談?dòng)≈齐娐钒逯圃鞓I(yè)自動(dòng)化

徐朝晨

（四會(huì)富士電子科技有限公司，廣東 肇慶 526236）

談?dòng)≈齐娐钒逯圃鞓I(yè)自動(dòng)化

徐朝晨

（四會(huì)富士電子科技有限公司，廣東 肇慶 526236）

總結(jié)了印制路板自動(dòng)化的四個(gè)階段：設(shè)備換人、自動(dòng)上下板、連線（在線）、物聯(lián)網(wǎng)，以便于線路板廠參考選擇自動(dòng)化的改造步驟。

印制電路板；自動(dòng)化

1 前言

印制電路板制造業(yè)橫跨眾多領(lǐng)域，從基礎(chǔ)材料到尖端科技，均有涉及。原材料是玻璃纖維布、樹脂、銅、各種化學(xué)藥品等基礎(chǔ)材料，產(chǎn)品應(yīng)用于航空航天、科學(xué)研究、生活及生產(chǎn)的方方面面，從大眾化的產(chǎn)品到尖端科技，包羅萬象。特殊的行業(yè)，自然有著特殊的生產(chǎn)流程。在計(jì)算機(jī)還是很稀罕的年代，線路板制造行業(yè)就有了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM），同時(shí)，熱火朝天的原始手工操作也是行業(yè)的一大特色。這種先進(jìn)與落后并存的局面，是由線路板這種特殊的產(chǎn)品決定的。比較明顯的特點(diǎn)是，產(chǎn)品要求越高端，越是要采用先進(jìn)的設(shè)備和工藝。比如HDI、IC載板，應(yīng)用了大批全自動(dòng)的加工設(shè)備和測(cè)量儀器。低端的單雙面板，還是有很多手動(dòng)的操作，如手動(dòng)裁板、手動(dòng)電鍍、手動(dòng)印刷等等。

能用手動(dòng)操作，決不輕易用設(shè)備。能用簡單的設(shè)備，決不用先進(jìn)的設(shè)備。實(shí)在是跟不上產(chǎn)品的要求，才會(huì)考慮采用先進(jìn)裝備和工藝。隨著線路板設(shè)計(jì)難度不斷加大，行業(yè)就這樣慢慢的被自動(dòng)化著。

2008年，先是危機(jī)了一下，接著下來人就慢慢的難招了，板子更難了，不良更高了。算了一下，月人均產(chǎn)值人民幣3萬元以內(nèi)的，都算很低了。人為因素造成的不良占總體不良率的50%以上，太高了，然后就開始思考自動(dòng)化。自主自動(dòng)化的時(shí)代終于到來了。

2 印制電路板制造業(yè)的自動(dòng)化進(jìn)程

線路板制造業(yè)的自動(dòng)化過程將是什么樣的？最終會(huì)發(fā)展到什么程度？下面一步一步的分析一下印制電路板行業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的過程。

2.1 設(shè)備換人

設(shè)備代替人，這跟其他行業(yè)沒有多大的差別，就是把原始的手工操作逐步淘汰掉，使用具有同樣功能的設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)。在這一階段，自動(dòng)化的目的主要是改善勞動(dòng)環(huán)境，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，維持品質(zhì)穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。

電路板制造業(yè)在中國起步較晚，在行業(yè)興起的時(shí)候，信息技術(shù)已經(jīng)很發(fā)達(dá)了。這時(shí)候?qū)嵤┰O(shè)備換人，實(shí)際上是一步走到了工業(yè)3.0的程度：機(jī)械化、電氣化、信息化。設(shè)備換人的優(yōu)點(diǎn)很多，如可連續(xù)高效生產(chǎn)、不受情緒影響的穩(wěn)定品質(zhì)、產(chǎn)出投入比例最大化等等。這是電路板制造業(yè)自動(dòng)化的第一步，也是最為關(guān)鍵的一步。

到目前為止，電路板制造行業(yè)中的每一個(gè)工序，都有了相應(yīng)的設(shè)備。相對(duì)而言，檢查類設(shè)備的自動(dòng)化程度比加工類設(shè)備自動(dòng)化程度低一點(diǎn)，比如用來代替目視外觀檢查的AVI還在一定程度上依賴于人，但隨著設(shè)備廠商經(jīng)驗(yàn)的積累和新技術(shù)的應(yīng)用，預(yù)計(jì)在三到五年內(nèi)，所有電路板制造工序都可以完全使用設(shè)備進(jìn)行加工和檢查。

2.2 自動(dòng)上下板

眾所周知，電路板制造的特點(diǎn)是流程長、工藝復(fù)雜。制作普通的多層板要經(jīng)過十五個(gè)大工序：開料、內(nèi)層制作、內(nèi)層檢查、壓合、鉆孔、電鍍、外層制作、外層檢查、阻焊、字符、表面處理、鑼板、電測(cè)、終檢、包裝。稍為復(fù)雜一點(diǎn)的線路板，幾十個(gè)大工序，走下來一個(gè)多月。把大工序細(xì)分成小工序，有好些大工序?qū)⒔惺畟€(gè)小工序。如阻焊制作工序，小工序有前處理、塞孔、印第一面、預(yù)干燥、印第二面、預(yù)干燥、曝光、顯像、固化，這樣下來得有一百多個(gè)小工序。工序很多，自然上下料的操作也是很多的。

