近年来印制板自动化设备发展趋势综述

欧阳焰啸

（广东正业科技股份有限公司，广东 东莞 523808）

1 当前印制板企业最喜欢什么样的自动化设备

近年来，印制板行业各个企业都在探索优化工艺、提高效率的路子，设备厂商为了适应这一变化，也推出了多款设备。据了解，最受欢迎的就是国产的自动化程度较高的设备。诸如，收放板机、CCD对位自动印字符丝印机、自动激光直接成像系统、自动喷墨机、外观光学检查机，还有用于FPC企业的有垂直连续自动电镀线（VCP），冲孔机、冲床上下料机械手，自动贴补强机等等。从简单的收放板机、冲孔机和冲床上下料机械手到集光、电、机与软件技术于一身的外观光学检查机、自动补强机，清晰地反映出印制板企业对自动化程度高的设备的需求量呈现出越来越大的趋势。

纵观各企业所购进的相关设备，概括起来有五类。

（1）把原来的几个工序合并（优化工艺），减少板子的周转环节。在工序合并方面，许多地方实际上就是设备的合并。例如，过去印字符，1人1台丝印机，印好后由操作员推到烘箱中烤干，再印反面。现在，把待印的板子放在自动放板机上，经过CCD对位，传送到自动丝印机上印刷，再传送到隧道炉内烘干。在这里工艺的优化就是由设备自动化实现的，即把设备通过自动化组合起来。

（2）把原有的工序取消。例如，自动激光直接成像（LDI）机的使用，取消了制作照相底版工序，它在贴干膜或涂湿膜的基板上直接用激光成像获得细线路；又如，自动喷墨打印机的使用，取消了网版制作工序，它直接在板上喷写字符。

（3）用设备代替人工操作，提高效率，减少人为的不利影响因素。例如FPC用自动补强机，采用机器视觉定位，通过软件进行精确计算，能保证PI或不锈钢补强片贴到工艺要求的部位。南方一家FPCB厂原来采取人工贴补强片，月产量1.2万平方米，贴补强片的工人为70人，后来他们购进了3台国产自动贴补强机，工人就减少到20人， 也就是说，1台自动机抵得上约15人；同时，自动贴补强片还避免了周转过程的擦花、裸手的污染等不良因素的影响。

（4）减少设备对环境的影响。例如，垂直连续电镀线、半固化片无尘自动裁切机。前者与老式的龙门电镀线相比，产生的废气少了，对环境的污染小了，员工操作起来觉得比较舒适；后者，把红外线加热技术应用到半固化片分切的高端设备上，就是在分切半固化片前先把它加热到一定温度使之软化，从而在分切时刀口不再产生半固化片灰尘。

（5）加工小孔、外形复杂且尺寸精度高的激光设备。近年来，国内已推出了能满足PCB、FPC要求的激光机器，例如，PCB用的激光钻孔机、FPC用的Roll to Roll激光打孔机，紫外激光切割外形机等。

据了解，国产设备的倔起，使同类的进口设备越来越失去已有的优势。原因有：（1）性价比。国产设备的价格比进口设备约低1/2至2/3。（2）服务的及时性。国产厂家服务及时，基本可以保证24小时内到达故障现场，国外的设备除在中国境内有服务点的公司外，服务严重滞后；同时还存在语言沟通方面的困难。（3）购买配件时间。国产的时间短，国外的时间长，而且价格不菲，有钱买马，无钱买鞍。（4）对维修人员的要求，国外设备的维修人员比国内设备的维修人员要求高。国内的设备，一般的维修人员，能读懂其说明书；而国外的设备，要文化程度较高的工程师才能勉强看懂。

通过上述阐述，我们可以清楚地回答印制板企业最喜欢什么样的自动化设备，这些设备可以满足下列要求：（1）国产化，性能优良，价格合适；（2）可以帮助企业实现多个工序合并（工艺优化）；乃至取消部分工序；（3）可以节省人力资源；（4）对环境影响较小；（5）能满足加工精度要求高的场所。

