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半導(dǎo)體指常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料。半導(dǎo)體在集成電路、消費(fèi)電子、通信系統(tǒng)、光伏發(fā)電、照明應(yīng)用、大功率電源轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域應(yīng)用。如二管就是采用半導(dǎo)體制作的器件。無(wú)論從科技或是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的角度來(lái)看,半導(dǎo)體的重要性都是非常巨大的。今日大部分的電子產(chǎn)品,如計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話或是數(shù)字錄音機(jī)當(dāng)中的核心單元都和半導(dǎo)體有著為密切的關(guān)聯(lián)。常見(jiàn)的半導(dǎo)體材料有硅、鍺、化鎵等,而硅更是各種半導(dǎo)體材料中,在商業(yè)應(yīng)用上具有影響力的一種。
半導(dǎo)體應(yīng)用
半導(dǎo)體在集成電路、消費(fèi)電子、通信系統(tǒng)、光伏發(fā)電、照明應(yīng)用、大功率電源轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域應(yīng)用。
光伏應(yīng)用
半導(dǎo)體材料光生伏應(yīng)是太陽(yáng)能電池運(yùn)行的基本原理。現(xiàn)階段半導(dǎo)體材料的光伏應(yīng)用已經(jīng)成為熱門(mén) ,是目前世界上增長(zhǎng)快、發(fā)展好的清潔能源市場(chǎng)。太陽(yáng)能電池的主要制作材料是半導(dǎo)體材料,判斷太陽(yáng)能電池的優(yōu)劣主要的標(biāo)準(zhǔn)是光電轉(zhuǎn)化率 ,光電轉(zhuǎn)化率越高 ,說(shuō)明太陽(yáng)能電池的工作效率越高。根據(jù)應(yīng)用的半導(dǎo)體材料的不同 ,太陽(yáng)能電池分為晶體硅太陽(yáng)能電池、薄膜電池以及III-V族化合物電池。
照明應(yīng)用
LED是建立在半導(dǎo)體晶體管上的半導(dǎo)體發(fā)光二管 ,采用LED技術(shù)半導(dǎo)體光源體積小,可以實(shí)現(xiàn)平面封裝,工作時(shí)發(fā)熱量低、節(jié)能,產(chǎn)品壽命長(zhǎng)、反應(yīng)速度快,而且綠色環(huán)保無(wú)污染,還能開(kāi)發(fā)成輕薄短小的產(chǎn)品 ,一經(jīng)問(wèn)世 ,就迅速普及,成為新一代的照明光源,目前已經(jīng)廣泛的運(yùn)用在我們的生活中。如交通指示燈、電子產(chǎn)品的背光源、城市夜景美化光源、室內(nèi)照明等各個(gè)領(lǐng)域 ,都有應(yīng)用。
大功率電源轉(zhuǎn)換
交流電和直流電的相互轉(zhuǎn)換對(duì)于電器的使用十分重要 ,是對(duì)電器的必要保護(hù)。這就要用到等電源轉(zhuǎn)換裝置。碳化硅擊穿電壓強(qiáng)度高 ,禁帶寬度寬,熱導(dǎo)性高,因此SiC半導(dǎo)體器件十分適合應(yīng)用在功率密度和開(kāi)關(guān)頻率高的場(chǎng)合,電源裝換裝置就是其中之一。碳化硅元件在高溫、高壓、高頻的又一表現(xiàn)使得現(xiàn)在被廣泛使用到深井鉆探,發(fā)電裝置中國(guó)的逆變器,電氣混動(dòng)汽車(chē)的能量轉(zhuǎn)化器,輕軌列車(chē)牽引動(dòng)力轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域。由于SiC本身的優(yōu)勢(shì)以及現(xiàn)階段行業(yè)對(duì)于輕量化、高轉(zhuǎn)換效率的半導(dǎo)體材料需要,SiC將會(huì)取代Si,成為應(yīng)用廣泛的半導(dǎo)體材料。

貼片機(jī)國(guó)產(chǎn)化的難點(diǎn)與瓶頸
貼片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域廣,技術(shù)含量高,并能帶動(dòng)精密機(jī)械制造、高精密傳感、高性能馬達(dá)制造、圖像處理、X-Y伺服控制系統(tǒng)、軟件等相關(guān)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。從上世紀(jì)90年代初開(kāi)始,國(guó)內(nèi)先后有原電子部二所、715廠二所、43所、4506廠、熊貓電子、風(fēng)華高科、上海現(xiàn)代、上海微電子、羊城科技等數(shù)十家企事業(yè)單位嘗試過(guò)貼片機(jī)的國(guó)產(chǎn)化工作,但至今未有一款國(guó)產(chǎn)貼片機(jī)進(jìn)入市場(chǎng)。
