跟上全球智慧製造熱潮 PCB產業朝自動化轉型再升級

PCB產線導入自動化生產並不難，反而是要將自動化產線轉到智能生產整合，會因為加工站設備間的互通通訊協定與整合介面差異，增加整合難度。Charmhigh Technology

電子產品需求暢旺，台灣PCB產業發展興盛，產量與對應製造技術均是世界水準，因應產業時代變遷與轉型，生產自動化甚至智能化的需求強烈，PCB產業的未來發展為透過系統整合，以智慧生產取代自動生產，透過通訊協定與系統整合，提供更有效率、更彈性的生產機制...

電子產品推陳出新，終端市場的產品更新速度驚人，PCB產業同時面臨市況迅速變化衝擊，除PCB電路板的生產難度會因產品輕薄短小趨勢持續挑戰高難度複合、高密度板材發展外，因應市場快速變化、產品升級速度加快，PCB電路板的單位生產批量持續壓縮、更換版本的速度要求更頻繁，在生產端因應少量、多樣的型態必須對應調整，加上兩岸生產線大量缺工情勢，製程轉自動化或是直接升級智能工廠方向，將以往大量整批生產的自動化生產型態勢轉向智能化、可彈性調整的智慧生產方向轉型，工廠向智動化生產加值升級已刻不容緩。

自動化已是基本條件  未來需靠智慧生產參與市場競爭

在PCB產業中，其實已經歷工廠自動化生產的轉型浪潮，但生產自動化的優勢對傳統大批量、固定產品項的生產模式，可以在製造成本節約方面獲得極佳成效，但早期自動化生產設備導入較關心的是生產效能與成本節約方向，對於中？小批量、彈性生產的需求反而較為欠缺，另在對應自動化產線、智能化工廠管理上，同時需要對應自動倉儲管理，在生產端的備料、給料部分必須能搭配彈性生產在供應製造或加工物料需同時升級智慧管理機制，才能有效達到智慧生產效益。

其實自動倉儲系統在物流業界已經是成熟技術，在PCB生產應用的倉儲管理概念並不脫物流應用範疇，即便需要少部分因應生產需求進行客製化設計，但實際上能以物流應用方案解決PCB生產物料管理需求，物料管理上可透過倉儲系統，建構一個從進倉、領料、用料的標準作業流程，透過智能化管理機制將倉儲空間轉立體化概念重新整合，突破傳統倉儲的平面化倉儲概念思考，讓倉管空間使用效率最大化提升。

同時對應自動化或智能化生產系統使倉管銜接ERP系統，對應整個生產流程的領料、退料機制，在生產端隨時因應訂單需求改變材料用量時，可隨時因應生產需求進行材料異動，相關倉儲量異動可在生產需求變更隨即產生追蹤報表，同時一次性完成材料盤點，在生產必備的材料與物料供應上儘可能達到智慧批量生產的需求，讓產線不至於因待料而產生中斷。

自動化串連智慧管理  生產機台系統整合成為關鍵

在大量生產需求推動下，生產設備自手動操作、半手動？半自動操作到全自動運行，已經是目前生產設備的主要設計方向，自動化設備因應大批量生產與減少人工操作程序，改善人力成本與生產產品精確度的相關應用已相對成熟。

但在生產製造開始轉智慧化方向整合時，會發現各單點加工製造設備即使已達到全自動化運作能力，但其自動化設計僅止於單工作站的生產效能優化，目前由於產產品複雜度與工序增加，已經不是單一個加工生產設備就能包辦整段生產流程、而可能需要多加工站整合串起完整加工程序。

但問題就在單一加工站雖在加工效能可以因為自動化推進到極致效能，實際上往往會因為工站與工站間沒有相容的通訊協定或是整合機制，導致不同加工站之間的整合銜接反而無法達到原先預期的生產效能提升目標，這是多數PCB加工廠在導入智能化生產升級方向最常發生的問題。

整合不同加工站效能無法有效提升的問題成因，多半是不同設備供應商的產品，可能在軟體？系統、韌體、工站輸出的數據資料格式不一致，在整合不同工站的生產智慧化需求需要花更多時間改善工站間資料交換的格式，才能在生產流程透過一致性的資料交換格式，在因應生產PCB條件變化而讓管理端或ERP可掌握第一線生產機台的完整加工訊息。

尤其是PCB板生產需求，在市場端商品變化速度加快，導致PCB生產型態產生質變，需要對市場需求變化能有快速應對的生產彈性，從智慧工廠的生產設備端資訊串接、整合著手，至少能在智慧工廠的生產資訊掌握能力上達到基本要求，解決監控、掌握整段生產流程導入智能化領料、備料、下料、生產、出貨甚至包辦自動包裝等生產環節，滿足小批量、動態變化的PCB生產需求。

