常見的PCB結(jié)構(gòu)圖紙錯誤分析與解決方案

線路板輕薄短小的發(fā)展趨勢使得PCB制作工藝日新月異，其中層壓技術(shù)作為其最重要的工序之一，自然也備受制造廠商關(guān)注，使得層壓高端工藝愈加成熟，然而，在提高層壓工藝能力的同時，卻沒有對層壓結(jié)構(gòu)圖紙予以正確處理，導(dǎo)致層壓結(jié)構(gòu)圖問題的報廢客訴屢禁不止，損失慘重。

據(jù)統(tǒng)計，層壓結(jié)構(gòu)問題雖然有一些屬于工藝能力不足或者產(chǎn)線員工控制不當，但這并非問題的全部，仍有很大比例的問題源于層壓圖紙，只是當大家把焦點放于工藝之時，往往忽略了其它因素，本文將對層壓結(jié)構(gòu)圖問題進行具體分析并總結(jié)合理改善方案。

2 結(jié)構(gòu)圖紙錯誤綜合分析

隨著電子電路的行業(yè)的發(fā)展，線路板的層數(shù)越來越多，結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜（盲、埋、通孔共存，布線更緊密），使得層壓結(jié)構(gòu)的控制要求也越來越嚴，層壓結(jié)構(gòu)的問題也越來越突出，其中，錯誤的層壓結(jié)構(gòu)圖紙就是其元兇之一。

2.1

制圖情況分析

對于所有PCB生產(chǎn)商而言，正確合理地制作出客戶要求的線路板才是最終目的，而在生產(chǎn)線路板的所有環(huán)節(jié)中，只有保證正確的層次結(jié)構(gòu)，進一步控制各層精細工藝才有意義。而產(chǎn)線壓合結(jié)構(gòu)通過圖紙指示，故確保圖紙正確合理必為其前提。

然而，優(yōu)秀的圖紙雖然是層壓流程正確進行的必要前提，卻并未得到相應(yīng)的重視，導(dǎo)致目前為止，層壓結(jié)構(gòu)圖紙的制作還處于原始階段。很多PCB廠商仍然依靠通用的平臺軟件自帶的制圖功能，毫無數(shù)據(jù)支撐，更無工藝能力的保障，甚至小部分廠采用手工制圖。總體而言，業(yè)界大部分圖紙的完善全靠制圖人員自身的經(jīng)驗，并沒有其它優(yōu)良措施來輔助判斷結(jié)構(gòu)的可行性和最優(yōu)性。

2.2

制圖錯誤類型分析

常見的結(jié)構(gòu)圖紙的錯誤可分為芯板，介質(zhì)、可優(yōu)化性、不按客戶要求等幾個方面，它們之中任一方面的錯誤都能導(dǎo)致報廢和客訴。

2.2.1 芯板的選擇錯誤

目前市場的芯板種類繁多，同類型又存在不同的規(guī)格區(qū)分，芯板的類型、規(guī)格、厚度、覆銅厚度都有區(qū)別，而當前業(yè)界大多仍由人的經(jīng)驗判斷如何選材，具有不小的報廢風險或可優(yōu)化空間（如圖1，3OZ的厚銅板實際應(yīng)選FR-4的S1000-2即高TG的板材，員工錯用普通S1141型號）

2.2.2 層間介質(zhì)錯誤

最普遍的介質(zhì)問題就是PP選擇錯誤，不同類PP的價格差異很大，且流動性各有不同，一旦PP選錯甚至其先后順序弄錯，都會造成實物板結(jié)構(gòu)不符（如圖2，芯板覆厚銅，PP介質(zhì)最好在0.15MM以上，實際只用一張0.08MM的PP，層間介質(zhì)過?。?。

另外，銅箔的厚度錯誤也應(yīng)注意，雖然這類情形部分可以通過加厚減薄工藝改良，但憑空增加額外流程會影響成本，同時產(chǎn)生其它隱患。

2.2.3 部分可優(yōu)化結(jié)構(gòu)問題

同樣厚度的線路板可能有多種材料組合，任選一種都能做出正確的結(jié)構(gòu)，但不同搭配情況的成本和生產(chǎn)控制難度一定不同，故應(yīng)采用成本和控制難度都相對較低的結(jié)構(gòu)組合，然實際統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，約30%的線路板層次結(jié)構(gòu)并非最優(yōu)（如圖3，106的PP太貴，實際可用2116的PP進行優(yōu)化）。

