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2022 年 5 月号

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51 搜索公众号“PCB007 中文线上杂志”订阅

中，我们不再把 PCB 仅仅当作是安装和连接

元件的介质。特别是在高信号速度下，基板、

铜箔的特性及走线的几何形状决定了系统是否

能够提供所需的性能。

许多业内企业已经认识到 PCB 已经成为

高科技元件，特别是在汽车雷达、5G 和千兆赫

频率卫星通信应用领域。

低损耗基板

这些应用的运行接近典型材料所能提供的

性能极限。需要了解和仔细管控电阻损耗机

理，包括铜导体中的趋肤效应和绝缘基板中分

子偶极矩引起的介电损耗。信号能量的微小损

耗和每一次信号转换产生的相关热耗散的累积

效应变得越来越显著。如果处理不当，这些损

耗需要更强大的发射端、更灵敏的接收端和额

by Alun Morgan

VENTEC INTERNATIONAL GROUP

众所周知，电子行业可以追溯到 1958 年

第一块集成电路诞生之时，晶体管的发明比集

成电路的诞生早了 10 年。第一块集成电路包

含 1 个晶体管和 4 个无源元件。如果只说从那

时起到今天电子行业已经取得了很大的发展，

不足以详尽描述电子行业的整体发展历程。

市场预期与行业的高速发展步伐相匹配。

指数级的发展已成为常态， 这是通过一系列

的改进实现的， 而不是像芯片光刻（摩尔定

律） 或处理器频率缩放（Dennard） 这样的

大飞跃。

从承认这一现实到采用整体观点承认系统

的每个方面对整体性能作出的贡献并寻求优化

它们之间的交互，这只是一小步。在尖端应用

专题文章

开发高频应用低损耗基板

2022 年 5 月号

Atotech.KOWL-COMM@atotech.com

要了解有关 CupraEtch® SR 8000和 DF® 8000的更多信息，请扫瞄右侧的二维码。

www.atotech.com

OEM 对先进 HDI 的要求不断提高, 低于 30 μm 线宽/线距的需求推动了安美特研发基于氯化铜为主的微蚀剂。

与同类产品相比，这微蚀剂在更低的咬蚀深度和微蚀速率下, 提供铜面与阻焊油墨和干膜之间有更好的结合

力。结果我们开发全新的 CupraEtch® SR 8000 和 CupraEtch® DF 8000，它们是阻焊油墨和干膜的理想

前处理选择, 兼容广泛, 为所有铜类型提供均匀可靠的结合力。简单 3 步工序, 不含金属络合物和获得OEM 认

证。两个工艺经优化后, 有利于废水处理，绝对是安美特极具成本效益的前处理工艺。

CupraEtch® SR 8000 & DF 8000 –

出色的表面前处理

53 搜索公众号“PCB007 中文线上杂志”订阅

2022 年 5 月号

外的热量管理，而在通常的功率、尺寸、质量

和成本的制约条件下是行不通的。

人们对低损耗基板的需求日益增长，以满

足对高性能系统的需求，具体包括从高端服务

器和电信基础设施到毫米波 5G、卫星和雷达

应用。

通过增强 PCB 层压板的性能， 才可能生

产出能够处理数据中心和通讯交换机等要求苛

刻应用的低损耗基板。优化光纤编织可以有效

地最小化信号路径特性中的微小变化，这些变

化会导致信号扭曲等失真，最终导致过多的噪

声和信号错误。钻孔性能和抗 CAF 形成等特

性也得到了改善。

在当今使用最高频率的应用中，陶瓷填充

和 聚 四 氟 乙 烯（PTFE） 基 材

达到了行业最低的损耗因数。

PTFE 分子结构将氟原子排列

成围绕碳主链的螺旋状，形成

没有偶极矩的棒状刚性圆柱形

状。由于没有任何偶极矩，传

