電子增材制造：全球產(chǎn)業(yè)鏈重構(gòu)變局中的新機遇

近年來，受逆全球化、貿(mào)易保護主義抬頭、新冠疫情等多重因素的疊加影響，全球產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈安全穩(wěn)定運行受到重大沖擊，突發(fā)的俄烏沖突更是使已受重挫的全球產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈遭遇新的打擊。過去，全球化背景下形成的各國高度相互依賴的產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈暴露出其脆弱性，“斷鏈”與“脫鉤”風(fēng)險持續(xù)攀升。發(fā)達(dá)國家紛紛開始重新審視制造業(yè)外包等“去工業(yè)化”政策，采取多種措施重振本土制造業(yè)、促進制造業(yè)回流。增材制造技術(shù)已成為多國政府共同認(rèn)可的提升工業(yè)制造能力和解決供應(yīng)鏈問題的關(guān)鍵途徑。

從數(shù)據(jù)看，增材制造市場規(guī)模近些年一直呈現(xiàn)規(guī)模增長趨勢，但主要集中于結(jié)構(gòu)件的制造。而在電子增材制造領(lǐng)域，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的企業(yè)寥寥無幾。作為工業(yè)經(jīng)濟增長重要支柱的電子制造業(yè)，具有周期長、鏈條長、分工細(xì)且復(fù)雜等特點，在當(dāng)前時局下更易受影響，易斷易掉。 如何在黑天鵝事件不斷爆發(fā)的動蕩時局中生存發(fā)展是亟待解決的問題，而大力發(fā)展電子增材制造將是當(dāng)前時局下的一個關(guān)鍵突破口。

本文的核心觀點：

1、新形勢下，逆全球化趨勢對制造業(yè)提出了向“網(wǎng)”式、“去中心化”方向發(fā)展的需求。增材制造可提供個性化、本地化、輕量化的解決方案，正在成為“智能制造”時代可有效保障供應(yīng)鏈彈性和安全性的關(guān)鍵技術(shù)和生產(chǎn)方式。

2、在全球嚴(yán)把“雙碳”目標(biāo)、俄烏沖突導(dǎo)致能源價格大幅上漲的背景下，制造業(yè)如何進一步“節(jié)能”、“減排”變得更為緊迫。高耗能高污染的電子制造產(chǎn)業(yè)只有通過全面的技術(shù)升級才能突破阻力，如今看來在電子制造業(yè)中引入增材制造模式將是解決該問題的有效途徑。

3、縱觀全球電子產(chǎn)業(yè)鏈遷移史，無不是技術(shù)與成本的角力。作為高端制造技術(shù)，電子增材制造在提升產(chǎn)業(yè)附加值的同時還兼顧了效率、成本、環(huán)保等重要優(yōu)勢，把握當(dāng)前時機實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化將是占據(jù)供應(yīng)鏈主導(dǎo)地位的關(guān)鍵。

電子增材制造模式可有效保障供應(yīng)鏈安全性和彈性
2018年以來，伴隨著貿(mào)易保護主義抬頭、中美貿(mào)易摩擦、新冠肺炎疫情、俄烏沖突等多因素影響，全球化背景下形成的各國高度相互依賴的產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈暴露出其脆弱性，全球產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈“斷鏈”與“脫鉤”風(fēng)險持續(xù)攀升。過去全球產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈配置的內(nèi)在的邏輯是效率優(yōu)先，如今主要經(jīng)濟體紛紛出臺政策措施加強對產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈的“國家干預(yù)”，保障產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈安全成為關(guān)系國家長遠(yuǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略考慮。全球產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈逐漸向某區(qū)域內(nèi)或一國及周邊地區(qū)收縮和集聚，呈現(xiàn)區(qū)域化、本土化趨勢發(fā)展，去中心化的本地生產(chǎn)成為未來重要的生產(chǎn)方式。而增材制造技術(shù)已成為多國政府共同認(rèn)可的可有效解決供應(yīng)鏈問題的關(guān)鍵途徑。

