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新型PCB制造解决方案的投资回报率
  2022-06-21      

文章来源:PCB007中文线上杂志

I-Connect007编辑团队采访了Technica公司的Frank Medina、Ed Carrigan和Jason Perry,探讨了为PCB制造商提供高投资回报率(return on investment,简称ROI)的热点趋势。贯穿整个采访的主题是:计算投资回报率的传统方法正在被包含更多定性因素的模型所取代。

Technica 公司 Watch Wise 自动化设备

Nolan Johnson:Frank和Jason,你们认为哪些领域为目前制造业的投资回报热点?

Frank_Medina_2022Frank Medina:一个是阻焊设备;另一个是自动化和物料搬运。

Jason Perry:我认为还有几个领域。行业在内层和外层领域投入了大量精力,正朝着升级工艺后端的方向发展。我们看到行业对阻焊工艺、直接成型技术和喷墨打印应用的需求越来越大。

减少工艺步骤、提高产量和缩短上市时间,让产品更快地上市意味着更多的利润和更低的成本。后端的推动力,包括为应对成本的不断增加而降低人工成本的自动化。我们常看到通过自动化完成操作员日常重复性任务的需求。其目的是让操作员去到更重要的岗位,而不仅仅是为生产线装载卸载物料或移动产品,用自动化填补这类岗位。

喷墨打印阻焊油墨

Johnson:目前喷墨打印阻焊油墨的技术正在逐步发展。能否详细介绍选择喷墨阻焊工艺后,从原有工艺中删除了哪些工序?

Jason_Perry_TechnicaPerry:仍然可以像直接成像设备那样直接成像。现在的优势是不再需要涂覆工艺。

删除的第一个步骤是涂覆阻焊油墨:用于丝网印刷、浸涂面板或者喷涂面板的设备或人工操作。原涂覆工艺效率很低,因为涉及很多工艺步骤并浪费阻焊油墨。通过喷墨打印油墨,可以打印需要的部分,几乎没有浪费。可以在需要的地方打印掩蔽油墨,而不必涂覆整个面板。

另一个优势是减少挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,简称VOC),因为在传统的阻焊工艺中,需要很多VOC;使用喷墨打印工艺,可以去除涂覆步骤,也就去除了VOC。由于行业正朝着绿色环保方向发展,这是很大的优势。

直接成像

Barry Matties:直接成像(Direct imaging,简称DI)技术似乎总是能带来很大的投资回报率,但投资巨大。它是好的投资选择吗?发展趋势是什么?是否有更多的客户需要它,或是市场需要它?

Perry:行业的发展趋势必然是直接成像。大多数工厂现在都有某种形式的直接成像设备,并且数量越来越多。不过仍有少数工厂未采用直接成像技术。

为了提高产量和质量,直接成像正在向阻焊工艺领域方向发展。最初的目标是让制造商在内层使用DI,因为在内层他们可以实现最大的成本节约,然后在外层成像采用该技术。现在随着引入大功率LED成像阻焊,新的DI设备正在实现更高的产量和高分辨率。最终,我认为随着设备的不断成熟,在不久的将来喷墨打印阻焊工艺将是市场的发展趋势。

Medina:目前购买的DI初级成像设备的重点不在于ROI,而在于设备成像精细走线的能力。mSAP和其他半加成法工艺正在推动这一需求。目前越来越多的客户开始尝试成像0.001英寸或更小的特征。

但就这项技术的发展而言,随着客户升级其DI技术,旧型号的设备将流向二手市场,较小的工厂将通过以更低的价格购买二手设备采用DI技术。

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毫无疑问,随着DI设备的使用,市场会持续增长,但下一个发展方向是喷墨打印。随着这项技术的发展,创造了其他直接成像的机会,即将抗蚀剂按需涂覆,而不是涂覆整个面板,然后去除不需要的抗蚀剂。这将是巨大的成本节约。

Matties:在做出采购决策时,投资回报率是驱动因素吗?

