,可在原有的基础上使主轴切削效率提升1倍、机台综合效率至少提升30%、表面质量大幅度提升(不变形、不崩边、形位精度高),效益明显改善。因此从设备升级、加工要求提升的角度来看,直线电机在5G产业中仍有大展拳脚的机会。

  

  直线电机替代丝杆传动是市场发展的必然趋势

  

  从直线电机厂商的角度又如何看目前市场上直线电机的应用情况及涌现的机会点呢?

  

  对此,有不少国内直驱产商表示,丝杆模组+伺服电机在一些性能上可以达到目前生产水平的需求,这个是事实。但随着技术的进步,应用的提升,产品的品质提高,现有的设备厂家需要不断提升自身的设备性能来迎合终端产线的需求。

  

  此时直线电机的优势就完全凸显出来了,集高速度、高加速度、高精度、高稳定性、多动子多工位、长行程应用等优点于一身的直线电机及应用将带来SMT生产设备的升级。

  

  在直线电机成本问题上,直驱厂商认为由于目前直线电机的用量还不大,所以产品平均生产成本还比较高。一旦行业应用更加广泛了,直线电机需求爆发,相应的制造成本自然会下降,甚至比丝杆模组的成本更低。

  

  其次,直线电机与丝杆模组相比,生产效率更高、安装更便捷、维护简单、使用寿命更长,综合来看,直线电机的隐形成本远远低于丝杆模组。看起来直线电机导致了表面设备成本的上升,而实际应用中的平均成本是降低的。因此,所谓的直线电机增加设备成本的说法并不可靠。

  

  至于直线电机在SMT行业或5G基站上的起量,或其他行业都有爆发应用直线电机模组的可能,随着精密制造的推进,替代丝杆传动只是时间问题而已。以固晶机行业为例,目前90%以上的设备都用了直线电机。扎根在行业应用中的直线电机厂商都在根据市场的变化发展,不断改进自身的产品和工艺,以更好契合市场发展。

  

  对于直驱厂商而言,心有多大,舞台就有多大!

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