將增材制造理念引入電子制造領(lǐng)域。增材制造是快速成型技術(shù)的一種，通過材料逐步堆積累加的方法實現(xiàn)生產(chǎn)，是近些年在高速發(fā)展的新興技術(shù)，屬于高端制造行業(yè)。但目前市場中多以結(jié)構(gòu)型增材制造為主，專注于電子增材制造產(chǎn)業(yè)的企業(yè)寥寥無幾。事實上，電子制造由于其周期長、鏈條長、分工細(xì)且復(fù)雜等特點，在當(dāng)前時局下更易受影響，易斷易掉。作為信息時代的核心組成部分，保障電子制造產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈的安全性和彈性已成為各國重點關(guān)注的問題之一。

將增材制造引入電子制造領(lǐng)域，即運用優(yōu)化的圖形印刷作為增材制造工藝，使功能性導(dǎo)電材料在襯底上一次成形，無需后續(xù)減材制程。相較于傳統(tǒng)的電子制造方法如蝕刻法等后期去除材料的方式，增材制造生產(chǎn)工藝簡化、生產(chǎn)設(shè)備及所需材料大幅減少且生產(chǎn)過程近于零污染排放，具有輕量化、靈活化、綠色環(huán)保等天然優(yōu)勢，可快速實現(xiàn)去中心化的本地生產(chǎn)模式。相比之下，傳統(tǒng)的電子制造模式工序繁瑣、大型設(shè)備較多，因而生產(chǎn)場地建設(shè)周期長、人工需求量大及動輒幾億、幾十億的資金投入，需要較長時間才能具備本土承接能力。以2022年某重大FPC產(chǎn)業(yè)項目為例，基于傳統(tǒng)制造工藝建設(shè)高精密柔性電路板生產(chǎn)線3條，總投資約15億人民幣，廠房面積10萬平方米，購置RTR壓膜機、曝光機、鉆孔機、激光切割機等設(shè)備400多臺(套) ，年產(chǎn)能1000萬㎡。而在相同產(chǎn)能建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)下，電子增材制造無論從資金投入還是占地面積上看都可降低近一個數(shù)量級，可以采用“廠邊廠”乃至“廠中廠”的配套模式實現(xiàn)全球式快速布局，形成區(qū)域內(nèi)、短鏈?zhǔn)降纳a(chǎn)和服務(wù)，是有效保障供應(yīng)鏈彈性和安全性的快速解決方案。

低耗低排的綠色制造模式是電子制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然
近年來，在全球應(yīng)對氣候變化形勢的推動下，越來越多的國家政府正在將碳減排行動轉(zhuǎn)化為國家戰(zhàn)略，"低能耗,低排放,低污染"的低碳經(jīng)濟已然成為世界各國未來經(jīng)濟發(fā)展的共同選擇。電子制造作為工業(yè)生產(chǎn)中的重要一環(huán)，屬于高耗能、高排放、高污染產(chǎn)業(yè)，如果不采取節(jié)能減排的技術(shù)改造措施，將很難滿足未來發(fā)展的要求。

一方面，能源的短缺導(dǎo)致生產(chǎn)的“限電限產(chǎn)”，而突發(fā)的俄烏沖突引發(fā)全球能源價格的飆升為高能耗產(chǎn)業(yè)帶來更大壓力，高耗能行業(yè)綠色升級需求下的工業(yè)技改勢在必行。相比于傳統(tǒng)電子制造工藝，電子增材制造模式可有效降低能源消耗，滿足低碳排放需求。基于電子增材制造的生產(chǎn)方式是通過直接印刷/打印的工藝，將電路直接集成到基底表面。生產(chǎn)過程大大簡化、使用設(shè)備耗能低、原材料利用率高，可有效節(jié)省近90%的材料浪費，降低碳排放60%以上。以雙面線路板為例，經(jīng)過測算，傳統(tǒng)蝕刻法生產(chǎn)每平米等效二氧化碳排放約為144kg，而液態(tài)金屬印刷的等效排放僅為63kg，每百萬平米產(chǎn)能可減少二氧化碳排放8.1萬噸，也相當(dāng)于節(jié)省了3.24萬噸煤和3.24萬噸凈水。