Medina:在商业方面,目前人工正变得稀缺,工资在上涨;人们不想在PCB工厂的电镀车间工作。

管理人员会问:“在人们不想工作的领域,如何在人员较少的情况下使工厂正常运行?”有些人不介意在AOI部门工作,环境很干净;但在湿制程领域,对如何减少人工的关注越来越多。

Matties:有可行的解决方案吗?显然在现有工厂,空间和流程是影响因素,对吗?

Medina:这就是PCB车间面临的挑战。喷墨打印可以去除部分工艺步骤,这将为其他用途释放空间。

Johnson:之前你将直接成像、喷墨打印阻焊油墨及加成法工艺联系起来。为什么这两者越来越紧密地联系在了一起?

Perry:这是向加成法技术转变的过程,DI已经取代了传统的曝光工艺,并在提高质量方面取得了巨大的进步,不仅是在对准和性能方面,在成像质量方面,成就也是巨大的。尽管它只取代了底片工艺,仍然需要用干膜或阻焊油墨涂覆整个面板,接着曝光,然后显影。未来的发展趋势是加成法技术。

自动化与绿色环保化

Johnson:到目前为止,我从采访中了解到的重点之一是,去除工艺步骤并纳入自动化,这两件事似乎相辅相成。

Medina:是的。客户有机会降低人工成本并减少化学品的消耗。使用喷墨打印工艺,可以去除化学工艺、显影和清洗丝网,以及在丝印工艺中所做的所有工作。此外我们在今年1月的IPC APEX EXPO上展示的等离子清洗设备(WonderWise),可在内层和外层敷干膜之前进行化学清洗。目前已经在演示中心安装了此设备,并正在为期望为客户安排样品测试。

Johnson:它是如何工作的?

Medina:这是一台引导式等离子设备,它有两个优点:第一,取代了化学工艺。使干膜工艺的自动化变得容易,可安装在黄光室;其次它有利于HVLP铜,因为不需要改变表面或去除铜。因此PCB设计师会喜欢它,这样可获得更一致的信号完整性。

Wonder Wise等离子清洗设备

Johnson:当制造商对工艺进行更改时,通常是由于一些有吸引力的优势。是人员短缺和由此产生的对自动化的需求触发了设备升级,还是自动化可实现的功能和工艺吸引了客户?

Ed_Carignan_2022Ed Carignan:我在这个行业工作了30多年,过去5年,人们专注零排放、绿色、零废弃物的方向发展。这是由很多因素驱动的,其中包括投资回报率和客户。可以看到采用基于非化学品等离子清洗的设备和技术。如想实现绿色环保工艺,它极具吸引力。

当使用加成法制造时,材料流失会更少,一定会在排放前进行处理。使用传统的计算人工和材料成本的方法,并不一定会有完美的ROI。这会影响公司对绿色化生产PCB的市场定位。很多公司都投身其中,对业界做出承诺,成为环保的行业,而不是对环境有害的行业。

Medina:当谈论公司的市场定位时,绿色环保计划是优势之一,此外加成法也缩短了生产周期。大多数美国企业属于多品种、小批量的NPI领域;制造的关键在于完成订单并交付的速度有多快,这是盈利的重点。

当省去了一些步骤,并且能在更短的时间内处理PCB订单时,公司就会收益。但如何衡量投资回报率?有点困难,因为目前的优势并没有那么明显。但它确实给公司带来了好处。

Matties:是的,就像增加产能一样,也是巨大的投资回报。

Medina:没错。如果你能以更快的速度、更少的工序生产PCB,那么就可以接收更多的订单,对吗?

Matties:对于现有工厂想要寻求零排放的技术,他们是选择采用新技术对其系统进行全面翻新,还是在机会出现时,分批分次实现?