比如,1994年,上海無(wú)線電設(shè)備廠又與日本合資組裝過(guò)貼片機(jī),后因日方變更而終止;2002年上海微電子裝備公司與上海交大合作制成一臺(tái)貼片機(jī)樣機(jī),未有商品化的后續(xù)消息;近年,華南理工大學(xué)與肇慶新寶華電子有限公司也對(duì)貼片機(jī)進(jìn)行合作開(kāi)發(fā)。
通過(guò)調(diào)研,NEPCON展會(huì)上SMT設(shè)備,主要原因歸納起來(lái)有以下幾點(diǎn):
一是貼片機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)含量高,國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)工業(yè)積累不足。
貼片機(jī)是機(jī)電光等多學(xué)科一體化的高技術(shù)精密設(shè)備,僅元器件就有1到2萬(wàn)個(gè),國(guó)外貼片機(jī)企業(yè)一般采購(gòu)其中的70%,另外30%進(jìn)行公司定制,而恰恰是這30%元器件國(guó)內(nèi)企業(yè)由于缺乏基礎(chǔ)技術(shù)人才,無(wú)法進(jìn)行生產(chǎn)。
二是貼片機(jī)研制費(fèi)用高、投資風(fēng)險(xiǎn)大,民營(yíng)企業(yè)無(wú)法保證持續(xù)的資金投入。
目前,貼片機(jī)生產(chǎn)并未得到的足夠重視。以往國(guó)有企業(yè)開(kāi)發(fā)貼片機(jī),通常是撥專(zhuān)款立項(xiàng)攻關(guān),企業(yè)搞出樣機(jī)組織鑒定,然后項(xiàng)目隨之結(jié)束,缺乏持續(xù)創(chuàng)新的動(dòng)力。
民營(yíng)企業(yè)創(chuàng)新活力強(qiáng),是目前研制貼片機(jī)的主要力量(國(guó)內(nèi)從事SMT設(shè)備制造的廠家有幾百家,幾乎都是民營(yíng)企業(yè)),但規(guī)模小、實(shí)力有限,缺乏生產(chǎn)樣機(jī)后進(jìn)一步研制與提升的資金投入。
同時(shí),國(guó)內(nèi)企業(yè)一旦新品研制成功,國(guó)外企業(yè)便立馬降價(jià)打壓國(guó)內(nèi)企業(yè),導(dǎo)致國(guó)內(nèi)企業(yè)研發(fā)資金鏈斷裂,無(wú)法在性能日新月異的貼片機(jī)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中存活。
三是SMT產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系不完善。
標(biāo)準(zhǔn)體系是整合供應(yīng)鏈的關(guān)鍵。SMT技術(shù)、新材料和新工藝的快速變化,以及成本和環(huán)保的雙重壓力,迫使產(chǎn)品規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)頻繁變化,對(duì)SMT標(biāo)準(zhǔn)制定提出新的要求。長(zhǎng)期以來(lái),我國(guó)SMT產(chǎn)業(yè)過(guò)度依賴(lài)國(guó)外IPC標(biāo)準(zhǔn),未根據(jù)中國(guó)SMT產(chǎn)業(yè)實(shí)際情況制定完備的標(biāo)準(zhǔn)體系。國(guó)內(nèi)雖然制定了GB19247、GB3131、QJ165等標(biāo)準(zhǔn),但存在標(biāo)準(zhǔn)繁雜、不成體系等問(wèn)題。
此外,國(guó)內(nèi)SMT積發(fā)起制定的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)也得不到強(qiáng)有力的支持和保護(hù)。比如,IPC-9853個(gè)由中國(guó)SMT企業(yè)發(fā)起,歷時(shí)4年制定的IPC標(biāo)準(zhǔn),但在2013年7月被IPC撤銷(xiāo),并未作任何說(shuō)明和解釋?zhuān)瑐α酥袊?guó)SMT企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。
四是SMT技能人才缺乏。
SMT設(shè)備涉及機(jī)械、電子、光學(xué)、材料、化工、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制等多學(xué)科。目前,國(guó)內(nèi)僅有少數(shù)高校將重點(diǎn)放在工藝設(shè)備開(kāi)發(fā)或微組裝/封裝領(lǐng)域,與SMT配套的學(xué)科、和教學(xué)體系建設(shè)剛起步,很難滿(mǎn)足SMT行業(yè)發(fā)展需求,同時(shí)行業(yè)對(duì)電子制造技術(shù)研發(fā)和人才培養(yǎng)的牽動(dòng)也不足,制約了SMT制造競(jìng)爭(zhēng)力的提升。

SMT設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程