另一方面，伴隨著電子制造過程中化學(xué)品的大量使用及污染物的排放，電子工業(yè)對環(huán)境的影響已經(jīng)使各國不得不對專門制定環(huán)保要求的法律、法規(guī)，電子工業(yè)進入了諸多環(huán)保要求限定的環(huán)境壁壘時代，電子制造技術(shù)亟待全面實現(xiàn)綠色轉(zhuǎn)型。生產(chǎn)印刷電路板涉及許多化學(xué)品消耗密集型的工藝，PCB的生產(chǎn)過程中含有許多重金屬，包括銅、鎳和鉛等，并隨著廢水排放出去。同時還會排出大量的廢氣，其中主要污染物為苯、甲苯、二甲苯丁酮、乙酸乙酯等有機廢氣，這也是PM2.5的來源之一，這些污染物通過大量釋放到環(huán)境中，對環(huán)境和公眾健康造成威脅。

2013年江蘇太湖流域附近蔚藍(lán)地圖數(shù)據(jù)庫顯示的水質(zhì)截屏圖

（來源：IPE 的水質(zhì)監(jiān)測地圖 。紅圈、棕色圈和黑圈表示水質(zhì)差到“不適合人體接觸”。羅馬數(shù)字表示基于中國國家政府統(tǒng)計的水質(zhì)分類。）

相比于傳統(tǒng)的電子制造模式，電子增材制造工藝制程大幅簡化、生產(chǎn)過程無廢水廢料排放過程，使用的導(dǎo)電材料如液態(tài)金屬無毒無害，可完全滿足工業(yè)生產(chǎn)低能耗、低排放標(biāo)準(zhǔn)，滿足未來長遠(yuǎn)發(fā)展要求。

把握全球電子產(chǎn)業(yè)鏈遷移新時機布局電子增材制造
隨著技術(shù)的發(fā)展、分工的深化，全球電子產(chǎn)業(yè)鏈在不斷遷移，逐漸形成價值鏈分工局勢。而縱觀電子產(chǎn)業(yè)遷移史，無不是技術(shù)及成本共同作用的結(jié)果。過去十幾年間，中國因其人工及資源紅利在全球電子產(chǎn)業(yè)中的地位不斷提升，生產(chǎn)制造規(guī)模達(dá)世界第一，但整體還處于產(chǎn)業(yè)鏈附加值低的后半段。隨著新一輪以電子信息產(chǎn)業(yè)為核心的全球科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的掀起，電子產(chǎn)業(yè)鏈的再一次重構(gòu)已經(jīng)開始，產(chǎn)業(yè)鏈呈現(xiàn)外遷態(tài)勢。

總體來看，我國電子制造業(yè)正面臨著發(fā)達(dá)國家“高端回流”和發(fā)展中國家“中低端分流”的雙向擠壓。一方面，高端制造領(lǐng)域出現(xiàn)向發(fā)達(dá)國家“逆轉(zhuǎn)移”的態(tài)勢，制造業(yè)重新成為全球經(jīng)濟競爭的制高點，各國紛紛制定以重振制造業(yè)為核心的再工業(yè)化戰(zhàn)略。另一方面，越南、印度等一些東南亞國家依靠資源、勞動力等優(yōu)勢，也開始在中低端制造業(yè)上發(fā)力，以更低的成本承接勞動密集型制造業(yè)的轉(zhuǎn)移。電子制造領(lǐng)域在進一步控制成本的同時還需要主動進行技術(shù)升級和轉(zhuǎn)型、聚焦高附加值的產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)，匹配新的產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求。作為高端制造技術(shù)的電子增材制造工藝可以實現(xiàn)大面積、高產(chǎn)速、低成本的批量化生產(chǎn)，其產(chǎn)品還具有柔性、大面積功能化分布等諸多優(yōu)勢，高度契合電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，這將開拓傳統(tǒng)電子制造手段無法企及的潛在應(yīng)用市場。