统基板电介质中由于信号电流

引起的重复极化而产生的振荡

被抵消，表现为极低的耗散因

数 (Df)，有助于减少信号损耗。

当今最先进的低损耗

PTFE 基 板 的 Df 为 0.0015。

此外该材料保持了良好的介电

常 数（Dk）， 约 为 2.6。 与 其

他低损耗材料相比，这些特性

使设计人员能够更自由地优化

导体走线宽度和箔层厚度，有

助于提高所形成 PCB 的可靠

性。Dk 的值在不同温度及频率

下也保持一致。

开发高频应用低损耗基板

此外，PTFE 通常具有稳定的物理特性。熔

融时的熵较低，确保了较高的熔点。作为一种

热塑性材料，PTFE 不存在玻璃化转变温度（Tg），

而且 PTFE 也耐氧化或耐化学侵蚀。因此它的

特性不会随时间的推移而变化。添加微分散填

加剂系统可以控制热膨胀系数 (CTE)。

PTFE 的实际应用

目前，PTFE 是用于高频低损耗应用的最佳

材料技术。它是商用低损耗材料的基础，例如

Ventec 的 tec-speed 30 系列（图 1）。这些应

用包括 77~81 GHz 汽车雷达天线、交通探测

雷达、低噪声功率放大器和无线通信天线，以

及卫星通信系统等。

图 1 ：Ventec 高频产品解决方案

搜索公众号“PCB007 中文线上杂志”订阅 54

2022 年 5 月号

然而使用 PTFE 也带来了必须克服的挑战。

由于熔化时获得的能量相对较少，因此即使在

熔融时，材料也不会流动，因此通常通过烧结

来实现加工。此外由于表面能极低，很难将铜

箔附着到 PTFE 上。这种低表面能的特性也使

PTFE 在润滑剂中具有优异的不粘特性。

就切割和机械加工等工艺而言，纯 PTFE

也极具挑战性。将 PTFE 与陶瓷填加剂混合可

提高机械稳定性并优化整体性能。通过调整其

成分和陶瓷颗粒大小，可以优化最终基板的可

制造性和性能。

为了有助于铜箔的附着，铜箔的黏合表面

需要达到一定程度的粗糙度。此外必须考虑高

信号频率下趋肤效应的影响。在 10MHz 下，

趋肤深度约为 21 微米，而标准铜箔的总厚度

高达 35 微米，轮廓深度（表面粗糙度）高达

10 微米。在这种情况下， 趋肤深度大于轮廓

深度，电流路径相对不受影响。但在 100MHz

时，趋肤深度仅为 6.6 微米，载流通道会受表

面轮廓影响，还会受到路径长度和阻抗增加影

响（图 2）。

低轮廓（5.0~9.9 微米）和超低轮廓（小

开发高频应用低损耗基板

于 5 微米） 铜箔有助于缓解由趋肤效应造

成 的 问 题。 目 前 已 开 发 出 几 乎 无 轮 廓（almost-no-profile，简称 ANP）铜。虽然这些措

施在提高高频信号性能方面是有效的，但将超

低轮廓箔附着到 PTFE 基板上仍然极具挑战性，

需要专有技术。

低损耗基板的未来

当今先进的低 Df、低 Dk 的 PTFE 材料是

业界最佳的低损耗方案，并且可能会在一段时

间内保持这种状态。随着进一步的发展，它们

无疑将变得更具成本效益，尤其是随着越来越

多的应用朝向更高频率发展， 行业将致力满

足市场对更多功能、更多数据和更快性能的需

求。PCB007CN

Alun Morgan 任 Ventec

International Group 集

团技术大使。

图 2 ：100MHz 下铜箔的趋肤效应

55 搜索公众号“PCB007 中文线上杂志”订阅

着力的一种方法也得到了广泛的应用。在这种

情况下，仅采用化学工艺，如酸洗剂和微蚀剂。

然而，化学清洗要利用微蚀剂来重新构造铜表

面，必须先处理铬酸盐转化涂层。

铬酸盐转化涂层

所有铜箔及层压板生产商通过防变色处理

加工铜箔，以防止铜箔表面氧化。该处理基于

铬酸，可在铜上形成防止铜氧化的水合铬酸盐

