Michael Carano是著名的过程控制、电镀及金属化技术、表面处理和可靠性专家。因此，I-Connect007编辑团队特邀请Michael Carano探讨在如今多变的环境下如何实现现有设备的机械化。《CHIPS法案》的政府资金是否会影响PCB裸板制造业？可以调整工厂车间的何种工艺？他强调重点是不仅仅需要关注生产和产品出货，更需要关注过程控制。
Nolan Johnson：您对目前市场以及制造商应该如何提高自身能力有全面深入的见解。是否可以简要介绍您撰写的论文？
Michael Carano：首先，行业都在谈论政府补贴资金高达520亿美元的《CHIPS法案》，但PCB行业的同仁都说：“嘿，这项法案很好，但芯片不会飘在空中，芯片将置于何处？”除非同时增加PCB产能，否则芯片仍将“漂洋过海”，进入海外的半导体封装测试外包企业(Outsourced Semiconductor Assembly and Test，简称OSAT)或类似企业。因为美国本土没有IC载板生产能力。
我的论文探讨了如何通过升级设备使现有制造产能翻番。每家制造商大约需要1000万至1200万美元资金，目前美国约有100家制造商，总计需要投资约12亿美元。如果把基建投资也计算在内，那么这个数字可能要达到约35亿美元，过几年再翻一番，会达到70亿美元的市场。这些投资资金，无论是来自政府、实物贷款还是其他方式，必须要保证。
需要升级和投资的设备，包括水平式设备、新电镀技术、可靠性、内部测试、材料搬运、导通孔形成、激光钻孔等。我研究了所有新设备，最先进的是飞针测试设备。
如果从头开始建设新厂，那投资可能需要2500万至4000万美元。以美国5~6家主要制造商为例，如TTM、Summit、APCT、FTG、Calumet，都拥有多家制造工厂，拥有高素质的人才和极佳的工程设计能力。
Johnson：对于《CHIPS法案》高达520亿美元的政府补贴资金，PCB制造商所需的投资资金只占到了约2%。
Carano：没错。美国的制造商能力强且稳定，企业管理很好，但在进行投资时，他们需要帮助，以最小化或降低投资风险。我知道他们可以做到，并且做得很好。
化学工艺不断发展，材料不断改进。全球PCB制造商用的是同样的化学药水，没有什么秘密配方；全球90%的化学药水和材料是由美国公司开发的。他们可能在全球各地都有机构，而且都在使用这项技术。有人告诉我美国不使用电镀技术，那不是真的。
数字工厂
Barry Matties：你认为PCB裸板制造商应该如何对待数字工厂？似乎很多制造商都持有“我们的规模很小，数字工厂不适合我们”的态度，不愿实施“数字工厂”计划。
Carano：你了解CFX和“未来工厂”。组装公司了解设备、设备相互连接的需求、数据传输方式、基本监控，以及出现故障时如何快速返修。然后是区块链。实际上，区块链是任何交易、软件开发或工厂运营安全的重要组成部分。他们不了解这种联系，或者成本似乎是主要问题。此外，我们为什么不投资更多的半加成或加成法工艺？通常，制造商并不认为CFX、数字工厂对他们来说是一项会提升其在行业中地位的重大举措。
Johnson：制造商很难为旧工艺配备足够的员工。
Carano：劳动力问题在各个行业都面临挑战。我在加利福尼亚州旅行，到处都是制造业的招聘广告，不仅仅是PCB行业存在人工不足问题。行业并不需要博士或硕士学位的电气工程师。我们正在努力吸引那些能够胜任这项工作的人，成为CAD、CAM或钻孔操作员团队的一员，或是能处理化学药水并控制生产线的人。
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行业也需要多促进劳动力开发，向大学和高中学生伸出橄榄枝，使他们对电子产品及其功能产生浓厚的兴趣。也许加利福尼亚州的所有制造商和组装厂都可以共同努力，分享信息，例如，“展示PCB行业真正能做的一切，向他们说明在PCB行业工作是伟大的职业。你可以得到发展和进步。这很令人兴奋，PCB行业所做的一切可以改变和改善人们的生活。”
重建利润
Matties：PCB行业的利润已经很低，已成为资本投资的阻碍。如何帮助行业提高利润？
Carano：据我所知，约20年前就有了向近岸技术的转变，但现在还没有全面恢复。然而，大多数人并没有意识到，所报告的电路板价值中有近200亿美元是在iPad、手机、智能手机和其他无论如何都不会在美国生产的产品中。
我们从未在本土真正生产过手机用PCB。然而，这种模式已经从整体上推动了电子技术的发展。半导体和电路板之间存在融合，有机会可专注于利润更高的工艺，因为这些工艺受到了保护。我们不想这类工艺被输出，而是留在这里。这就是应用于本土军事、航空航天、医疗、汽车和互联网基础设施产品的工艺。制造商会认为，与其说是提高利润，还不如说是提高良率。如果有更高的良率，他们会赚更多的利润。但问题是，如何将良率从90%提高到95%？这点可能非常重要。