另一典型可優(yōu)化問題為非對稱結(jié)構(gòu)，由于漲縮等問題，不對稱板的翹曲度通常比對稱板高，若客戶要求嚴格，這樣的板通常會是廢品，因此任何情形的線路板結(jié)構(gòu)都應(yīng)確保對稱，即使無法達到（比如一些盲埋孔板），也應(yīng)盡量降低其不對稱程度。

2.2.4 客戶要求方面問題

部分客戶對層壓結(jié)構(gòu)選材有明顯限定，甚至不乏對層壓結(jié)構(gòu)有明確指定，若客戶對板材的選擇有明確要求，制圖人員就必須縮慎重設(shè)計結(jié)構(gòu)，尤其若有明確結(jié)構(gòu)指定，更應(yīng)仔細檢查客戶結(jié)構(gòu)是否合理、是否與本司制作工藝沖突，然而實際很多此類情況的遺漏，令眾廠商頭疼不已。

2.2.5 部分結(jié)構(gòu)問題實述

下圖4為作者截取的該司某一個月中有關(guān)層壓結(jié)構(gòu)的問題點：

圖 4

由圖看出，很多制圖人員的技術(shù)經(jīng)驗欠缺，導(dǎo)致諸多重復(fù)問題出現(xiàn)，但經(jīng)作者訪問發(fā)現(xiàn)，有關(guān)層壓結(jié)構(gòu)圖設(shè)計錯誤原因還包括制圖人員的疏忽。換言之，其可歸納為對該司工藝不了解和細節(jié)性疏忽。

2.2.6 對結(jié)構(gòu)圖錯誤后果嚴重性的分析

總所周知，報廢和客訴一直是所有PCB廠最頭疼的問題，尤其是批量報廢，其直接經(jīng)濟損失更加嚴重，如果導(dǎo)致客訴，還會大幅降低客戶滿意度，帶來嚴重的潛在損失。

雖然PCB制程的任一環(huán)節(jié)錯誤都可能導(dǎo)致報廢和客訴，但是，縱觀PCB制作的所有環(huán)節(jié)，我們發(fā)現(xiàn)，層壓相關(guān)問題導(dǎo)致報廢和客訴的幾率最大，同比其它工序平均多出50%，而層壓結(jié)構(gòu)圖是層壓工序的唯一指導(dǎo)，板的結(jié)構(gòu)完全取決于它，一旦圖紙錯誤，此板幾乎等同報廢，其重要性不言而喻。因此，層壓結(jié)構(gòu)圖的管控應(yīng)作為各PCB廠商的重點問題對待，否則，很難根治這類問題。

2.3

業(yè)界改進現(xiàn)狀及分析

業(yè)界的改進現(xiàn)狀基本可以總結(jié)為以下三點：

1） 針對圖紙誤導(dǎo)產(chǎn)線生產(chǎn)錯誤的PCB板的問題，部分PCB廠擬在圖紙上附加一些特殊信息以增強圖紙的信息量和可讀性，但結(jié)果并未降低因圖紙問題導(dǎo)致的報廢客訴，經(jīng)分析，此種方式雖然增強了圖紙的指導(dǎo)性，但圖紙本身的錯誤卻未有效減少，因其產(chǎn)生的誤導(dǎo)自然無法有效避免。

2） 一部分廠商則依靠比較流行的軟件（如ENGENIX等）附帶的層壓結(jié)構(gòu)功能模塊制作層壓結(jié)構(gòu)圖，不可否認，這些軟件整體功能強大且專業(yè)，但是，專業(yè)也就意味著難以大眾化，如果一張圖紙不能讓產(chǎn)線員工短時間看明白，那么，它可能并不合適，更何況，通用性也就決定著其在精確控制方面的盲點，而層壓結(jié)構(gòu)圖需要高正確性和最優(yōu)性，如果軟件不能確保這兩點，那么，其并不能解決層壓結(jié)構(gòu)圖紙所引發(fā)的問題。

3） 出于一直難以解決層壓結(jié)構(gòu)問題的困擾，不少PCB廠選擇增加大量層壓技術(shù)知識的培訓(xùn)，想以此提高CAM人員的專業(yè)水平，降低層壓結(jié)構(gòu)圖出錯的概率。同時，制定一系列懲罰制度意圖“避免”人為疏忽，但結(jié)果不但毫無效果，反而因過多的培訓(xùn)占據(jù)制單時間，延長了制單周期，增加了成本預(yù)算，惡化了員工情緒，帶來了不少負面影響。

