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市场动态
科技变革带动SMT,半导体和PCB相邻产业的整合和公司合并
录入时间:2019/7/2 11:27:59

2019年成为正式步入5G时代的开始。大规模5G建设的出现和众多涌入市场的5G产品,主要来自AI,、智能手机、智能产品、无人驾驶、IoT、边缘计算等的互相推动。5G不仅可以加快通讯的发展和延伸,还可以重新定义一些产业,比如自动化、制造业和娱乐业。5G垂直应用的开发包括但不限于AR/VR、汽车连接和智能工厂、智能城市、智能家居等等。

近年来,随着电子产品小型化的发展,要求功能集中、体形小巧、轻薄且低能耗、低成本,促使业界对芯片的封装形式有了新的需求,尤其是物联网等应用高速的发展,让SiP等先进封装技术逐渐成为主流。

2018年可谓是SiP的元年

根据来自Business Insider的消息,到2025年将会有550亿件IoT产品,相当于地球上每个人拥有4件以上IoT产品,比手机普及率高10倍。根据Gartner(高德纳)预测,到2022年将有80%的企业IoT项目会涉及AI元器件,但是当前仅有10%。AIOT将促进商业以指数倍增长。

这些市场信息都在告诉我们制造业的春天已经来临,所以我想谈谈我们SMT会有什么样的变化。传统上半导体和SMT生产是独立的。目前正在发展的先进封装应用技术带动了半导体生产和传统SMT的整合。目前,一些半导体封装公司已经买了越来越多的SMT贴片机来贴装被动元器件,然后用半导体die bonder贴装来完成SIP的制造。

SIP的概念是如何低成本大规模生产半导体功能的元器件或模块以满足各种不同应用的需要,用于自动化,医疗,消费产品等等。另外,因为FO(Fan Out)既可以用wafer方法处理(FOWLP),也可以用Panel方法处理,所以扇出型封装(Fan out package)的发展使得生产成本可以进一步降低,开始受到非常多的关注。为了使現有工厂设备使用率达到最大化,大多数FO是在晶片上完成的。如果要在Panel上完成,客户需要进行严谨的评估测试(Audit)和投资半导体行业并不常用的大板材使用设备,如果产品需求量不够大,做这样的投资是不划算的。因此目前FO panel base 仍停留在起步阶段。IoT和可穿戴产品发展缓慢某种程度也是受限于此。SMT贴片机在这个领域还未到大展拳脚的时候。

同样,一些大的EMS厂商正把bare dies、倒装芯片和电子元器件贴在混合电路板或者智能穿戴这类小型电子元器件和C4密集的产品上。后工序的半导体和SMT生产整合使得很多制造步骤得以简化并且质量更稳定,从而满足先进电子产品高性能、高质量、低成本的要求。

另一方面,过去对SMT在连板的质量要求并不是很高。但是因为近年来小型化的趋势,电子产品变得很小且元器件非常密集,如果还是表面贴装后再分割板材就不再可行了,因为可能会损坏电路板和边缘的电子元器件,并且可能对电路板造成污染从而影响质量。

5G商用启动后,我们可以预见越来越多的高端电子产品将会出现,比如智能穿戴产品,或者高频率通讯设备。至于高端电子产品,我们将看到这类产品使用了很多柔性板,软硬板,嵌入式硬板等使用嵌入技术组装了大量的IC或者芯片,或者小型电子元器件,比如008004 (公制0201 公制)要用到Type 6 或者type 7焊膏等。基于这样的改变和质量要求,以前的基板先贴后割则需要改为先割后贴。我们必须改变传统的SMT制造方式来适应新的技术变革。

关于钢网印刷,Ekra印刷机具有针对小板产品或模块(比如SiP)的印刷方案。此印刷机配备可以校正每块独立的小板装置,这样就可以确保即高精准印刷又配合小模块大量生产MVP (mass volume production)的需要

Ekra Singular Unit Adjustment System

现在钢网印刷也用于工业等级的DCB IGBT模块,或者使用半导体材料的3D钢网印刷。至于汽车等级的IGBT, 半导体客户将改用石膏片,按90%die的尺寸进行切割贴片,然后再贴die过炉作为一条线生产。换句话说, 这方面的工艺可能会从印刷改为贴片。电子产品及材料的不断改进也会不断改变我們半导体和SMT生产工序及工艺。不断改进创新是硬道路,但一定要继续走下去才会带來更多好产品。

关于SIP或者FO封装制造,我们必须在贴片机或Die Bond 机上装配晶片操作处理器,这里我们可以看到半导体和SMT的本质区别。晶片操作处理器在半导体中是作为一个自动化功能的独立内置器放在Die Bond或贴片机里面的,但是在SMT中,我们把它作为一个选项或者一个自动化解决方案的外挂机器。SMT客戶可以接受外挂理念但半导体客戶就难接受。

事实上,大多数半导体制造都与贴片有关,Die 或者Flip Chip bonder不同的应用, 使我们对贴装的准确性要求也不同。例如标准的QFN或者BGA要求25 微米, FCBGA 或者FCQFN要求15-25微米, CIS 或者相机模块要求10-15 微米, FOWLP要求5-10 微米,  超精细TCB (热压焊接机) 应用要求最准确1-5 微米。

关于这方面,我们注意到近年SMT设备供应商开始收购和兼并了一些Die bonder公司,比如Micronic收购了MRSI,FUJI收购了Fastford, Yamaha收购了Shinkawa, ASM 收购了Amicra.

