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直線電機(jī)替代絲桿傳動(dòng)是大勢(shì)所趨嗎?

發(fā)布時(shí)間: 2019-10-29
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  SMT即表面貼裝技術(shù),是一種無(wú)需對(duì)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(guī)定位置上的裝聯(lián)技術(shù),也是目前電子產(chǎn)品制造中最核心的一道工藝。

  

  自1985年開(kāi)始引進(jìn)SMT自動(dòng)貼片機(jī)生產(chǎn)線批量生產(chǎn)彩電調(diào)諧器以來(lái),中國(guó)SMT行業(yè)發(fā)展已有三十多年。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),目前我國(guó)SMT產(chǎn)線約為5萬(wàn)條,其中貼片機(jī)總保有量超過(guò)10萬(wàn)臺(tái),占全球市場(chǎng)的40%,中國(guó)成為世界體量最大、最重要的SMT市場(chǎng)。

  

  隨著近年來(lái)3C電子、半導(dǎo)體等行業(yè)的飛速發(fā)展,SMT市場(chǎng)再掀高潮。據(jù)全球行業(yè)分析師預(yù)測(cè),到2022年全球SMT設(shè)備市場(chǎng)將實(shí)現(xiàn)39億美元的銷(xiāo)售額,年均增長(zhǎng)率將達(dá)到6.7%。Stratistics MRC則更為樂(lè)觀,該市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)到2023年SMT設(shè)備銷(xiāo)售額將達(dá)到62.1億美元。

  

  SMT前景可待也!

  

  絲桿模組仍然是SMT下游應(yīng)用中的“江湖老大”

  

  在2019年8月28日至30日NEPCON電子展展覽會(huì)期間,中國(guó)直驅(qū)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟走訪了近20家下游SMT設(shè)備廠商,以深入了解直線電機(jī)在SMT行業(yè)的應(yīng)用情況及客戶(hù)需求。根據(jù)走訪的情況來(lái)看,國(guó)內(nèi)廠家使用直線電機(jī)的設(shè)備占少數(shù),大部分仍然采用的是旋轉(zhuǎn)伺服+絲杠的方式驅(qū)動(dòng);部分國(guó)外大廠由于定位高端,產(chǎn)品大部分采用的是磁懸浮電機(jī)。

  

  事實(shí)上,僅根據(jù)伺服電機(jī)和直線電機(jī)的下游應(yīng)用市場(chǎng)占比規(guī)模也可看出個(gè)中一二。據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)顯示,2018年,伺服電機(jī)的下游應(yīng)用市場(chǎng)包括機(jī)床工具(20.4%)、電子制造設(shè)備(14.5%)、紡織機(jī)械(12.1%)、包裝機(jī)械(10.8%)、機(jī)器人(6.2%)等,其中電子制造設(shè)備是伺服電機(jī)的第二大應(yīng)用市場(chǎng)。而據(jù)睿工業(yè)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)顯示直線電機(jī)的主要市場(chǎng)分別為機(jī)床、半導(dǎo)體設(shè)備、激光加工設(shè)備,在電子制造設(shè)備領(lǐng)域所占份額較低。

  

直線電機(jī)下游應(yīng)用.png

  

  無(wú)論是走訪還是下游數(shù)據(jù)對(duì)比,都可以推斷出在SMT行業(yè)中,與直線電機(jī)對(duì)比絲桿仍然是“江湖老大”。

  

  那么究竟直線電機(jī)在SMT行業(yè)中的機(jī)會(huì)點(diǎn)在哪里?我們可以從拆開(kāi)PCB的生產(chǎn)工藝來(lái)一一挖掘潛在的機(jī)會(huì)點(diǎn)。首先,在PCB的生產(chǎn)線上主要涉及到的生產(chǎn)設(shè)備有:印刷機(jī)、AOI光學(xué)檢測(cè)機(jī)、貼片機(jī)、補(bǔ)強(qiáng)機(jī)、回流爐、插件機(jī)、焊接機(jī)等,而需要應(yīng)用直線電機(jī)的多為對(duì)速度、精度要求較高的場(chǎng)合。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)展會(huì)設(shè)備展出的情況來(lái)看在貼片、AOI檢測(cè)、插件、補(bǔ)強(qiáng)、點(diǎn)膠等工藝段直線電機(jī)出現(xiàn)的身影較多。

  

 

PCB生產(chǎn)工藝.jpg

  

  ▲PCB生產(chǎn)工藝流程圖

  

  1.貼片機(jī)

  