就上述三點分析可以看出，業(yè)界并未發(fā)現(xiàn)一種最合理方案，所謂的解決辦法，都治標不治本，甚至部分還帶來惡劣的后果。

2.4

問題推斷

通過對層壓結(jié)構(gòu)圖問題的分析，初步推斷為：制圖人員對層壓結(jié)構(gòu)了解不夠深入，技能存在不足，不了解該司制造工藝，做事不夠仔細，不按要求核對客戶特殊信息。故若要針對上述原因改善問題，那么，首先所有制圖人員都應(yīng)擁有足夠的行業(yè)經(jīng)驗（至少是關(guān)于層壓結(jié)構(gòu)），同時對該司PCB層壓加工工藝足夠了解，基于這樣的要求，專項培訓(xùn)就成為了必要措施，然而通過上述對業(yè)界改進現(xiàn)狀的分析可以看出，這樣的方案根本行不通。如此，難道只有指定那些既了解工藝又做事仔細的“精干”員工制作？這顯然并不合適，況且，即使真這樣，就一定能避免上述所有問題嗎？顯然，我們需要一種新的方式來改善這些問題。

3 解決方案

針對層壓結(jié)構(gòu)圖紙設(shè)計或優(yōu)化的情況，通常，若屬于該司內(nèi)部可調(diào)結(jié)構(gòu)，建議由具有一定經(jīng)驗的主管級人員調(diào)整，從而降低結(jié)構(gòu)成本，若客戶有明確要求，建議與客戶確認，從而避免投訴。

但從根本上講，層壓結(jié)構(gòu)圖的制作還是需要CAM具有一定的經(jīng)驗和細心做事的態(tài)度，經(jīng)驗往往是時間的積累，難以宏觀調(diào)控，細心的態(tài)度也因人因境而異，更沒有明確的保障，并且，總是在一些小的不確定上與人確認，耽誤的往往是更多人的效率，造成時間和資源的浪費。

綜合這些錯誤的分析，本文提出了通過計算機應(yīng)用來解決問題的方案，作者通過對該司之前的一系列層壓結(jié)構(gòu)的問題進行匯總和分析，具有針對性地開發(fā)出一款專門用于制作層壓結(jié)構(gòu)的智能工具軟件，通過該司內(nèi)部數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，CAM人員使用此軟件制作層壓結(jié)構(gòu)圖后，層壓結(jié)構(gòu)出錯率降低到3%，對于提高層壓結(jié)構(gòu)制作的正確性和最優(yōu)性，降低訂單制作周期，減少資源的浪費具有明顯的效果。

4 通過軟件改善問題

4.1

軟件功能實現(xiàn)分析

使用軟件輔助制圖人員畫結(jié)構(gòu)圖并不難實現(xiàn)，但這樣的軟件往往不能判斷做出的結(jié)構(gòu)是否正確，更無法判斷當前結(jié)構(gòu)是否最優(yōu)，也就是說，如果開發(fā)出一個只能作為一個畫圖平臺的軟件，那么根本不能解決前文所論述的問題，只有將該司層壓工藝規(guī)則加入軟件內(nèi)部邏輯，才能有效判斷圖紙的正確性，只有具引導(dǎo)性的提示，才能做出低成本、高品質(zhì)的結(jié)構(gòu)圖，只有簡單清晰的操作步驟，才能大幅降低制圖人員的疏忽可能，只有簡明易懂的圖紙外觀，才能避免圖紙誤導(dǎo)。

4.1.1 軟件開發(fā)條件苛刻

要使軟件具有一套合理的判斷功能，需將層壓工藝轉(zhuǎn)換為軟件內(nèi)部判斷依據(jù)，否則，其只能作為普通的制圖平臺，毫無針對性，然而層壓工藝是一套擁有諸多例外情況的標準，且會實時變更，故還應(yīng)使得軟件內(nèi)部邏輯可調(diào)，這使得軟件構(gòu)建復(fù)雜而困難，需開發(fā)人員本身擁有足夠的行業(yè)經(jīng)驗和過硬的軟件知識。

4.1.2 軟件須具有引導(dǎo)性

當按照層壓工藝標準構(gòu)建出軟件邏輯之后，軟件需通過對話框形式與制圖人員實時交互，避免其因經(jīng)驗不足而漏掉很多不合理的細節(jié)，因一時疏忽而弄錯一些重要參數(shù)，這樣才能引導(dǎo)其準確地做出優(yōu)良的層壓圖，因此，軟件的引導(dǎo)能力也必須注重。