膜。在储存期间必须防止氧化，但在微蚀前必

须去除铬酸盐，否则将导致差异微蚀或阶梯

微蚀。阶梯微蚀将使铜

表面产生不均匀的

形貌， 导致光致抗

蚀剂附着力低于最

佳值。抗蚀剂“锁

定”到箔上某些不

均匀区域的可能性

相当高， 这主要是由

于表面轮廓中的极高峰及极低谷。防止这种情

况的最好方法是完全去除铬酸盐膜。

过去，耐变色是通过将铜箔浸入含有铬酸

盐离子的溶液中来实现的。Yates 等人 [1] 采用

电解技术提高铜箔的抗氧化性。其他人 [2] 后

来引入铬酸锌来改进工艺。

决不能低估铬酸盐膜的韧性。这正是为什

么我建议在浮石、氧化铝或化学微蚀之前进行

by Michael Carano

RBP CHEMICAL TECHNOLOGY

引言

光成像工艺是 PCB 制造过程中的初始工

序之一。为确保电路的图像尽可能接近预期设

计（即线宽和线距），铜箔的表面制备是最关

键的成功因素之一。采用表面清洁剂和微蚀剂

的最佳组合将提供具有足够表面积的清洁表

面，以提高干膜附着力。制造商有多种选择，

应通过考虑所用铜箔的类

型以及待清除的污物类

别 来 确 定 最 佳 工 艺。

后续专栏文章将介

绍更多铜箔类型详

情。

可以将表面制备过

程称为成像操作的基础。表面制

备对抗蚀剂性能至关重要，可增加后续抗蚀剂

压合、曝光和显影过程的工艺窗口。在如今高

密度和超高密度互连技术中，4mil 线宽和线距

的合理良率不再是限制。支持先进封装和 IC

基板生产的需求推动了成像工艺的发展。

选择

目前有几种选择。除了浮石和氧化铝表面

制备外，化学清洗作为确保最佳光致抗蚀剂附

专题文章

表面制备

——光致抗蚀剂成像工艺的基础

2022 年 5 月号

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57 搜索公众号“PCB007 中文线上杂志”订阅

2022 年 5 月号

强矿物酸清洗的原因。在这些附加工艺之前，

有良好的铬酸盐去除过程，能有效提高抗蚀剂

附着力。

化学清洗和微蚀

首先，有必要审查各种化学清洗方法。众

所周知， 清洁的定义是“使污物溶于溶剂”。

基本上， 人们应该了解污物的成分， 以及最

适合去除这些污物的适当溶剂。用于清除污

物的化学成分是无穷无尽的。表 1 简要概述

了这些工艺。公司还应联系化学品供应商，

就适当的操作参数、设备兼容性和成本征求

其意见和建议。

有些供应商提供一步铬酸盐去除剂 / 微

蚀剂。同样， 应参考供应商的技术数据表，

了解正确的使用指南。从笔者看来， 有两个

单独工序的化学清洗工艺更有效， 其一为铬

酸盐 / 污物去除剂，其二为铜去除 / 铜微蚀剂。

表面制备——光致抗蚀剂成像工艺的基础

基本化学微蚀工艺

化学微蚀剂的基本原理非常简单 ：从表面

去除氧化物并重新构造铜箔。后者意味着在不

过度去除铜的情况下，使铜变得粗糙或形成能

够增强光致抗蚀剂附着力的形貌。如果铜箔表

面已经没有油、污物和铬酸盐，则在不过度去

除铜的情况下创建均匀的形貌更为有效。因此，

表面制备工艺的第一步是提供原始表面，以便

表 1 ：化学清洗剂和微蚀剂

图 1 ：光致抗蚀剂形成不良（来源 ：IPC）

搜索公众号“PCB007 中文线上杂志”订阅 58

2022 年 5 月号

微蚀能够完成其功能。当表面上残留有污物

和铬酸盐时，微蚀将在表面上产生差异或阶梯

微蚀。呈现高峰和低谷区域的形貌，可促进锁

定抗蚀剂。相反，由于差异微蚀，箔表面有较

深沟槽的区域，则存在抗蚀剂形成不良的问题

（图 1）。在这种情况下，抗蚀剂永远不会完全

附着在铜的这些区域。在显影蚀刻剥离过程中，

存在其他化学品去除铜的技术差距。当其他工