2 印制板企业购置自动化设备的驱动力

印制板企业购置自动化设备的驱动力主要来源于以下七个方面：

（1）招工难。内地和西部的就业环境逐年得到改善，工资待遇也与经济发达地区的差距逐步缩小，加之就近务工，可以照顾家小，因此，出去的人逐年减少，同时，返乡的人也逐年增多。在这种形势下招工是越来越难。

（2）人员流动大。随着人工荒的日益加剧，各企业都在想方设法，提高待遇以留住员工。员工也认清了这一形势，哪里待遇好，就流向哪里，甚至是因为对上司的管理方式不满而频频跳槽。笔者长期在印制板企业工作，所见到的现象是：基本不到3个月，约80%的员工就换成了新面孔。

（3）成本。人员流动过快，给企业带来了下列问题：

①品质问题。首先新员工对设备操作不熟练。我见过一位员工上午报到，下午就在磨板线上放板，当水洗段缺水，设备报警灯闪烁报警时，那员工全然不知；其次是员工对工艺参数不熟悉，比如平行曝光机真空度未到达设定值时照样曝光。这些因素对品质产生了影响，流到了客户手中，企业既要赔款又要“赔罪”。

②直接培训费用。新员工进厂，企业要安排人力对其进行培训。可是经培训上岗不久，员工往往大都流失，企业又要投入人力培训。企业因而陷入了一个“培训——流失——再培训——再流失”的怪圈，付出了较沉重的代价，这使得生产成本增加，利润下降。

（4）印制板企业电镀、蚀刻工序、丝印工序是产生有毒有害气体的工序，PP裁切工序等是产生灰尘的工序。这些地方，如果没有把环境搞好，员工的流失率就会增大。

（5）同行业竞争激烈，价格战愈演愈烈。由于竞争激烈，印制板要降价，利润空间被挤压得越来越窄小，档次低的板子更是利润微薄。

（6）PCB技术要求越来越高。孔径越来越小、线路越来越密、线宽越来越细、外形复杂且尺寸精度越来越高，例如，PCB盲孔径要求达到0.1 mm；FPCB的外形尺寸公差要求达到0.05 mm（±50μm），这就使得高精度的加工设备成为必须，激光加工就是其中一例。但这类进口设备价格却十分昂贵，只有少数工厂才买得起，多数工厂只能望而却步。

印制板企业要摆脱上述困境，必须想方设法做到：减人增效；购置对员工工作环境影响小的设备。

（7）购置加工精度高，同时价格又适中的设备。

而国产自动化设备（包括国产激光加工设备）和对环境产生影响小的设备（也有较高程度的自动化）正好可以满足这些需求。

3 近年来自动化设备的应用举例

3.1 优化工艺方面

3.1.1 全自动AOI（自动光学检查系统）

旧方式：AOI是独立房间，独立工序，不管内层外层线路检查，一人一台机。

新方式： AOI设备直接接到蚀刻机尾部出板处；全自动检测内外层线路开短路；速度最大达到5 m/min（也可3.5m/min或1.5 m/min）。

效果：AOI与蚀刻机连线，不再需独立工序、房间；不再需要专人照看；高效，一台新机顶4台旧AOI。

3.1.2 自动网印阻焊

旧方式：在阻焊油墨车间，一人管一台丝印机，一家月产4万平方米的工厂通常需要丝印工20至30名，而且丝印工在印制板企业属于技术工种，工资比别的工序要高，人还不好招。

新方式：（1）蚀刻后吹干的印制板——自动传送到机架上，CCD定位——静电喷涂、塞孔；（2）帘涂阻焊油墨完成第一面——自动传至隧道烤炉中——预烘干第1面后——自动翻转——静电喷涂；或帘涂阻焊油墨，完成第2面涂敷——传到隧道烤炉中，预烘干——进入曝光工序。

效果：把原来的丝印工序、隧道炉烘干工序组合到一起，效率大大提高了。静电喷涂或帘涂只需要二三个人操作就可以了，一套设备省掉二三十人。

3.2 节省人力方面

3.2.1 冲孔机放板机械手和冲床放板机械手

旧方式：在FPC厂1人管1台冲孔机或冲床。

新方式：在每台冲孔机前安装1台简易的机械手（在X、Y、Z轴上做直线运动），1人可以管理5台冲孔机或冲床。

效果：5台简易的机械手可节省4人；另外，由于在冲床上由机械手代替人手放板，完全避免了员工被冲到手的工伤事故发生。安全也是效益。可以预料，将来FPC的冲床全部可由这种机械手放料和取料。

