谈印制电路板制造业自动化

徐朝晨

（四会富士电子科技有限公司，广东 肇庆 526236）

谈印制电路板制造业自动化

徐朝晨

（四会富士电子科技有限公司，广东 肇庆 526236）

总结了印制路板自动化的四个阶段：设备换人、自动上下板、连线（在线）、物联网，以便于线路板厂参考选择自动化的改造步骤。

印制电路板；自动化

1 前言

印制电路板制造业横跨众多领域，从基础材料到尖端科技，均有涉及。原材料是玻璃纤维布、树脂、铜、各种化学药品等基础材料，产品应用于航空航天、科学研究、生活及生产的方方面面，从大众化的产品到尖端科技，包罗万象。特殊的行业，自然有着特殊的生产流程。在计算机还是很稀罕的年代，线路板制造行业就有了先进的计算机辅助制造（CAM），同时，热火朝天的原始手工操作也是行业的一大特色。这种先进与落后并存的局面，是由线路板这种特殊的产品决定的。比较明显的特点是，产品要求越高端，越是要采用先进的设备和工艺。比如HDI、IC载板，应用了大批全自动的加工设备和测量仪器。低端的单双面板，还是有很多手动的操作，如手动裁板、手动电镀、手动印刷等等。

能用手动操作，决不轻易用设备。能用简单的设备，决不用先进的设备。实在是跟不上产品的要求，才会考虑采用先进装备和工艺。随着线路板设计难度不断加大，行业就这样慢慢的被自动化着。

2008年，先是危机了一下，接着下来人就慢慢的难招了，板子更难了，不良更高了。算了一下，月人均产值人民币3万元以内的，都算很低了。人为因素造成的不良占总体不良率的50%以上，太高了，然后就开始思考自动化。自主自动化的时代终于到来了。

2 印制电路板制造业的自动化进程

线路板制造业的自动化过程将是什么样的？最终会发展到什么程度？下面一步一步的分析一下印制电路板行业自动化发展的过程。

2.1 设备换人

设备代替人，这跟其他行业没有多大的差别，就是把原始的手工操作逐步淘汰掉，使用具有同样功能的设备进行生产。在这一阶段，自动化的目的主要是改善劳动环境，降低工人劳动强度，提高生产效率，维持品质稳定，实现大规模生产。

电路板制造业在中国起步较晚，在行业兴起的时候，信息技术已经很发达了。这时候实施设备换人，实际上是一步走到了工业3.0的程度：机械化、电气化、信息化。设备换人的优点很多，如可连续高效生产、不受情绪影响的稳定品质、产出投入比例最大化等等。这是电路板制造业自动化的第一步，也是最为关键的一步。

到目前为止，电路板制造行业中的每一个工序，都有了相应的设备。相对而言，检查类设备的自动化程度比加工类设备自动化程度低一点，比如用来代替目视外观检查的AVI还在一定程度上依赖于人，但随着设备厂商经验的积累和新技术的应用，预计在三到五年内，所有电路板制造工序都可以完全使用设备进行加工和检查。

2.2 自动上下板

众所周知，电路板制造的特点是流程长、工艺复杂。制作普通的多层板要经过十五个大工序：开料、内层制作、内层检查、压合、钻孔、电镀、外层制作、外层检查、阻焊、字符、表面处理、锣板、电测、终检、包装。稍为复杂一点的线路板，几十个大工序，走下来一个多月。把大工序细分成小工序，有好些大工序将近有十个小工序。如阻焊制作工序，小工序有前处理、塞孔、印第一面、预干燥、印第二面、预干燥、曝光、显像、固化，这样下来得有一百多个小工序。工序很多，自然上下料的操作也是很多的。

通常情况下，一个人可以照看两台自动上板机或两台自动下板机，即两台上板机或两台下板机可减少1人/班。选取业内比较典型的几种自动上下板机，计算其相应的经济指标，如表1。

从投资收益率上看，最高达59.8%，最低也有16.7%，高于目前行业的基准收益率。加快实施上下料自动化，是大多数线路板生产厂家目前最主要的工作。

当然，我们还应该关注的是投资回收期。投资回收期最快的是1.29年，最慢的是4.71年。如果没有计划在投资回收期内实施下一阶段的自动化方案，应该尽快实现上下料自动化。如果有计划实施下一阶段的自动化方案，要注意避免投资的浪费。

2.3 连线（在线）

连线的概念比较老土，就是把一条线的收板直接对接到另一条线的投板上，没有了收放板，也没有了搬运，彻底的把投板、收板、搬运的人都省了，连收放板机也省了。

在线的概念比较时髦一点，就是把两个工序合二为一。比如现在最热的在线AOI，就是把AOI设备直接接到蚀刻线上，叫做在线AOI。在线和连线其实是一回事。

到这一步，很多人还是下不了决心。想当初，落成了几层的厂房，洒下了多少的喜悦。现在拆了，把线全部连在一起，真的有这个必要吗？再说，这么长长的线，怎么可以能摆在一起？ 有电梯，有上下板机，占的人也不多，还是楼上楼下的搬吧！

