电子制造装备

电子制造装备李永畅耿林张洋2014年3月26日电子制造与电子制造装备概述电子制造装备的类别现代电子制造装备的发展趋势与特点我国电子制造装备的发展现状电子制造是国家经济、金融、国防信息系统安全的重要环节，也是显示器、存储器、太阳能电池、光电子器件、通讯器件等主流高技术产业的核心。电子信息产业是国民经济和国防建设的支柱产业，高水平的电子制造装备则是衡量一个国家或地区科技实力的重要标志。现代电子制造装备横跨电子、机械、自动化、光学、计算机等众多学科，涉及精密视觉检测、高速高精度控制、精密机械加工、计算机集成制造等核心技术，是典型的机光电一体化高科技领域。一、电子制造与电子制造装备概述电子制造装备对电子制造业的重要性是显而易见的。古人云“工欲善其事必先利其器”，虽然电子制造是近代才发展起来的先进制造技术，但事理是大体一样的。不过古代的“器”只是手工工具，缺乏利器，可能只是效率低一点；现代电子制造可就完全不一样了，没有相应的现代化半导体制造装备，根本不可能制造出各种芯片；没有高效率的先进电子组装设备，产品根本无法在市场上参与竞争。从某种意义上说，制造装备是决定电子制造产业强弱成败的一个关键因素。二、电子制造装备的类别电子制造装备门类繁多，业界中多以行业分类为主，辅以装备特性方式划分门类。1．半导体制造装备2．电真空器件及平板显示器生产装备3．电子元件及机电组件生产装备4．印制电路板生产装备5．组装及整机装联设备6．其他装备•2.1半导体制造装备1.硅单晶制造设备，包括硅单晶制造设备（CZ法和FZ法）、圆片整形加工研削设备、切片设备、取片设备、磨片设备、抛光设备和各种检验设备等；2.电路设计及CAD设备，包括计算机系统、各种输入输出设备和各种软件等；3.制板设备，包括图形发生器、接触式打印机、抗腐剂处理设备、腐蚀设备、清洗设备和各种检验设备等；4.芯片制造设备，包括光刻设备（曝光设备、涂膜、显影设备、腐蚀设备等）、清洗设备、掺杂设备（离子注入设备、扩散炉）、氧化设备、CVD设备、溅射设备、各种测试检测设备和分析评价设备等；5.封装与测试设备，包括组装设备（划片设备、键合设备、塑封设备、老化设备）、试验设备（验漏、测试、数据处理设备、环境试验设备）等；6.半导体工程设备，包括净化室、净化台、晶圆标准机械接口箱、自动搬送设备和环境控制设备（超净水制造、废气处理、废液处理、精制设备、分析设备、探测器）等。•2.2电真空器件及平板显示器生产装备包括显像（显示）管制造设备，真空开关管制造设备，液晶显示器件制造设备，PDP制造设备，真空荧光显示屏(VFD)制造设备，电子枪制造设备等。•2.3电子元件及机电组件生产装备包括线束线缆设备，电阻器、电容器和电感器制造设备，敏感组件制造设备，传感器制造设备，晶体振荡器制造设备，滤波器制造设备，频率器件制造设备，磁性材料及元件制造设备，电子变压器制造设备，开关制造设备，接插件制造设备，微特电机制造设备，继电器制造设备，电声器件制造设备，电池生产设备，陶瓷材料设备，线圈制造设备等。•2.4印制电路板生产装备包括基板加工设备，压合设备，钻孔成形设备，湿制程设备，丝印设备，检测设备，电镀设备，喷锡设备，压膜机，曝光机，显影机，制板机，烘烤制程自动线以及环境工程设备等。•2.5组装及整机装联设备包括SMT焊膏印刷机，喷涂设备，点胶设备，自动插件机，贴片机，接驳台，上下料机，回流焊机，波峰焊机，炉温测量仪，清洗设备，返修设备，自动光学检测设备(AOI)，自动X射线检测设备(AXI)，环境设备，各种辅助设备（零件编带机、钢网清洁机、焊膏搅拌机、锡膏测试仪、元器件及印制电路板烤箱、锡渣还原机等），氮气设备，电缆加工及检测设备等。