编者按
投资一家全新的PCB制造工厂，需要一定的胆识和雄厚的资金。新建能够承担航空航天和国防项目的“高科技”PCB工厂通常需要至少5000万美元的投资。然而，Alex Stepinski表示，如果从一开始将良好的合作伙伴关系、创新和夯实的工程设计纳入PCB工厂创建时考量，通过远低于这一成本基准的新PCB制造工厂进入国防和航空航天市场是可能的。
Alex目前已与中国本土上市企业合作，在中国与泰国参与新工厂的设立，在本文中他将概述了如何实现这一目标。
我们发现，投资者更关注通过复制来降低风险，而不是通过创新来降低风险。这主要是因为PCB制造业总体上是创新性较低的行业。期望值低，领域知识稀缺，围绕遗留解决方案的群体思维动态性很高。每个项目都有顾问和专家，汇集了所有最成熟的想法。但新的想法在哪里？
为了解决这一不足，我们一直在开发以美国为中心的商业模式，使投资者能够以更小、更高效的投资协议进入国防和航空航天市场。与其通过复制粘贴，在制造工厂设施上预先投资4000万至8000万美元，不如通过专注于更高效的工艺解决方案，在低于预期建厂成本的条件下，建造相同生产能力的制造工厂。
我们最近与市场上具有创新驱动力的供应商合作，开发了国防及航空航天入门级制造工厂方案，全套设备投资水平在800万至2400万美元之间，发展稳定后，其内部收益率可达16%~35%。
这些数据超过了大多数VC/PE投资者的最低预期收益率，且无需政府资助，可以在约12个月内完成构建和交付，再经过12~18个月的认证磨合期，就可实现稳定的营收。吸取最近美国本土制造工厂投资的经验，我们正在以创新的方式结合多种成熟的技术，实现高回报，其中一些关键组成部分如下所述。
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整合垂直湿法工艺
在典型的美国PCB制造工厂车间，湿制程工艺分为水平和垂直设备，减成法工序大多由水平线完成，加成法工序大多由垂直线完成。
对于载板行业，垂直工艺占主导地位。目前，在美国，由纳税人资助的新投资项目普遍采用了这种垂直工艺。这种全套设备的挑战之一是不能很好地集成设备，导致要么操作和维护劳动密集型，要么自动化和集成资本效率低。
为了解决这个问题，最近与位于犹他州锡达市的Integrated Process Systems（IPS）公司合作，共同开发了高效的垂直设备生产线。在这条生产线上，仅需要一名操作员、一名化学专业人员和一名技术人员，就能在年营业额为1200万~4000万美元的工厂内，操作整个湿制程车间，生产多品种产品。值得注意的是，产品切换的设置时间几乎可以忽略不计。
秘诀在于使用垂直升降台，并为每个制程工序设置专门的垂直单元，比如，显影单元、蚀刻单元、棕/黑化单元等各自独立。
接着，将制程分解为3条垂直升降生产线。第一条生产线利用惰性载体进行内层加工，第二条生产线使用挂具完成大多数加成法和半加成法工序，第三条线使用层流篮进行浸没/化学镀。进一步，将UV固化、等离子清洗和烘烤直接集成到生产线中，以实现对这些重要工序时间的精确控制。
该设备的总成本与中国组建的水平式湿制程成套设备的成本相近。尽管如此，针对多品种应用，其系统复杂性要低得多，而工艺能力却显著增强。
与水平式工艺相比，该设备的控制变量数量提升了约3倍。与同等水平式设备相比，垂直设备的物理部件数量少很多，因此故障和维护导致的停机风险大幅降低。典型工艺利用率对比见图1。
图1：典型工艺利用率对比
此外，所有3条生产线的在线板件维护均可通过一个中央控制点进行统一管理。最后，由于该制程的批量性质，化学药水的操控和工艺的再现性都得到了显著提高。
这些新系统采用成熟的产品技术，并且这些技术已通过美国国防部对UHDI和载板应用的资格认证。创新的核心不在于技术本身，而在于如何将这些技术巧妙整合，以实现单件流的高效率。
多样化应用激光钻孔
目前，为了满足25~50微米激光导通孔、300微米激光导通孔/沟槽、腔体/挠性布线和使用多种材料（这些要求常见于国防和航空航天产品系列）的需求，通常需要2~4台不同的激光钻孔机，每台设备配备独特的激光源和光路技术组合，才能完成这类加工作业。我们很高兴地宣布，所有这些加工需求现已集成到同一设备中。
通过将pico-green和二氧化碳激光源整合至配备扩束器的单一平台，通过调整光斑大小，Schmoll的一台设备即可实现这些应用。该设备的成本投入与单一传统的UV/YAG激光设备相近，但热影响区域却大幅降低。
MBSE和配方开发
在MBSE（Model-Based System Engineering，基于模型的系统工程）和配方开发方面，多年来PCB制造行业配方建模能力提升较为迟缓。尽管内层缩放比例和介质厚度预测技术相对成熟，但图形公差和镀层厚度控制仍面临挑战。这主要归因在于建模过程中传感器质量缺陷，以及工艺控制不充分。最近，多家制造厂已经引入3D干涉测量和共聚焦显微镜技术，这些技术显著提高了表面特征的表征能力。同时，通过运用专门的深镀能力测试样板来优化和监测镀通孔走线的状况，填补了市场上反馈感应回路的空白。通过设计这些新型的传感技术，并将其反馈集成到基础机器学习系统，可以在实施复杂控制电镀铜工艺的同时，大幅减少试错测试板材。
此外，尽管系统非常复杂，但大多数PCB制造厂的运营却普遍缺乏系统工程文档管理。因此，对变化进行仿真以及评估其对工厂影响的做法几乎未曾实施。最近，我们开发了一种新型的多域接口模型，该模型基于生命周期建模语言（Lifecycle Modeling Language，简称LML），并包含为微电子行业定制的语法。这一模型能够记录并模拟PCB制造全过程中制造与产品互动的Monte Carlo良率/周期时间。这使得我们可以在新产品和工艺发布前进行参数化模拟，从而无需使用测试板材。对于生产复杂产品的PCB行业来说，这种新方法具有颠覆性的潜力。
数据说明
在PCB制造业中，经验丰富的同行们能够清楚地识别出应用设计工程方法来实现上述系统的巨大潜力。通过利用这些以及其他技术创新，不久的将来，一家专注于多品种/小批量生产、每天生产20至30个面板的企业，其日常运营仅需10至12名工作人员。此外，还包括为国防/航空航天/NPI领域量身定制的工具，这些工具从设计之初就旨在满足性能目标，并承诺带来可观的年回报率。
图2显示了最近一个北美尽职调查项目的财务概况数据，包括超出初始产能目标的年增长资金，以及实施闭环废水回收系统的数据。
图2：全新PCB制造工厂投资概况
图3显示UHDI/NPI PCB制造各设备占全套设备投资中的比例，图4为UHDI国防及NPI多品种/小批量新建制造工厂投资回报。
图4：UHDI国防及NPI多品种/小批量新建制造工厂投资回报