  貼片機(jī)是SMT中的首要核心設(shè)備,用來(lái)實(shí)現(xiàn)高速、高精度、全自動(dòng)貼放元器件,貼片機(jī)關(guān)系到SMT產(chǎn)線的效率與精度,是最關(guān)鍵、最復(fù)雜的設(shè)備,通常占到整條SMT生產(chǎn)線投資的60%以上。

  

  由于表面貼裝元器件(SMC/SMD)的不斷發(fā)展,其封裝形式也在不斷變化。新的封裝如BGA、FC、CSP等,對(duì)貼片機(jī)的要求越來(lái)越高,如何縮短運(yùn)行時(shí)間、加快轉(zhuǎn)換時(shí)間以及不斷地引入具有大量的引腳數(shù)量和精細(xì)間距成為了如今貼裝設(shè)備所面臨的的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

  

  目前貼片機(jī)領(lǐng)域,國(guó)外主流品牌更加傾向于選擇直線電機(jī),以實(shí)現(xiàn)加工設(shè)備的高速、高精度,通過(guò)展會(huì)上多家國(guó)外品牌的產(chǎn)品展示也可見(jiàn)一斑,與此同時(shí)這一趨勢(shì)出現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)品牌中擴(kuò)大的苗頭。具體應(yīng)用來(lái)看,國(guó)外品牌一般是雙軸均使用直線電機(jī),而國(guó)產(chǎn)貼片機(jī)則是Y軸使用居多,X軸仍以絲桿傳動(dòng)為主。

  

  2.AOI檢測(cè)

  

  AOI設(shè)備全稱(chēng)為自動(dòng)光學(xué)檢測(cè),它利用光學(xué)手段識(shí)別焊點(diǎn)及電子元器件的外形,用以判斷焊接的質(zhì)量。隨著電子產(chǎn)品產(chǎn)品迭代速度的加快,AOI檢測(cè)肩負(fù)著提良率、增產(chǎn)能的重要使命。除檢測(cè)精度要求外,在規(guī)定的工作時(shí)間內(nèi)能夠進(jìn)行更所產(chǎn)品的檢測(cè)是AOI檢測(cè)設(shè)備在應(yīng)對(duì)市場(chǎng)需求時(shí)需要提升的。

  

  就目前整個(gè)SMT產(chǎn)線運(yùn)用來(lái)看,目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上只有20%-30%的SMT生產(chǎn)線裝配了AOI自動(dòng)光學(xué)檢測(cè),而國(guó)際領(lǐng)先電子制造的企業(yè)SMT生產(chǎn)線基本都配置了AOI光學(xué)檢測(cè)。

  

  由此來(lái)看,AOI檢測(cè)中雖然對(duì)速度、精度有嚴(yán)苛要求,直線電機(jī)有切入的可能性,也有部分國(guó)內(nèi)廠商正嘗試著在設(shè)備中使用直線電機(jī)。但AOI設(shè)備并沒(méi)在國(guó)內(nèi)SMT產(chǎn)線中大規(guī)模普及,直線電機(jī)需求還處于“蟄伏期”。

  

  其余諸如插件、點(diǎn)膠、補(bǔ)強(qiáng)等工藝,直線電機(jī)的應(yīng)用同樣是在試探的邊緣?;谑袌?chǎng)競(jìng)爭(zhēng)、產(chǎn)品定位等多重因素影響,直線電機(jī)目前依然無(wú)法撼動(dòng)絲桿傳動(dòng)的“江湖地位”。

  

  在多家企業(yè)的走訪過(guò)程中,很多下游應(yīng)用客戶(hù)表示目前絲桿能滿(mǎn)足現(xiàn)有的生產(chǎn)需求;其次優(yōu)質(zhì)的直線電機(jī)價(jià)格比較高,而目前設(shè)備市場(chǎng)上壓價(jià)情況較為嚴(yán)峻,成本管控似乎成為了直線電機(jī)在SMT行業(yè)中大規(guī)模應(yīng)用的“攔路虎”。

  

  然而隨著市場(chǎng)的PCB產(chǎn)品體積正變得越來(lái)越薄,元器件的尺寸也越來(lái)越小,產(chǎn)業(yè)升級(jí)步伐越來(lái)越快,高精密加工、全自動(dòng)化生產(chǎn)將成為無(wú)法阻擋的大潮流。對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的高速、高精、高可靠想要求越來(lái)越高,絲杠囿于速度提升的極限,無(wú)法跟上設(shè)備升級(jí)換代的步伐最終將被取代。

  

  5G帶來(lái)了“福音”

  

  從SMT輻射至整個(gè)電子制造設(shè)備領(lǐng)域,隨著5G技術(shù)的出現(xiàn),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(chǎn)品加工需求外,目前5G基站的建設(shè)也是直線電機(jī)不可忽視的增長(zhǎng)點(diǎn)。