艺可以去除受抗蚀剂保护的铜时，会产生开路

后果以及线路走线会出现颈缩。

最常用的微蚀剂有两种 ：

·过硫酸盐基（钠或钾）

·过氧化氢 - 硫酸

与过氧化氢 / 硫酸基工艺相比，过硫酸盐

工艺往往会产生更粗糙的形貌。然而，彻底去

除铬酸盐转化涂层后，两种蚀刻剂都有效。如

图 2 所示，不同的普通微蚀在形貌上呈现出明

显的差异。在评估化学清洗工艺和附着力时，

必须考虑这些差异。

角状晶粒结构促进了抗蚀剂与铜表面的充

分附着。必须认识到，过度粗糙的表面对良好

的抗蚀剂附着力也是有害的。通常，更均匀的

表面粗糙度有利于抗蚀剂附着力。极为粗糙和

表面制备——光致抗蚀剂成像工艺的基础

不均匀表面轮廓会导致抗蚀剂无法接触铜表面

的区域。

总结

“使污物溶于溶剂”，这是简单但准确的清

洗定义。对于铜箔表面，在微蚀之前，必须去

除铜箔上的有机污物、铬酸盐防变色涂层及氧

化物。前者是由含有矿物酸、表面活性剂和其

他功能材料的酸性清洗剂构成的。一旦获得洁

净铜表面，制造商就能够通过化学微蚀增加箔

的表面积。PCB007CN

参考内容

1.U.S. Patent 3,853,716

2.U.S. patent 4,387,006

Michael Carano 任 RBP

Chemical Technology

公司技术和业务开发副总

裁。如需阅读往期专栏或

联系 Carano， 可单击此

处。

a ：过氧化氢 - 硫酸 b ：过氧硫酸氢钾复合盐 c ：过硫酸钠

图 2 不同工艺有不同的微蚀形貌

59 搜索公众号“PCB007 中文线上杂志”订阅

工厂安全

谈到 PCB 工厂的安全时， 控制湿制程的

腐蚀性污染物和有毒化学品是关键。通过 PM

计划，可以减少意外泄漏和溢出的数量。为了

安全起见，化学物质的控制有两个目的 ：首先

也是最重要的，可防止员工直接暴露于化学物

质中 ；其次，可以防止设备老化。有时化学品

会腐蚀到设备暴露在外的危险部件（如电气和

机械部件），从而有可能严重伤害人员。

PM 涉及对管道、密封、通风和控制托盘

的检查，还包括确保工艺中涉及的材料具有化

学相容性。这是一个很好的做法，因为几乎所

有材质在接触 PCB 化学药水时都会受到某种

形式的损坏。执行此检查也很有用，尤其在员

工需要更换部件时。如果员工没有意识到或不

够小心，可能会将不相容的材料引入设备，导

致潜在的溢出或泄漏。例如蚀刻和剥离设备的

部件非常相似，如果员工不小心，则很容易混

by Christopher Bonsell

CHEMCUT

预防性维护（Preventive maintenance，

简称 PM）是例行工作，旨在确保设备高效运

行且不会在短时间内出现问题。当企业生产

运营主要依赖设备时，PM 就会变得非常重要。

PCB 工厂也不例外， 因为其生产依赖多种不

同复杂设备的协同工作。

尽管 PM 非常重要， 但大部分 PCB 工厂

都没有 PM 计划。因为这听起来像是一项乏味

且成本高的任务，制造商往往会等到设备出现

问题后才采取行动。事实上 PM 的好处远远大

于弊端，拥有 PM 计划的 PCB 工厂更具优势。

设备寿命

PCB 工厂需要对多种设备进行大量投资，

那么为什么不充分利用已经拥有的每台设备

呢？通过 PM 计划，可以大大延长设备的使用

寿命。设备部件的磨损往往存在多米诺骨牌效

应——一旦某一部件损坏，如果不检查，可能

会对设备造成严重损坏。PM 计划可通过在其

影响其他部件之前找到损坏的部件来防止这种

多米诺骨牌效应。

延长设备寿命的 PM 计划包括检查输送带

部件、加热和冷却装置的状况，以及设备的总

体清洁度，并验证所有系统部件和控制装置是

否经过校准。保持清洁也是 PM 的一项内容，