这两个行业的整合越来越强烈,随之而来的垂直整合和兼并将重新定义EMS or OSAT在技术和生产上的功能。

关于自动化,半导体客户和SMT客户的需求也有很多不同概念。半导体客户希望自动化自己的生产设备方案,而SMT客户则希望通过机器手或人,传送设备或者AGV来自动化自己的生产线包括搬运处理原材料。

关于AGV,定制软件是客户工厂运作的关键。硬件方面我们可以做到WIFI定位,雷达感应移动,2D激光对位和插入式或者无线充电(已成标准配置),但是客户定制的软件需要同时具备AI功能,可易于控制上百个或几百个AGV按时间基线在厂区运转。AGV软件和工厂ERP系统的整合对接且顺利高效率运是自动化成功的关键。

由于工业4.0的推动,半导体客户看重机器的生产方案和可追溯性,而SMT客户则垂青于MES和包括车间测试,组装和运输在内的大数据的数据采集和分析(加上AI功能),最終都是为了软件能够更好地连接工厂的ERP系统以实现库存最低,交货时间最短,从而使工厂效率最大化。

至于设备和软件的连接,SMT并没有真正的标准,大部分是借用于IPC。所以,我们可以说SMT是以机器为中心。然而半导体客户,他们习惯用SECSGEM的标准适用于所有半导体设备,所有设备必须按客户具体要求来定制,所以在这方面而言半导体是以客户为中心。这就是为何SMT的设备供应商给半导体客户提供设备的时候一定要加强和客戶沟通, 要根据客户的具体情况来设定特殊技术支持,才能真正满足客戶需求。

在电子产品的组装工厂,我们也应该考虑自动化和测试及最终组装阶段的数字化传输。在软件方面,我们可以把来自ICT或者ATE的测试结果和功能测试,及SMT生产数据合并在一起进行互相核对,找到问题并解决问题。这样的话,就涉及很多图像文件传输和大量历史数据的存储,这样就会碰到很多计算机系统产生的操作问题。这就是为何每当涉及软件的时候,我们软件工程师关于机器软件的知识就显得不够用,所以我们的工程师必须精通IT和数据系统。

谈到“最后装配”,今天我们的SMT客户需要手工插入很多异形或者大型的电子元器件。为了实现自动化,我们需要非常多样化的高效插件机器。目前在市场上,我们看到一些中型SMT设备改做插件,如果客户只做固定几种类型电子元器件的插件而不需要做任何其他改变这是没有问题的,否则的话只能选择市场上仅有的FUJI sFAB,因为它可以灵活插件。因为包装,托盘,供料器设计和夹具设计需要耗费很多成本和时间,不像用手工插件很简单且成本低,尽管如此,随着元器件的多样化,“最后装配”也会慢慢的改变,当工厂重视DFM (Design for Manufacturing),”最后装配”会被优化从而适合高度自动化。

Fuji NXT-H with wafer handling unit

篇幅有限,我只能简单总结一下能够体现科技的一些变革。以前我们有LCD,LED,OLED组装,目前流行miniLED和microLED, 对贴片数量和生产速度的需求将大大改变SMT生产设备的版图。我们必须注意批量传输的生产设备。一台普通的4K电视机需要在显示器上放置1000-2000万个microLED(15 微间距),这对钢网印刷机和贴片机等设备来说是个大挑战。现在很多设备供应商正投入大量资源致力于研发一种经济可行的用于生产MicroLED的技术方案。

光通讯是另一个大跃进行业,2018年也是光通讯(100G以上速度)的元年。美国的数据中心已在使用100G的系统,正往400G、600G迈进。而中国却只使用了较低的30到40G的系统。2019年开始中国的数据中心准备使用100G,同时追赶400G的发展,3到5年后光通讯消费产品会出现,会形成一个推动市场,光通讯的AOC及其他高频率的通讯产品也需要Die Bond做到3到5个微米范围,100G 以上就需要做到1个微米的准确性。到那时,不知道这方面的生产会属于半导体后端,还是SMT厂家

Source from:安信証卷研究中心

讲到这里,我就想5G天罗地网高频率通讯会越来越普遍,在我年轻的时候,人们说:“不要吃微波炉加热的食品”,因为会影响生育;成年后,人们又说:“不要把手机放在裤子口袋里”,不久的将来,大家将随时随地无时无刻不置身于高通讯高频率中,难道对我们的生活没有影响吗?年纪大了,会开始多考虑身体健康,生命科学又是另外一门专业,因为它牵涉医疗、电脑计算和分析及制造技术。未来,这三方面的整合会催生很多很多的新事物和新产品,例如,可以食用的含有一次性小镜头的药囊”,,可植入皮肤的柔性电子品、追踪器或RFID,还会有许多其他有趣的产品,只是现在我们还想象不到。

借此机会,我希望同行的朋友们继续努力奋斗,实现梦想中多姿多彩的人生!


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