•2.6其他装备1.环境与试验设备包括高低温/恒温试验设备，湿热试验设备，干燥（老化）试验设备，防护（例防砂/防尘/盐雾/防水等）试验设备，冲击试验设备，振动试验设备，无损检测仪器，电磁兼容测试仪，力学试验设备等。2.防静电装备包括防静电生产装备（防静电台车、台垫、周转箱、周转架、元件盒、坐椅等）防静电离子谩备（离子风机、离子风帘等），防静电地板，防静电测试设备（静电场测试仪、表面电阻测试仪、手腕带测试仪等）以及静电消除器等。3.超声波设备包括超声波电镀设备，超声波清洗机，超声波焊接设备（塑焊机、熔接机、点焊等机），超声波清洗干燥机，超声波冷水机，超声波熔断机等。4.净化设备包括电磁屏蔽设备，气体（氢、氧、氮等）纯化设备，空气净化设备，水、纯化设备，无尘室设备，废水、废气处理设备等。5.激光设备包括激光画线机，激光雕刻机，激光焊接机，激光切割机，激光打孔机，激光打标机，激光剥线机，激光测距仪等。6.专业工具包括手工焊接工具（电烙铁、热风枪、锡炉等），压接工具以及电动螺丝刀等。三、现代电子制造装备的发展趋势与特点现代电子制造装备的发展趋势与特点，可以用“三高三化”来概括，即高精度、高效率、高集成、柔性化、智能化、绿色化。•3.1高精度高精度也称为“高精细”或“精密化”。它一方面是指对产品、零件的精度要求越来越高，另一方面是指对产品、零件的加工精度要求越来越高。有了前者，才要求有后者；有了后者，才促使前者得以发展。近半个多世纪来，微电子工艺尺寸从数十微米、微米级、亚微米级直到纳米级。电子元件制造误差，一般晶体管50μm，一般磁盘5μm，一般磁头磁鼓0.5μm，集成电路0.05μm，超大型集成电路达0.005μm，而合成半导体为1nm。在现代超精密机械中，离子束加工可达纳米级，借助于扫描隧道显微镜(STM)与原子力显微镜的加工，则可达0.1nm。即使在尺寸精度要求相对低的组装中，由于01005片式元件及0.4mm或0.3mm节距封装的使用，对相应涂覆和贴装设备要求也达到微米级，而且是高速运动中的定位精度。精密化的另一个要求是微电子制造的“三超”：1.超净，加工车间尘埃颗粒直径小于lμm．颗粒数少于0.1个ft3；2.超纯，芯片材料有害杂质，其含量小于十亿分之一；3.超精，加工精度达纳米级。•3.2高效率高效率就是提高生产效率，缩短加工周期，增加产能。又好又快又省钱是制造业永恒的追求，在竞争越来越激烈的今天尤其如此。提高效率的主要途径是自动化，就是减轻人的劳动，强化：延伸、取代人的有关劳动的技术或手段。从自动控制、自动调节、自动补偿、自动辨识等发展到自学习、自组织、自维护、自修复等更高的自动化水平。自动化总是伴随有关机械或工具来实现的。信息化、计算机化与网络化，不但极大地解放了人的体力劳动，更为关键的是有效地提高了脑力劳动和自动化的水平，解放了人的部分的脑力劳动。另一方面，设备结构和工作模式的改进也是提高生产效率的重要方式。例如贴片机在贴装速度潜力挖掘没有多少空间的情况下，双路输送结构是提高效率的一种有效方法。双路输送贴片机在保留传统单路贴片机性能的基础上，将PCB的输送、定位、检测、贴片等设计成双路结构。这种双路结构可以同步方式或异步方式工作，均能缩短贴片机的无效工作时间，提高机器的生产效率。再如贴片机的多悬臂、多贴装头结构，都是行之有效的方法。•3.3高集成高集成，一是装备技术的集成；二是技术与管理的集成，其本质是知识的集成。装备技术的集成，就是要多种技术交叉、嫁接、融合。