4.1.3 簡單的操作和易識別的圖紙

軟件的操作越復(fù)雜，說明軟件的智能性越低，輔助能力越差，只有盡量簡單的制圖步驟，才能降低制圖人員的疏忽比例，同時，為正確的指導(dǎo)生產(chǎn)，避免因信息遺漏、信息冗余、圖紙難懂造成各種不良后果，通過軟件生成的圖紙必須信息齊全、簡明扼要且通俗易懂。

4.2

軟件描述

編譯軟件平臺：JAVA SE

系統(tǒng)要求：各類主流操作系統(tǒng)均可

硬件要求：PIII 1GHZ以上或賽楊1.5GHZ以上中央處理器，2G以上的硬盤空間，256M內(nèi)存（建議用512M以上），800*600以上VGA制作目的：提高層壓結(jié)構(gòu)圖制作正確性和可優(yōu)化性，降低成本，提升訂單制作效率。

功能：自動獲取客戶層壓信息和本司庫存材料信息，自帶部分常見層壓結(jié)構(gòu)模板，自動檢測材料型號、結(jié)構(gòu)正確性和可優(yōu)化性，智能修正明顯參數(shù)錯誤，計算并檢測壓合厚度，保存結(jié)構(gòu)至數(shù)據(jù)庫和讀取，提示所有不符或具可優(yōu)化性情形。

軟件運行依據(jù)：客戶層壓信息和本司庫存材料信息通過本司數(shù)據(jù)庫獲取，所有模板都已通過工藝評審，材料檢測基于數(shù)據(jù)庫信息，厚度計算已充分考慮不同壓合情況，所有人為輸入?yún)?shù)均會正則匹配數(shù)據(jù)格式和范圍，已加入本司特殊工藝結(jié)構(gòu)的檢測機制，數(shù)據(jù)處理精確到小數(shù)點后十位。

軟件介紹：軟件界面如下圖5，此工具制作的層壓結(jié)構(gòu)圖，圖紙簡單明了，易于被產(chǎn)線員工識別，信息齊全，包括客戶所有重要信息。另外，所有結(jié)構(gòu)圖的制作過程都只有三步：添加結(jié)構(gòu)、選擇參數(shù)、保存結(jié)構(gòu)，其中，制圖人員只需有基本層壓結(jié)構(gòu)知識，在參數(shù)選擇上，軟件可以根據(jù)庫存給出選擇范圍，同時加以提示，具有輔助選擇功能，并且，參數(shù)填寫完畢后，軟件會自動計算當前結(jié)構(gòu)的理論厚度（計算結(jié)果會顯示在厚度顯示面板并提示），然后啟動所有檢測機制，全面檢測比如厚度、對稱性、是否特殊工藝、可優(yōu)化性等，高度智能化的檢測機制和容錯性糾正全部基于該司PCB制作工藝，若工藝變動，可調(diào)節(jié)參數(shù)保持與工藝一致。使用這樣的軟件，針對性強，檢測機制齊全，可以幫助員工避免很多疏漏，這樣，普通CAM人員也能畫出符合該司制作工藝、滿足客戶要求且成本相對最低的層壓結(jié)構(gòu)。

圖 5

4.3

實際效果統(tǒng)計

使用軟件是否能有效解決層壓結(jié)構(gòu)圖問題，請看該司實際的異常數(shù)據(jù)統(tǒng)計（如圖6），橫坐標為統(tǒng)計時間（4月至11月），縱坐標為結(jié)構(gòu)圖問題與當月問題總數(shù)的百分比，其中，4-7月為未用軟件之前的情況，8月初軟件投入試用，9月底軟件維護和優(yōu)化基本完畢，10-11月軟件全面啟用。

圖 6

由圖中折線走勢看出，該軟件試用之后，錯誤比例明顯降低，尤其正式全面使用之后，結(jié)構(gòu)圖引發(fā)的錯誤幾近消失，相比之前幾月持續(xù)居高不下的情形，效果非常顯著。

5 總結(jié)

雖然高針對性、高智能化的軟件開發(fā)要求非常苛刻，對開發(fā)者自身要求很高，但并非不可實現(xiàn)。并且使用專門的輔助軟件之后，層壓結(jié)構(gòu)圖問題基本消失。相比業(yè)界目前其他改進方法，效果更為顯著。同時，軟件可以根據(jù)該司工藝變動實時調(diào)整，檢測和優(yōu)化機制，具有很廣的適用性、可移植性和可擴展性，因此，對于如何確保層壓結(jié)構(gòu)圖的正確性和最優(yōu)性，采用高智能化、高針對性的軟件輔助制作確是一條可行之路。當然，或有其他方案異曲同工，本文論述僅供參考。
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