Carignan:现有的工厂有机会引入各种技术方案,使其接近零排放。幸运的是,许多升级可以是增量的。换句话说,针对不同的废弃物,实施不同的技术,而无需对整个废弃物处理区域进行大的改动。幸运的是,人们所追求的大部分零排放技术都可以在现场实施。

Matties:增量升级的投资回报高到足以重新考虑投资策略吗?

Medina:废弃物排放治理的投资,并不是因为能带来价值或成本节约,而是为了符合法规和要求。行业正在寻求如何通过废弃物治理来节省成本。

排放的污水越少,化学品的处理和使用就越少。关键是这样做只是因为合规,或者需要用更高效的设备进行替换。但这样做并不是为了降低成本,而是通过喷墨打印技术和其他技术来减少化学品消耗和废弃物处理。

Carignan:在某些情况下,是客户想要这样做:“我们很想在整个制造业中找出提供绿色环保整体方案的合作伙伴,来保证我们的产品契合公司品牌所传播的理念。”

Matties:更重要的是减少废弃物处理的负担,这样不仅可以节省投入成本,还可以节省管理费用。

Medina:新建工厂,就像Ed所说,可以利用各种技术来减少浪费,并实现绿色环保运营。这正是东海岸的GreenSource Fabrication采用的策略。此外Schweitzer公司在爱达荷州建立了一家工厂,他们的目标是遵循GreenSource的做法。OEM对零排放和绿色环保越来越敏感;PCB行业会有越来越多的工厂愿意这样做。

喷墨打印抗蚀剂

Happy Holden :你提到喷墨打印。除了整个光刻胶直接成像显影 / 蚀刻 / 剥离策略外,我想了解喷墨打印蚀刻或电镀抗蚀剂的发展。

Carignan :在第一波浪潮中,有几家制造商。喷墨打印的热点市场显然是阻焊油墨,因为目前的阻焊油墨工艺冗长且不清洁,需要很多工艺步骤和大量人工成本。任何制造商的重点都是推广喷墨打印阻焊油墨工艺,可以从人工成本以及相关一切中感受到投资回报更明显。

然而,目前有些公司正在使用电镀抗蚀剂。抗蚀剂和图形打印已经存在相当长时间。已计算出黏度,属于可喷射材料。Happy,我同意你的观点,可喷墨打印电镀抗蚀剂可能是下一个前沿领域。使其更具吸引力的是,许多制造商已经拥有了这些化学物质。

现在,大多数制造商都将重点放在阻焊油墨工艺上,因为它是一个人工密集型、资本设备密集型和浪费型工艺。这就是它是喷墨打印技术第一个应用领域之原因。

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工程专业知识和工业 4.0

Holden :由于资源问题,投资和实施范围是有限的。他们负担不起或者没有足够的人力来同时做太多的事情,否则什么都做不了。

自动化是 20 世纪 80 年代的一项策略, PCB 公司正赶上从事这项工作的大型 OEM 的步伐,但我想知道还要多久才能进入数据驱动的智能工厂。智能工厂和工业 4.0 的整个领域都是围绕传感器和数据展开的。他们中有人开始研究传感器和数据了吗?

Medina :Happy,我认为这是一个非常好的问题。SMT 领域的工业 4.0 比 PCB 领域的工业4.0 更普遍 ;美国已经有工业 4.0 智能工厂设计的 SMT 工厂。它更容易实施,因为工艺步骤比 PCB 工厂要少得多。我总是说,根据我在半导体、PCB 和 SMT 行业的经验,PCB 工厂的员工没有得到足够的报酬。这是因为 PCB的工艺是定制的,而 SMT 和半导体领域的工艺是可重复的。

因此我们在 SMT 领域看到了工业 4.0。目前,我认为欧洲 PCB 制造商比美国 PCB 制造商更有动力追求工业 4.0 目标。尽管我们刚刚在美国的一家主要 PCB 制造商启动了这项计划。