通常情況下，一個(gè)人可以照看兩臺(tái)自動(dòng)上板機(jī)或兩臺(tái)自動(dòng)下板機(jī)，即兩臺(tái)上板機(jī)或兩臺(tái)下板機(jī)可減少1人/班。選取業(yè)內(nèi)比較典型的幾種自動(dòng)上下板機(jī)，計(jì)算其相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，如表1。

從投資收益率上看，最高達(dá)59.8%，最低也有16.7%，高于目前行業(yè)的基準(zhǔn)收益率。加快實(shí)施上下料自動(dòng)化，是大多數(shù)線路板生產(chǎn)廠家目前最主要的工作。

當(dāng)然，我們還應(yīng)該關(guān)注的是投資回收期。投資回收期最快的是1.29年，最慢的是4.71年。如果沒有計(jì)劃在投資回收期內(nèi)實(shí)施下一階段的自動(dòng)化方案，應(yīng)該盡快實(shí)現(xiàn)上下料自動(dòng)化。如果有計(jì)劃實(shí)施下一階段的自動(dòng)化方案，要注意避免投資的浪費(fèi)。

2.3 連線（在線）

連線的概念比較老土，就是把一條線的收板直接對(duì)接到另一條線的投板上，沒有了收放板，也沒有了搬運(yùn)，徹底的把投板、收板、搬運(yùn)的人都省了，連收放板機(jī)也省了。

在線的概念比較時(shí)髦一點(diǎn)，就是把兩個(gè)工序合二為一。比如現(xiàn)在最熱的在線AOI，就是把AOI設(shè)備直接接到蝕刻線上，叫做在線AOI。在線和連線其實(shí)是一回事。

到這一步，很多人還是下不了決心。想當(dāng)初，落成了幾層的廠房，灑下了多少的喜悅?，F(xiàn)在拆了，把線全部連在一起，真的有這個(gè)必要嗎？再說，這么長長的線，怎么可以能擺在一起？ 有電梯，有上下板機(jī)，占的人也不多，還是樓上樓下的搬吧！

不管連還是不連，決定因素有兩個(gè)：（1）技術(shù)是否可行；（2）經(jīng)濟(jì)是否可行。

技術(shù)上要解決的問題是，如何實(shí)現(xiàn)不同工序間的匹配問題。比如鉆孔與電鍍間的銜接，就需要進(jìn)行技術(shù)性的處理。鉆孔是間歇性的干流程，車間有溫濕度的管理，電鍍是連續(xù)性的濕流程，車間幾乎是敞開式的，看起似乎很難，事實(shí)上呢？簡單的暫存技術(shù)就可以有效解決了。業(yè)內(nèi)可用的暫存設(shè)備有太陽式收板機(jī)、履帶式收板機(jī)、垂直堆棧式收板機(jī)等等。間歇性往連續(xù)性轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)了，連續(xù)性向間歇性轉(zhuǎn)換也不難。在工業(yè)2.0的年代，在包裝材料廠就有把絲印機(jī)架在流水線上的做法，套用現(xiàn)在的叫法，就叫做在線絲印機(jī)。把間歇性的AOI作業(yè)設(shè)備嵌入到連續(xù)性的蝕刻線上的做法，就是在線設(shè)備的一個(gè)成功例子。當(dāng)然，也不是簡單的暫存連線或在線設(shè)備就能把整個(gè)工廠連起來，比如貼膜與曝光的連線，還需要開發(fā)超薄的干膜以配合曝光機(jī)效率的發(fā)揮，這也是指日可待的事情。

至于經(jīng)濟(jì)可行性，先對(duì)比一下在線AOI與傳統(tǒng)AOI，如表2。

通過對(duì)比，在線設(shè)備比傳統(tǒng)的設(shè)備有明顯的優(yōu)勢(shì)：能耗低，工藝簡單，設(shè)備投資較低，效率高，品質(zhì)穩(wěn)定，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)低，管理簡便，人員最少化。

表1　

同樣的，連線設(shè)備在經(jīng)濟(jì)上也表現(xiàn)出強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。比如電鍍與貼膜前處理連線，電鍍后不需要烘干，濕漉漉的就進(jìn)貼膜前處理線。新電鍍出來的板，新鮮新鮮的，不用清潔了，直接粗化烘干貼膜，省水省電省人省設(shè)備還省藥品，工藝簡單廢水少，光電費(fèi)就能節(jié)約1000元/天，經(jīng)濟(jì)上，肯定也是可行的。

推廣在線（連線）設(shè)備，直接省去了自動(dòng)上下板裝置的投資，加工時(shí)間更短，避免了自動(dòng)上下板裝置帶來的品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，更重要的是，為了工序間停放而對(duì)線路板進(jìn)行的各種處理也不再需要了。建議有能力的線路板廠家，可以從第一步直接到第三步。