導入新製程設備  優先考量以智慧生產應用整合

智慧化生產已成為PCB生產未來重要升級趨勢，即便目前生產加工站在整合上仍有許多困難需要突破，如通訊協定、設備系統相容度、軟？硬體與韌體配合方面，都未能有一套標準，導致整合智慧工廠的效益受到限制，但串連整段生產加工站設備的方向並不會變，即便成本耗用高，實際仍需要持續投入資源進行。

而在處理擴充產能或是設備汰換需求時，在選擇新製程加工設備，除須考量自動化運作的效能、效益外，必須把未來在智慧化生產應用升級整合的需求納入評估，避免未來整合智慧生產設備升級時，因為設備擴充、連接後端管理系統限制，讓該加工站成為智慧化工廠生產機台串連的斷鏈處，事後還需要花更多整合成本去改善智慧化工廠的整合系統需求。

除新設備導入需注意的規格與未來擴展性問題，整合智能PCB製造工廠的另一個重點則在選擇通訊協定，因為選用的通訊協定將影響加工站全自動化、全智能化整合的難易度，必須將整個PCB生產流程可能經過的加工站一一確認個別機台的自動化生產參數，透過一致性的通訊協定重新整合串接。

至少必須在整段生產流程中都能讓管理者知曉所有製造工序執行狀況，與可能阻礙批量生產程序可能的錯誤點、給料問題與成品輸出問題，避免生產流程因為小問題影響產能，在可能發現生產問題時透過智能生產系統隨即排除問題、或透過示警提示管理者調整生產參數，顧及規避可能的生產損失與最佳化的加工品質要求。

洞悉未來智慧生產趨勢  持續改進優化生產效能

在自動化大量導入PCB生產應用中，通常會以單位時間的產量來評核生產效能，導入智慧化生產流程後，因為透過單一加工站更多的生產資訊感測擷取與傳送交換，前後加工機台間可以依據前後工站的加工速度自動調整運行效能，達到最佳化的整體產速，在部分加工站可能出現料件供應問題或故障導致生產效能低落前，智能生產系統即可透過臨時異動接替加工工站或是排除可能故障情境後，維持目標產速，這是智慧生產發展受相關業者關注的重點。

另一個方向是新的生產需求，正朝向開放系統、開放硬體發展，也就是說硬體電路的變化會越來越多、小批量、多元化的生產方式將持續增加，會讓生產線的成本管控要求需做到更細緻、精確，已滿足多元設計、小批量智慧生產效益，尤其是像IoT或是其他物聯網應用中，各種使用IoT終端場域的投放感測設備，相關的功能PCB板自然會因市場需求而增加，但由於IoT應用的特殊性與部署需求，其需要的PCB製作數量會變得複雜、訂單量會隨IoT終端部署需求而有不同。

生產機台自動化與彈性串接能力  為建置智能產線的關鍵

在PCB生產線中，因為一塊PCB因為使用目的、規格需求不同，在PCB板材與製作工序就有相當多的變化，尤其在電子產品產品效能與體積要求越來越高，PCB的尺寸朝向更薄、更小更高密度、線路寬度更小方向推進，滿足如IoT物聯網、行動裝置、筆記型電腦、智慧手機的設計需求，例如SoC使用的高階電路載板(IC Substare；ICS)、智慧手機？平板電腦使用的高密度互連(High Density Interconnect；HDI)PCB電路板，與穿戴式裝置或是IoT物聯網設備常用的軟性(可撓性；Flexible)電路板，在PCB的用量、精密度要求越來越高，甚至PCB板要求的疊積板材密度要到8層甚至更高Any layer HDI高階製程技術支援。

在PCB生產的自動化設備需求方面，以多層的PCB電路板製程，製作流程為以進行內層鑽孔、內層線路感光？曝光、內層電路蝕刻、複合板材壓合、外層板材鑽孔、鍍通孔、外層電路製作、外層段路曝光、防焊處理、文字印刷、 PCB板表面處理、電路測試、包裝等，製程中需要壓膜加工機台、乾？溼膜塗佈機台、手？半自動？步進式曝光機台、紫外線烘乾機台、PCB網印機台、PCB鑽孔機(或雷射鑽孔機)、SMT上件機台、錫爐等生產機具，成品還需透過AOI自動光學檢測機台、X光攝影機台等搭配檢測挑出可能的不良製品，生產設備繁複，即便是智能化生產線整合相對難度較高，但若能有效整合設備互通串接。

不僅可在因應多元PCB產製需求與動態調整產能上更有餘裕，能有效控制掌握生產成本與效能，並於生產加工機台在製程中就能進行即時(Real-time)資料分析、警示，甚至透過累積的大量生產數據分析，找出增加產品良率、生產效率的關鍵生產數據，並著手改善製程。