3.2.2 自动化通断检测（E-test）

旧方法：通断检测，每人操作一台机（专用机或通用机）。操作工把板子放在测试机的夹具上，双手按下开关测试。测试完毕后，取下板， 把好板、坏板分开。

新方法：（1）传送带把待测板传送到机器上，经CCD定位，传送到夹具上，测完后，传送带自动分出好板、坏板。（2）机械手自动取板，放到测试架上，CCD自动定位，测完后，机械手把板取出来，OK的板放在一起，NG的板放在一起，叠放整齐。

效果：1人可管理6台机。

3.2.3 自动研磨钻头机

旧方法：一位工人操作1台钻头研磨机。

新方法：把待磨的钻头放在托盘上，机械手抓起待磨的钻头到自动研磨机上，自动磨后、检测，机械手再把磨好的钻头取走。

效果：自动研磨机返磨的钻头精度比手工操作还好。

自动研磨，自动检测，一个人操作可磨出4～6人完成的工作量，效率大为提高。

目前，自动研磨机还处在高度保密阶段，机器往往放在客户一个密封的房间内，不允许外人参观。

3.2.4 全自动外观检查机

过去：在印制板终检工序，几十个人作外观检查，终检工人在放大镜下，左看右看。

现在：一台外观检查机，全自动检查外观缺陷。只要人工把待检板放在机器的平台上，机器就会自动把板运送到检查区域，进行检查，然后分辨出好板和坏板。目前国产机基本上能检查出所有的外观缺陷。

3.2.5 自动激光直接成像（LDI）机[1]

过去：线路要经过下列工工序才能转移至PCB上：光绘机在底片上曝光；冲片机上显影、定影、烘干；把成为线路的底片贴到曝光机的曝光玻璃上，通过紫外光把线路图形转移到贴有干膜或涂有湿膜的PCB上。

现在：自动激光直接成像（LDI）机直接把线路通过激光“写”在贴有干膜或涂有湿膜PCB上，不用照相底版了，不仅提高了效率，更重要的是能获得小于0.1 mm的细密线路。

据了解，一批PCB厂都已配置多台LDI系统，甚至还有配置十多台的。

3.2.6 自动喷墨打印机

过去：字符印刷，1 人1台丝印机。要把经过制网板工序制作的网版安装到丝印机上，然后再印。

现在：只要把字符资料输入到计算机内，自动喷墨机就可以直接喷出所期望的字符。从而省去了复杂的制网工序，效率大为提高。笔者了解到，这种机的关键部件喷墨打印头目前还比较脆弱，寿命还不能满足客户的需要。但是经过厂家的努力，可以相信，2014年一定会有更加稳定的机型被推向市场。

3.3 对环境影响小的设备方面

3.3.1 垂直连续循环电镀线

过去：使用龙门电镀线，槽体大敞大开，药水挥发，搞得现场酸雾濛濛，即使装上废气处理塔，也不能满足员工的要求。

现在：使用连续循环电镀，槽体小，槽口还可以做适当的封闭处理，然后将整条线封闭起来，这样，药水的挥发量大大减少，挥发出的酸雾也易抽走。

目前，垂直连续循环电镀线有韩国生产和国产的，在性能和稳定性方面，国产的与韩国产的，大致相当。

3.3.2 半固化片无尘自动裁切机（图1）

图1 正业科技半固化片无尘自动裁切机

过去，在冷态时裁切，环氧树脂容易在外力的作用下破碎，产生大量的半固化片灰尘，飘浮在空气中，严重影响员工的健康。

现在，通过红外线加热半固化片，加温到一定温度使其软化，这样，裁切时就不会产生粉尘（图1）。

效果：无半固化片粉尘产生，且效率提高。

4 印制板设备的发展趋势和国内设备存在的主要问题

通过结合近年来印制板企业现场设备配置情况的分析，我们不难看出，印制板设备的发展趋势。

（1）用自动化设备作为桥梁，把原来的几个工序组合起来。这是印制板企业今后引进设备的一个重要方向。比如，上文提到的“自动网印阻焊”，还可以把曝光工序组合进来，即板子从隧道炉出来后，传送到曝光机上，经CCD定位，自动曝光。