  

  2019年6月,三大運(yùn)營(yíng)商之一的中國(guó)移動(dòng)在上海發(fā)布了“5G+計(jì)劃”,將在全國(guó)范圍內(nèi)建設(shè)超過(guò)5萬(wàn)個(gè)5G基站,在超過(guò)50個(gè)城市實(shí)現(xiàn)5G商用服務(wù)。此外,根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)顯示,2022年將迎來(lái)5G基站建設(shè)的最高潮,屆時(shí)數(shù)量規(guī)??蛇_(dá)130萬(wàn)個(gè)。

  

  

5G基站.png

  

  那么直線電機(jī)如何跨入這片藍(lán)海市場(chǎng)呢?

  

  首先看下5G基站的要求變化,它要實(shí)現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)傳輸頻率、更高的射頻,相應(yīng)地對(duì)PCB板的要求也更高。傳統(tǒng)的加工解決方案是伺服絲杠傳動(dòng)+外驅(qū)主軸,在整個(gè)加工過(guò)程中極限轉(zhuǎn)速低、靜態(tài)動(dòng)態(tài)偏擺大、組合精度低等問(wèn)題的出現(xiàn)導(dǎo)致產(chǎn)品表面質(zhì)量差;其次由于外置電機(jī)體積大,無(wú)法進(jìn)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(jī)的解決方案,可在原有的基礎(chǔ)上使主軸切削效率提升1倍、機(jī)臺(tái)綜合效率至少提升30%、表面質(zhì)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(shè)備升級(jí)、加工要求提升的角度來(lái)看,直線電機(jī)在5G產(chǎn)業(yè)中仍有大展拳腳的機(jī)會(huì)。

  

  直線電機(jī)替代絲桿傳動(dòng)是市場(chǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)

  

  從直線電機(jī)廠商的角度又如何看目前市場(chǎng)上直線電機(jī)的應(yīng)用情況及涌現(xiàn)的機(jī)會(huì)點(diǎn)呢?

  

  對(duì)此,有不少?lài)?guó)內(nèi)直驅(qū)產(chǎn)商表示,絲桿模組+伺服電機(jī)在一些性能上可以達(dá)到目前生產(chǎn)水平的需求,這個(gè)是事實(shí)。但隨著技術(shù)的進(jìn)步,應(yīng)用的提升,產(chǎn)品的品質(zhì)提高,現(xiàn)有的設(shè)備廠家需要不斷提升自身的設(shè)備性能來(lái)迎合終端產(chǎn)線的需求。

  

  此時(shí)直線電機(jī)的優(yōu)勢(shì)就完全凸顯出來(lái)了,集高速度、高加速度、高精度、高穩(wěn)定性、多動(dòng)子多工位、長(zhǎng)行程應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)于一身的直線電機(jī)及應(yīng)用將帶來(lái)SMT生產(chǎn)設(shè)備的升級(jí)。

  

  在直線電機(jī)成本問(wèn)題上,直驅(qū)廠商認(rèn)為由于目前直線電機(jī)的用量還不大,所以產(chǎn)品平均生產(chǎn)成本還比較高。一旦行業(yè)應(yīng)用更加廣泛了,直線電機(jī)需求爆發(fā),相應(yīng)的制造成本自然會(huì)下降,甚至比絲桿模組的成本更低。

  

  其次,直線電機(jī)與絲桿模組相比,生產(chǎn)效率更高、安裝更便捷、維護(hù)簡(jiǎn)單、使用壽命更長(zhǎng),綜合來(lái)看,直線電機(jī)的隱形成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于絲桿模組。看起來(lái)直線電機(jī)導(dǎo)致了表面設(shè)備成本的上升,而實(shí)際應(yīng)用中的平均成本是降低的。因此,所謂的直線電機(jī)增加設(shè)備成本的說(shuō)法并不可靠。

  

  至于直線電機(jī)在SMT行業(yè)或5G基站上的起量,或其他行業(yè)都有爆發(fā)應(yīng)用直線電機(jī)模組的可能,隨著精密制造的推進(jìn),替代絲桿傳動(dòng)只是時(shí)間問(wèn)題而已。以固晶機(jī)行業(yè)為例,目前90%以上的設(shè)備都用了直線電機(jī)。扎根在行業(yè)應(yīng)用中的直線電機(jī)廠商都在根據(jù)市場(chǎng)的變化發(fā)展,不斷改進(jìn)自身的產(chǎn)品和工藝,以更好契合市場(chǎng)發(fā)展。

  

  對(duì)于直驅(qū)廠商而言,心有多大,舞臺(tái)就有多大!

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