電子增材制造技術(shù)滿足新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求。電子行業(yè)是典型的技術(shù)驅(qū)動型行業(yè)，隨著電子產(chǎn)品向著小型化、輕便化、柔性化方向發(fā)展，對電子功能組件、連接件等結(jié)構(gòu)的緊湊性、集成度要求越來越高，傳統(tǒng)剛性電子電路部件已無法完全滿足新的產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，柔性電子技術(shù)成為電子技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點。

在平面柔性電子應(yīng)用方向，采用電子增材制造技術(shù)可實現(xiàn)電子線路在柔性基材、超薄基材乃至可拉伸基材上的直接打印/印刷，從而實現(xiàn)超柔性、耐彎折以及彈性電路產(chǎn)品，如FPC功能件/連接件、透明顯示屏、柔性傳感器等。滿足產(chǎn)品柔性化功能要求的同時，還可以結(jié)合卷對卷生產(chǎn)實現(xiàn)大面積、高產(chǎn)速的批量化生產(chǎn)。

FPC柔性電路及卷對卷批量化生產(chǎn)模式

此外，在三維結(jié)構(gòu)電路應(yīng)用方向，電子增材制造技術(shù)也獨具優(yōu)勢。通過采用轉(zhuǎn)印方式，實現(xiàn)將復(fù)雜功能電路直接印制于電子組件表面或內(nèi)部，而無需另行連集成電路板，進一步節(jié)省了產(chǎn)品內(nèi)部空間，讓電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)愈發(fā)緊湊，如手機中框天線、藍(lán)牙耳機天線等，可以實現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)表面共形電路的高產(chǎn)量工業(yè)化規(guī)模制造。

手機共形天線

電子增材制造技術(shù)可實現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)中電路隨形形變這一特性，還將進一步推動創(chuàng)新型產(chǎn)品的研究，為消費電子、移動通信、汽車電子、醫(yī)療電子等領(lǐng)域帶來無限可能。

目前電子增材制造產(chǎn)業(yè)還處于發(fā)展初期，真正實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用并形成一定規(guī)模的企業(yè)寥寥無幾。夢之墨公司經(jīng)過近幾年的技術(shù)創(chuàng)新與積累，打通了原材料與電子增材制造工藝的整個環(huán)節(jié)，并達(dá)成了小規(guī)模的應(yīng)用，成為該領(lǐng)域的踐行者及開拓者。當(dāng)然，新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展從來都不是一蹴而就的，從最初技術(shù)的萌芽到產(chǎn)業(yè)化創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟價值往往需要經(jīng)過曲折漫長的歷程。例如FPC產(chǎn)業(yè)，自20世紀(jì)60年代最早應(yīng)用于航天及軍事等高精尖領(lǐng)域開始，經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，直到21世紀(jì)初才隨著消費電子的迅速發(fā)展真正實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，從而進入高速發(fā)展期。電子增材制造技術(shù)作為電子制造產(chǎn)業(yè)升級和轉(zhuǎn)型的新興技術(shù)，符合時代發(fā)展要求，隨著應(yīng)用端需求不斷擴大的推動以及技術(shù)、上下游供應(yīng)鏈的逐步完善及成熟，也將實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，邁入高速發(fā)展期。當(dāng)前，正是布局電子增材制造領(lǐng)域的良好時機。

總結(jié)

在世界經(jīng)濟大變局時機下，電子制造領(lǐng)域作為信息化時代的核心組成部分，要有效保障其供應(yīng)鏈產(chǎn)業(yè)鏈的彈性及安全性，同時滿足低碳經(jīng)濟及產(chǎn)業(yè)發(fā)展新要求，需要引入新型電子增材制造技術(shù)。大力發(fā)展電子增材制造技術(shù)、布局電子增材制造產(chǎn)業(yè)，無論是在短期內(nèi)應(yīng)對時局動蕩，還是從長遠(yuǎn)發(fā)展考慮、占據(jù)電子制造產(chǎn)業(yè)價值鏈主導(dǎo)地位都具有十分重要的意義。目前，已有企業(yè)在該領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用落地，但從整個產(chǎn)業(yè)發(fā)展看，整體還處于發(fā)展初期，正是開始布局的好時機。