不管连还是不连，决定因素有两个：（1）技术是否可行；（2）经济是否可行。

技术上要解决的问题是，如何实现不同工序间的匹配问题。比如钻孔与电镀间的衔接，就需要进行技术性的处理。钻孔是间歇性的干流程，车间有温湿度的管理，电镀是连续性的湿流程，车间几乎是敞开式的，看起似乎很难，事实上呢？简单的暂存技术就可以有效解决了。业内可用的暂存设备有太阳式收板机、履带式收板机、垂直堆栈式收板机等等。间歇性往连续性转换实现了，连续性向间歇性转换也不难。在工业2.0的年代，在包装材料厂就有把丝印机架在流水线上的做法，套用现在的叫法，就叫做在线丝印机。把间歇性的AOI作业设备嵌入到连续性的蚀刻线上的做法，就是在线设备的一个成功例子。当然，也不是简单的暂存连线或在线设备就能把整个工厂连起来，比如贴膜与曝光的连线，还需要开发超薄的干膜以配合曝光机效率的发挥，这也是指日可待的事情。

至于经济可行性，先对比一下在线AOI与传统AOI，如表2。

通过对比，在线设备比传统的设备有明显的优势：能耗低，工艺简单，设备投资较低，效率高，品质稳定，环境风险低，管理简便，人员最少化。

表1　

同样的，连线设备在经济上也表现出强大的优势。比如电镀与贴膜前处理连线，电镀后不需要烘干，湿漉漉的就进贴膜前处理线。新电镀出来的板，新鲜新鲜的，不用清洁了，直接粗化烘干贴膜，省水省电省人省设备还省药品，工艺简单废水少，光电费就能节约1000元/天，经济上，肯定也是可行的。

推广在线（连线）设备，直接省去了自动上下板装置的投资，加工时间更短，避免了自动上下板装置带来的品质风险，更重要的是，为了工序间停放而对线路板进行的各种处理也不再需要了。建议有能力的线路板厂家，可以从第一步直接到第三步。

2.4 物联网

物联网，就是不同的物体通过互联网和软件系统相连，感知，互动。

线路板厂，设备有了，网络有了，ERP也有了，很可惜，三者没有融合成一个整体。ERP与设备的交流是通过人来进行的，网络的运用也仅限于数据的传输，自动化和信息化优势未能充分发挥。

从技术上来说，ERP与设备间的沟通并不难实现。目前，大多数的线路板制造设备都实现了电脑监控与控制。实现设备与ERP系统的沟通，从软件的层面上就可以解决。部分没有实现电脑控制的设备，都是些非关键的简单设备，开发相应的I/O卡直接与系统沟通或者将这些简单设备电脑化，都有成熟的技术支持。软件工程与硬件工程合作实现线路板制造全线自动化的时代一定会到来，传说中的无人工厂将会诞生。

高度自动化的线路板工厂将会是这样的：客户通过网络登录工厂ERP，把订单和线路板制造用的工程资料从客户的ERP直接传送到工厂的系统中。标准化的工程资料直接传输到工程部的服务器上，自动运行大量脚本，转换出各部门需要的物料清单、加工条件以及加工用数据，如DI、AOI、钻孔、喷印、锣板、飞针、AVI等设备用的资料。ERP系统根据物料清单和订单自动向供应商下单采购，根据物料交期和订单交期自动排好生产计划。各设备根据生产计划自动取用材料、加工、检查、传送到下工序。产品包装完成，系统自动通知物流公司前来取板送到客户手上。

当然，即使是实现了物联，也还是需要人的。不过，人的作用不再是重复性的操作，而是各种异常的处理，改善以及新产品的开发等等思考性的活动。

四步下来，线路板制造业已经高度自动化了。接下来，会不会被3D打印全面颠覆，我们拭目以待。

3 总结

如何少走弯路，直接进入自动化的最佳模式，以便于大幅减少投入，需要从工厂的实际情况出发综合评估。

在早期，设备价格较高，人员工资水平较低，产品设计简单，采用手动操作，也是很好的选择。目前，人员成本不断攀升，产品设计复杂，互联网技术成熟，考虑物联网的方式，一步到位，减少不必要的投资，应该是理想的选择。

特别要说明一下的就是自动上下板机的导入，在一定程度上是浪费的。大家试想一下，贴膜前处理线装一个上板机，一个收板机，然后把板推到贴膜机前，同样的，贴膜机也装一台上板机，一台收板机，这里面绝对是浪费。把贴膜机连到贴膜前处理线上，少用了一台上板机和一台下板。同样的概念扩展一下，整个工厂都连起来，买回来的自动上下板机将如何是好？

总结起来，采用ERP系统，通过网络管理连线（在线）加工和检测设备，实现线路板制造业的自动化，提高效率的同时确保产品的质量稳定，为持续发展打下良好的基础。

表2　

［1］党振.中国大陆PCB产业自动化的现况与未来［J］.印制电路信息， 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