自1985年開(kāi)始引進(jìn)SMT生產(chǎn)線批量生產(chǎn)彩電調(diào)諧器以來(lái),中國(guó)電子制造業(yè)應(yīng)用SMT技術(shù)已近30年。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),目前我國(guó)SMT生產(chǎn)線大約5萬(wàn)條,貼片機(jī)總保有量超過(guò)10萬(wàn)臺(tái),自動(dòng)貼片機(jī)市場(chǎng)已占全球40%,成為全球大、重要的SMT市場(chǎng)。
焊接、檢測(cè)和印刷設(shè)備已經(jīng)接近國(guó)際水平。
2005年以來(lái),國(guó)內(nèi)SMT設(shè)備企業(yè)在印刷機(jī)、焊接、檢測(cè)等SMT設(shè)備方面已基本實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化,并憑借市場(chǎng)價(jià)格優(yōu)勢(shì)占據(jù)70%~80%的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額。
錫膏印刷機(jī)方面,國(guó)內(nèi)早由日東研制成功。近年眾多民營(yíng)企業(yè)參與研制,已有多個(gè)品種問(wèn)世,達(dá)到世界中上等水平。2006年?yáng)|莞凱格精密機(jī)械公司推出全自動(dòng)印刷機(jī),很快成為國(guó)內(nèi)。
焊接設(shè)備方面,國(guó)內(nèi)研發(fā)與制造起步很早,無(wú)鉛焊接設(shè)備已達(dá)到國(guó)際水平,成為我國(guó)表面貼裝設(shè)備市場(chǎng)中具競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。目前,低端市場(chǎng)都由國(guó)產(chǎn)占領(lǐng),市場(chǎng)仍為國(guó)外所壟斷(在穩(wěn)定性方面,與國(guó)外水平存在一定差距。比如,某國(guó)外回流爐廠商橫向溫差僅為0.5度,而國(guó)內(nèi)高水平高達(dá)2度)。
AOI設(shè)備方面,2010年之前國(guó)內(nèi)AOI市場(chǎng)幾乎由國(guó)外20多種設(shè)備壟斷,東莞神州視覺(jué)率先研發(fā)成功國(guó)內(nèi)款A(yù)OI設(shè)備Aleader系列,至今已累計(jì)銷(xiāo)售4000多臺(tái),年銷(xiāo)售達(dá)到600~700臺(tái)的水平。
X-Ray檢測(cè)設(shè)備方面,國(guó)內(nèi)起步較晚,日聯(lián)科技自2006年進(jìn)入該領(lǐng)域以來(lái),已于2008年實(shí)現(xiàn)核心部件的,達(dá)到水平。目前,公司產(chǎn)品年出貨量達(dá)到400多臺(tái)。
貼片機(jī)仍依賴(lài)進(jìn)口,其中六成以上來(lái)自日本。
貼片機(jī)是SMT生產(chǎn)線為關(guān)鍵、技術(shù)和穩(wěn)定性要求高的設(shè)備。十多年來(lái),中國(guó)企業(yè)仍處于摸索階段和樣機(jī)試制階段,一直未推出通過(guò)中試的成熟產(chǎn)品,幾乎依靠進(jìn)口(除小型的LED貼片機(jī));在華國(guó)外企業(yè)將核心貼片機(jī)的生產(chǎn)放
在國(guó)外,在華工廠主要負(fù)責(zé)周邊設(shè)備生產(chǎn)及貼片機(jī)維護(hù)、調(diào)試等服務(wù)。
圖2 2001~2013年中國(guó)自動(dòng)貼片機(jī)進(jìn)口情況
2013年,國(guó)內(nèi)自動(dòng)貼片機(jī)進(jìn)口金額達(dá)到13.01億美元,進(jìn)口來(lái)源國(guó)主要為日本,占比達(dá)到65.2%;從韓國(guó)、德國(guó)、新加坡、美國(guó)、荷蘭進(jìn)口占別為17.9%、6.1%、3.7%、1.3%、0.8%。
圖3 2013年中國(guó)進(jìn)口自動(dòng)貼片機(jī)國(guó)別和地區(qū)分布

中韓崛起,全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)加劇
盡管美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)在全球擁有的地位,但它仍面臨著相當(dāng)大的競(jìng)爭(zhēng)。終端市場(chǎng)(如智能手機(jī)、個(gè)人電腦和消費(fèi)電子產(chǎn)品)的快速產(chǎn)品周期占半導(dǎo)體總需求的一半以上,這意味著美國(guó)半導(dǎo)體公司必須每年展開(kāi)激烈競(jìng)爭(zhēng),以贏得每一代新設(shè)備的供應(yīng)合同。
全球行業(yè)分類(lèi)共有32條半導(dǎo)體產(chǎn)品線,在占全球總需求的61%的其中18條產(chǎn)品線中,每條產(chǎn)品線都至少有一家非美國(guó)公司的全球市場(chǎng)份額達(dá)到或超過(guò)10%,這些企業(yè)將有可能替代美國(guó)供應(yīng)商。