总的来说,PCB 大型工厂更倾向于实施工业 4.0,小型工厂还没有认识到工业 4.0 的重要性。

Matties :这一切都取决于制造商的决定。PCB 制造商会制定部分的工业 4.0 策略,以确保工厂具有部分智能化功能,但这将是孤立的应用。

Medina :我认为制造 PCB 的工艺步骤要复杂得多, 不像SMT 工厂甚至 EMS 工厂那样精简。这就是挑战,但并非不可克服。

事实是,PCB 工厂并不清楚如何实施智能化,而只是关注如何把 PCB 推向市场。他们没有资源来做这件事,但是通过展示其他公司在该领域所做的案例,继续向 PCB 制造商推广工业 4.0 是有价值的。

Matties :他们的资源是有限的,所以与其谈论技术的好坏,不如承诺并为之提供资金。这是两个艰难的决定。

Medina :2000 年后,工业 4.0 开始向亚洲转移时,北美有批量工厂正在运行大型项目。例如可以去向他们展示材料在清洁方面有多大好处,因为这些数字是基于实际情况的。可以测量批量产品中良率的提高。如果一种产品的良率很低,但当换到了另一台具有不同清洁设置的设备上时,可以看到良率明显提高。

现在,衡量对比改进的效果不是很容易,因为产品种类繁杂,以至于不能重复运行相同的产品来确定质量体系的起点。

Matties :关于投资回报率主题,还有什么想分享的信息吗?

Perry :关于投资回报率,我想拿早期字符喷墨打印机作对比。当时,行业很难采用该技术,而丝网印刷是首选,很难说服客户去使用。我们不得不做大量的 ROI 论证 ;即使得出结论,客户仍然不愿意做出改变。现在,没有人会计算购买字符喷墨打印机的投资回报率,购买是必然的。涉及直接成像,也发生了同样的事情。对于阻焊喷墨打印,我认为行业会经过同样的过程。

采用直接涂布方法是有意义的,但是此时ROI 可能很难计算,因为必须包括工艺改进后去除多个工艺步骤所带来的效率提高。我们处理的所有工作都是分批进行的。所有制造商都在车间周围寻找空间,以添加新设备,使得计算 ROI 很难。

Carignan :传统的 ROI 计算方法正在消失。客户要求更清洁的工厂、更高阶的技术——回到工业 4.0 的讨论。他们想要数据,并希望供应商拥有这些技术。如果数据被大量隔离,或者想要有限的可追溯性,那么就很难计算投资回报率。当然,除非客户要求。

如何量化数据丢失或安全漏洞的风险?很难证明这样的投资是合理的。人们每天都在这么做,因为这很重要。如果公司没有投资于此,就无法和客户做生意。目前投资回报可能只是表现在制造周期更快,会有更多的利润,以此增加竞争力。

我不知道传统的加成法,在人工成本上是否也有同样的竞争力。客户正在研究整体战略,其中包括网络安全、生产安全、环境问题,并继续与期待这些技术的客户进行合作。

Matties :你如何评价决策树的重要性?你认为他们衡量投资回报率的方式不同吗?

Carignan :在我经营工厂的时代,投资回报率可能是唯一最重要的因素。回报期是多久?我想了解具体数字 ;这是我监管的所有工厂资本要求条件。通常的选择是从回报最快的技术开始。

但这种迂腐的想法正在逐渐消失。客户想知道回报是什么,同时还需要考虑哪些其他因素?当这些客户无法获得答案时,我们不会对做出投资。

Johnson :我听到的是,传统的投资回报率模型是建立在首要因素的基础上,而客户越来越多地从次要和第三因素的角度来考虑投资是否会给他们带来更多的业务,提高效率,或者使他们能够向市场提供一些无形的但可以提高投资回报的东西。

Medina :没错。当衡量人工时,考虑的不仅仅是小时工资,而是福利成本,万一员工长期旷工,又该如何运行生产线?

Matties :非常感谢你们抽出时间分享专业知识和行业关注。

Johnson :非常愉快的采访。谢谢各位。

Medina :不客气。

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