（2）激光技术将得到更加广泛的应用。例如，用于FPC的Roll to Roll（卷对卷）的激光打孔和切割的激光切割机就是很好的例子。可以预见，今后激光技术的应用范围会越来越广。

（3）引进机械手，以便1人可以管理多台机器。今后一段时间，机械手要扩大使用范围，比如，FPC的多口快压机的放板和取板。目前的机械手定位精度不够高，只可在X、Y、Z轴3个自由度上运动，今后，机械手要与机器视觉结合起来，在6个自由度上可以按照人的指令运动，从而达到较高的精度，满足较高定位精度的要求。所谓机器视觉（Machine Vision）是为机器人提供类人视觉的功能，它是将数字图像处理和数字图像分析、图像识别结合起来，让机器人能够理解自然景物和环境[2]。按照这个路子发展下去，将机器人嫁接到一些传统的设备上去取代那些复杂的机构或装置，从而简化整个机器结构；而嫁接了机器人的设备通过机、电、光和软件的有机结合，满足印制板日益增长的“高、精、尖”的技术发展需求。这样的令人兴奋的预言一定会在这两年内成为现实。

（4）把有安全隐患的操作方式交给机器来完成。冲床是发生安全事故率较高的设备，现在，人们在冲PCB时找到了好办法，人手完全可以离开，由机械手来代替。这种方法，今后一定会为PCB冲床所采纳。

（5）设备减少对环境的影响。印制板企业由设备所产生的噪音、废气、粉尘还在一定程度上存在着，它们影响着环境，影响操作者的健康。随着环保法治化的推进，员工自我保护意识的增强，这些设备必将或被改造或被淘汰。

国产设备在以上方面已经取得了初步的成绩，有些已接近或达到国外同类设备的水平，但是也应该看到还存在如下方面的不足：

（1）在工业设计方面，例如形状、颜色搭配等不如人家做得美观。

（2）局部的小问题发生的概率较多。比如，自动贴补强机，有客户认定带有冲模的自动补强机比不带冲模的要差，故障率高，厂家经过调查，发现问题出在冲模上：把模具问题解决了，国产机的稳定率与韩国机不相上下；同时，也证明带冲模的机在贴不锈钢补强片上，生产成本比用现成的钢片卷要低。

（3）在关键部位，设计精度不够。设计时，工程师们对这个部位的认识不足，规定的精度不高，致使制造的部件精度不足，产品满足不了客户的要求。

（4）关键零部件加工精度不够。

国产设备未来的改进方向如下：

（1）要注重工业设计，在外观上给人以审美的愉悦。

（2）要善于学习国外的先进的东西，要吃透它们的关键部位，要采取“拿来主义”的态度，转化为自己的东西。

（3）在设计方面要吃透用户的要求，弄清设备的精度与用户要求的关系。该高的地方一定要高， 不必高的地方，就不要盲目攀高，因为这会提高制造成本。

（4）提高加工精度。优化机械加工工艺，并且对外委加工部分进行严格管控。

（5）关注每一个组成部分的质量。比如，上文提到的模具，虽然不是设备厂商制造的，但装到设备上后，就与设备有关系了。

（6）设计方案力求简单化、模块化：对于操作工来说，不能有复杂的调整，要让他们感觉象使用“傻瓜”照相机一样简单，这也是应对员工流失较快的一个很好的措施；

（7）对于维修人员说，只要会判断故障发生在哪个模块上，直接更换就可以了。

（8）在设备推广方面，要多做宣传培训等普及工作。只有让客户做到“四会”即“会使用、会调整、会保养、会维修（小问题）”，设备才能在客户那里生根、发芽、开花和结果。

我自豪地预言民族的设备、装备制造业在不远的将来一定会在印制板行业大放异彩，全面占领市场，取得丰硕的成果！

[1]梁志立. IC载板技术和涉及的设备/仪器及材料.

[2]张铮等. 数字图像处理与机器视觉[M]. 人民邮电出版社.