目前,在處理單元(CPU)、圖形處理單元(GPU)和現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)等產(chǎn)品領(lǐng)域,美國(guó)公司的總市場(chǎng)份額超過(guò)90%,但即便如此,美國(guó)也并不能在這些領(lǐng)域高枕無(wú)憂(yōu)。因?yàn)槿虼罂蛻?hù)越來(lái)越多地為數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)自己的定制芯片,他們?nèi)找鎯A向于優(yōu)化被稱(chēng)為應(yīng)用集成電路(asic)的芯片,以便在自己的大型硬件設(shè)備中使用。
此外,美國(guó)半導(dǎo)體公司面臨著來(lái)自韓國(guó)和中國(guó)日益激烈的競(jìng)爭(zhēng)。自2009年以來(lái),韓國(guó)和中國(guó)的市場(chǎng)份額分別增長(zhǎng)了12%和3%。與此同時(shí),美國(guó)公司在美國(guó)本土市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)也在加劇,歐洲和日本的主要半導(dǎo)體公司正在加大投資力度,通過(guò)重大收購(gòu)擴(kuò)大投資組合和業(yè)務(wù)。
韓國(guó)市場(chǎng)份額的增長(zhǎng),在一定程度上反映了市場(chǎng)對(duì)存儲(chǔ)產(chǎn)品需求的飆升。韓國(guó)兩家公司都是存儲(chǔ)產(chǎn)品領(lǐng)域的全球企業(yè)。三星在顯示驅(qū)動(dòng)、圖像傳感器和集成移動(dòng)處理器等一系列半導(dǎo)體產(chǎn)品領(lǐng)域的強(qiáng)勢(shì)擴(kuò)張,它既是公司不斷擴(kuò)大的消費(fèi)電子和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備硬件產(chǎn)品組合的內(nèi)部供應(yīng)商,也是其他設(shè)備制造商的商業(yè)供應(yīng)商,這對(duì)韓國(guó)市場(chǎng)份額的增長(zhǎng)做出了貢獻(xiàn)。2019年3月,文在寅指示采取措施,提高該國(guó)在全球半導(dǎo)體行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力,追趕存儲(chǔ)市場(chǎng)。
自本世紀(jì)初以來(lái),中國(guó)從初幾乎沒(méi)有任何半導(dǎo)體產(chǎn)品,到現(xiàn)在已經(jīng)在半導(dǎo)體設(shè)計(jì)方面取得了穩(wěn)步進(jìn)展。幾十年來(lái),發(fā)展國(guó)家半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè),減輕對(duì)外國(guó)供應(yīng)商的依賴(lài),一直是中國(guó)的政策重點(diǎn)。根據(jù)中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)(CSIA)的數(shù)據(jù)顯示,過(guò)去五年中,中國(guó)半導(dǎo)體企業(yè)報(bào)告的總營(yíng)收以每年20%以上的速度增長(zhǎng)。除去外國(guó)半導(dǎo)體公司在中國(guó)的活動(dòng),2018年中國(guó)企業(yè)在全球半導(dǎo)體銷(xiāo)售和半導(dǎo)體制造領(lǐng)域的整體份額僅為3-4%。無(wú)晶圓廠設(shè)計(jì)的進(jìn)步為顯著,近年來(lái),中國(guó)的無(wú)晶圓廠設(shè)計(jì)企業(yè)呈爆炸式增長(zhǎng)。CSIA報(bào)告稱(chēng),中國(guó)目前有1600多家本土企業(yè),占全球市場(chǎng)的份額總計(jì)13%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于2010年的5%。
在需求方面,盡管行業(yè)報(bào)告和媒體經(jīng)常采用各種更高的數(shù)字來(lái)衡量中國(guó)市場(chǎng)的規(guī)模,我們相信,中國(guó)原始設(shè)備制造商(oem)生產(chǎn)的器件中所包含的半導(dǎo)體元件的價(jià)值,是衡量全球半導(dǎo)體需求中真正由中國(guó)驅(qū)動(dòng)部分的佳指標(biāo)。按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn),中國(guó)目前占全球半導(dǎo)體需求的23%。這意味著,國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體企業(yè)僅國(guó)終端設(shè)備制造商總需求的14%。
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