良率主要与劳动力开发、培训、认证、设备、仪器等有关。我拜访过几家制造商，他们的设备还没有升级，其中一些设备已经使用20年，无法从3 mil线宽线距升级到1mil线宽线距。如果投资能够提高良率，那么就有机会获取更多利润。另一关键点是，美国大约有180座PCB生产厂房，其中可能近一半厂房员工不足50人。
如果大型OEM说：“我认可贵公司的质量和生产能力。我每周需要10000件产品。”你如何帮助他们？它将占用公司的全部产能，公司空间有限。这就是我的论文观点，建议将产能翻倍、雇佣更多员工的原因。这种举措可以帮助美国PCB行业恢复到几年前的水平。
让我们面对现实，与15年或20年前市场开始向亚洲转移时相比，今天的技术更加先进。好消息是我们保留较高的行业地位。我们不需要拥有一切，只要有IC载板、高端航空航天、国防、医疗、安全和安保应用即可，这是一项大业务。网络安全处于最前沿，将拥有受保护型行业的所有PCB生产订单的机会。如果能得到汽车企业、各种安全软件公司，以及军事航空公司的支持，我们就有机会在北美重塑PCB行业。
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Matties：关于良率，已经有了过程控制，这不是管理层的规则吗？如果管理良好的公司，仍存在过程失控，那么管理规则可能需要做出很大改进。
Carano：是的。这些年来，可用不到50000美元的投入，完成数条生产线的完全自动化，实现过程控制。通过控制器、在线控制器进行在线监控，当漂洗不良而受到离子污染时，用电导率探针测量水的电导率。这些小探针大约只要180美元，可把它们像笔一样放在口袋里，检查过程也很方便。但是应用不广。重点要监控的不仅仅是生产和发货，还需要过程控制。
很多次我去到工厂，在化学镀铜生产线边，检查化学镀铜控制器。不知道多少次发现：“哦，这是一个很好的控制器，但它没有连接或运行不正常，最近也没有校准。如果不打算使用它，为什么要拥有它？”这就是发生变化的关键点，当出现变化时，就会出现问题。
Matties：所以，制造商投资部分必须源于工艺考虑，比如过程控制工程师、工艺工程师等。但当你开始谈论拥有50名员工的工厂时，你可以走进工厂，花50000美元进行调整。他们不知道吗？因为50000美元不是资源限制。
Carano：对。这并不是说他们没有相关知识。问题是只有一位可做所有工作的工程师，其他人员都是行政人员。工厂需要有更多工程人才，能了解过程和过程中发生一切的员工。但工厂只有一个年轻人，他进来后，第一天做成像，第二天做阻焊，第三天又要做电镀，因为“火”发生了，需要他到处救火。哪里都需要他，有些事情失控了。我现在要解决什么问题？随着控制装置的自动化程度提高，仪器将可提供在线分析。
不要仅仅依靠供应基地来为公司做这一切；需要在现场解决问题，并且需要更严格的控制。如果正在构建4~8层板，也许不需要做所有这些投资，但无论如何都需要过程控制。只有少数过程在控制方面真正实现了自动化。也许备选蚀刻设备有进料和出料功能，但即使如此，也要确保设备得到维护，以便能提供精确的读数，并使化学药水保持在严密的操作窗口内。另一点更广泛，这就是工程设计的作用。成像有很多工作要做，所有工艺必须结合在一起，不仅仅涉及电镀、材料或材料处理，还包括蚀刻、成像、表面制备、工作流程以及管控方式。在这个行业中，同时进行的事情太多了，且相互关联。
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现有工厂的特有挑战
Johnson：您的论文中，重点强调了机械化和自动化。现有工厂投资1000万美元，可在生产车间实现更多的机械化和自动化吗？
Carano：这是个好问题。公司在这个角落里有蚀刻设备，那里有成像设备，可使面板通过成像工序到蚀刻工序再到显影工序。在我职业生涯的早期，通过直接金属化水平加工PCB。从裸铜开始，经过水平去污，然后钻孔。所以，它是水平去污，一直发展到目前的直接金属化生产线。因为直接金属化可缩短生产过程，确实压缩了大量时间，提高了生产率和质量。然后PCB进入有开口的薄板层压设备，光致抗蚀剂层压，面板成像。然后进行显影、蚀刻和剥离，全部自动化，全部水平加工。
通过自动化可以做很多事情，可以适当调整设备可加工的尺寸，用最新的蚀刻技术替换设备。新设备的占地面积可能较小，可水平加工。在亚洲，可能除了电镀，几乎所有工艺都是以某种方式或外形进行水平加工。有的公司可连续不断地水平电镀，现场有很多工程师一直在监控生产线，专门解决技术问题。
由于篇幅原因，本文节选刊登，更多内容可点击这里查看，文章发表于《PCB007中国线上杂志》22年10月号，更多精彩原创内容，欢迎关注“PCB007中文线上杂志”公众号。