2.4 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)，就是不同的物體通過互聯(lián)網(wǎng)和軟件系統(tǒng)相連，感知，互動(dòng)。

線路板廠，設(shè)備有了，網(wǎng)絡(luò)有了，ERP也有了，很可惜，三者沒有融合成一個(gè)整體。ERP與設(shè)備的交流是通過人來進(jìn)行的，網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)用也僅限于數(shù)據(jù)的傳輸，自動(dòng)化和信息化優(yōu)勢(shì)未能充分發(fā)揮。

從技術(shù)上來說，ERP與設(shè)備間的溝通并不難實(shí)現(xiàn)。目前，大多數(shù)的線路板制造設(shè)備都實(shí)現(xiàn)了電腦監(jiān)控與控制。實(shí)現(xiàn)設(shè)備與ERP系統(tǒng)的溝通，從軟件的層面上就可以解決。部分沒有實(shí)現(xiàn)電腦控制的設(shè)備，都是些非關(guān)鍵的簡單設(shè)備，開發(fā)相應(yīng)的I/O卡直接與系統(tǒng)溝通或者將這些簡單設(shè)備電腦化，都有成熟的技術(shù)支持。軟件工程與硬件工程合作實(shí)現(xiàn)線路板制造全線自動(dòng)化的時(shí)代一定會(huì)到來，傳說中的無人工廠將會(huì)誕生。

高度自動(dòng)化的線路板工廠將會(huì)是這樣的：客戶通過網(wǎng)絡(luò)登錄工廠ERP，把訂單和線路板制造用的工程資料從客戶的ERP直接傳送到工廠的系統(tǒng)中。標(biāo)準(zhǔn)化的工程資料直接傳輸?shù)焦こ滩康姆?wù)器上，自動(dòng)運(yùn)行大量腳本，轉(zhuǎn)換出各部門需要的物料清單、加工條件以及加工用數(shù)據(jù)，如DI、AOI、鉆孔、噴印、鑼板、飛針、AVI等設(shè)備用的資料。ERP系統(tǒng)根據(jù)物料清單和訂單自動(dòng)向供應(yīng)商下單采購，根據(jù)物料交期和訂單交期自動(dòng)排好生產(chǎn)計(jì)劃。各設(shè)備根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃自動(dòng)取用材料、加工、檢查、傳送到下工序。產(chǎn)品包裝完成，系統(tǒng)自動(dòng)通知物流公司前來取板送到客戶手上。

當(dāng)然，即使是實(shí)現(xiàn)了物聯(lián)，也還是需要人的。不過，人的作用不再是重復(fù)性的操作，而是各種異常的處理，改善以及新產(chǎn)品的開發(fā)等等思考性的活動(dòng)。

四步下來，線路板制造業(yè)已經(jīng)高度自動(dòng)化了。接下來，會(huì)不會(huì)被3D打印全面顛覆，我們拭目以待。

3 總結(jié)

如何少走彎路，直接進(jìn)入自動(dòng)化的最佳模式，以便于大幅減少投入，需要從工廠的實(shí)際情況出發(fā)綜合評(píng)估。

在早期，設(shè)備價(jià)格較高，人員工資水平較低，產(chǎn)品設(shè)計(jì)簡單，采用手動(dòng)操作，也是很好的選擇。目前，人員成本不斷攀升，產(chǎn)品設(shè)計(jì)復(fù)雜，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成熟，考慮物聯(lián)網(wǎng)的方式，一步到位，減少不必要的投資，應(yīng)該是理想的選擇。

特別要說明一下的就是自動(dòng)上下板機(jī)的導(dǎo)入，在一定程度上是浪費(fèi)的。大家試想一下，貼膜前處理線裝一個(gè)上板機(jī)，一個(gè)收板機(jī)，然后把板推到貼膜機(jī)前，同樣的，貼膜機(jī)也裝一臺(tái)上板機(jī)，一臺(tái)收板機(jī)，這里面絕對(duì)是浪費(fèi)。把貼膜機(jī)連到貼膜前處理線上，少用了一臺(tái)上板機(jī)和一臺(tái)下板。同樣的概念擴(kuò)展一下，整個(gè)工廠都連起來，買回來的自動(dòng)上下板機(jī)將如何是好？

總結(jié)起來，采用ERP系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)管理連線（在線）加工和檢測(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)線路板制造業(yè)的自動(dòng)化，提高效率的同時(shí)確保產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定，為持續(xù)發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。

表2　

［1］黨振.中國大陸PCB產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化的現(xiàn)況與未來［J］.印制電路信息， 2006，1.

The automation of printed circuit board manufacturing

XU Zhao-chen

There are four steps for the automation of print circuit board manufacturing: use equipment instead of manual work， automatic loading and unloading， connecting line （online）， the internet of things. For reference， print circuit board factory can choice the best step for automation.

Printed Circuit Board； Automation

TN41

A

1009-0096（2015）11-0009-03