例如机光电一体化；检测传感技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服传动技术、精密机械技术、系统总体技术综合应用；软硬件技术协调与集成等。技术与管理的集成，就是要充分利用计算机、自动化和网络技术，将设备应用与管理技术有机融合，特别是成套装备即自动化生产线尤其重要。例如SMT生产线设备中嵌入统计过程控制(statisticalprocesscontrol，SPC)、可追溯系统等，可以充分发挥设备效能，提高产能和质量。•3.4柔性化柔性化是应对多品种、小批量趋势的唯一有效方法。装备柔性化的一个重要内容是设备的模块化和模组化。模块化又称积木式，例如将贴片机的主机做成标准设备，并装备统一的标准的机座平台和通用的用户接口，而将点胶贴片的各种功能做成功能模块组件，用户可以根据需要在主机上装置所需的功能模块品种和数量，或更换新的模块，以实现用户需要的新的功能要求。模组化可以理解为子母机模式，例如将贴片机分为控制主机和功能模块机，根据用户的不同需求，由控制主机和功能模块机柔性组合来满足用户的需求。模块机有不同的功能，针对不同元器件的贴装要求，可以按不同的精度和速度进行贴装，以达到较高的使用效率。当用户有新的要求时，可以根据需要增加新的功能棋块机；订单增加时可以增加模块机数量来增加产能而不用增加整个机器。•3.5智能化制造装备的智能化是制造技术发展最具前景的方向。近20年来，制造系统正在由原先的能量驱动型转变为信息驱动型，这就要求制造系统不但要具备柔性，而且还要表现出智能，以便应对大量复杂信息的处理、瞬息万变的市场需求和激烈竞争的复杂环境。智能化装备的基础是计算机智能技术。智能制造装备具有以下特点：①人机一体化；②自律能力；③自组织与超柔性；④学习能力与自我维护能力。智能化的未来，具有更高级的类人思维的能力，借助计算机模拟的人类专家的智能活动，对制造过程进行分析、判断、推理、构思和决策，取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动；同时，收集、存储、处理、完善、共享、继承和发展人类专家的智能等。智能化在多种制造装备中的应用还刚开始，目前一些检测设备正在向智能化发展，例如配备专家系统的设备可以根据检测到的故障现象，分析故障根源并给出改进建议。•3.6绿色化绿色化是电子制造装备未来发展的必然趋势。人类社会的发展必将走向人与自然界的和谐，电子制造装备当然不会例外。电子制造装备要从构思开始，在设计阶段、制造阶段、销售阶段、使用与维修阶段，直到回收阶段、再制造各阶段，都必须充分考虑环境保护。所谓环境保护是广义的，不仅要保护自然环境，保护社会环境、生产环境，还要保护生产者的身心健康。在此前提与内涵下，制造出价廉、物美、供货期短、售后服务好的电子制造装备产品。四、我国电子制造装备的发展现状我国已经成为电子制造大国，成为尽人皆知的电子产品世界工厂。但是我国庞大的电子制造产业所用制造装备，柏当大的比例依赖进口，特别是高端装备，例如高精度光刻机、SMT组装贴片机以及光电子装备等对产业发展起关键性作用的设备，完全依赖进口。没有自己装备制造的制造产业，只能做大，无法做强。道理很简单，没有一个竞争对手愿意看到你和他平起平坐，更不可能坐视你超过他。关键的核心技术和装备是市场换不来的，更不是有钱就能买来的。要走可持续发展的道路，要实现由电子制造大国向电子制造强国转变，必须要有自己的装备制造能力，特别是对产业发展起关键性作用的装备。现在我国IC产业的高速扩张、电子组装制造业持续高速发展以及光伏和半导体照明迅速兴起，为电子制造装备带来了广阔的展空间。具有自主知识产权、国际先进水平的电子制造装备必将在中国大地开花结果。