可以在很大程度上确保设备保持良好状态。

专题文章

预 防 性 维 护

图 1 ：需经常检查湿制程中，蚀刻机的传送轴、侧

轨和齿轮是否有机械损坏或磨损

C

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CM

MY

CY

CMY

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2022 年 5 月号

淆。但因其接触的化学药水大不相同，所以通

常由不同的材料制成。由于外观很相似，混淆

后可能不会立即看到变化，几天或几周后，才

会注意到影响。如果没有发现泄漏或溢出，随

着时间的推移，情况会变得更糟。

设备效率

PM 计划还可以帮助提升设备的效率。根

据设备的不同，无论是湿制程还是干制程，都

会有不同的因素影响效率。

要时刻警惕湿加工设备产生的副产品。随

着时间的推移，这些副产品将在设备内堆积，

降低溶液的效率，并可能导致过滤器和喷嘴出

现问题。最好经常清除副产品或污染物。如果

任由它们大量堆积，则可能损坏设备，且最终

很难将其移除。湿制程设备 PM 通常包括更换

过滤器、清洁喷嘴和滴定分析（了解化学药水

的状态）。

在干制程设备中，主要涉及清洁度。由于

干燥工艺、层压和曝光的效率取决于洁净室的

有效性，PM 的大部分工作重点都是维持洁净

室的质量。这意味着要对其进行清洁，以确保

没有微量颗粒进入，并检查空气过滤系统。

生产可靠性

PCB 制造工厂希望能始终如一地制造产

品。通过维护 PM 计划，不必担心紧急维护和

意外停机。PM 将使设备保持一致， 并在小问

题升级为更大问题之前进行诊断。意外停机的

代价可能非常大。当需要进行紧急维护时，首

先需要花时间诊断问题。如果没有仔细跟踪设

备的状况，则需要数小时才能找到问题的根本

原因。即使发现了问题，也可能与一开始导致

设备停机的原因无关。一旦找到根本原因，很

预防性维护

可能需要更换部件。如果没有所需的部件，则

必须从设备供应商处订购。根据设备制造商和

所需的部件， 收到它们所需的时间会有所不

同。这将导致更多本来可以避免的时间浪费。

通过 PM 至少可以预见到此类问题并提前订购

部件或保持合理的部件库存。

毫无疑问，PM 计划可以使 PCB 工厂大大

受益。作为 PCB 制造商， 强烈建议尽最大努

力维护某种形式的 PM，即使这意味着只是进

行常规清洁。任何数量的 PM 都比没有 PM 好。

一些 PCB 设备供应商确实会提供 PM 计划，

他们会安排技术人员拜访客户并执行 PM 计

划 ；有些 PCB 设备供应商甚至可以帮助 PCB

工厂制定 PM 计划。因此如果您正在考虑 PM

计划， 强烈建议联系设备供应商并询问相关

PM 选项。PCB007CN

Christopher Bonsell 是

Chemcut 公 司 化 学 工 艺

工程师。如需阅读往期专

栏或联系 Bonsell， 可点

击此处。

图 2 ：从蚀刻机上拆下喷射装置，检查喷嘴状况

搜索公众号“PCB007 中文线上杂志”订阅 62

2022 年 5 月号

63 搜索公众号“PCB007 中文线上杂志”订阅

是的，电镀（也有人称之为电沉积），是

复杂的工艺。因此有必要深入了解其基本原

理。

本期专栏文章将详细介绍电沉积技术的复

杂性及其如何在孔和表面上沉积铜层厚度。后

续专栏文章将介绍镀铜溶液中活性成分的作

用，以及各种镀液成分的工艺控制限值及其对

镀层完整性的影响。

了解电镀槽电阻

虽然大多数工程师努力控制电镀工艺的化

学参数，以确保最佳的均镀力（表面与孔的比

率），但他们常常忽视了该工艺的其他关键参

数。这些忽视的参数包括从电源到电镀槽的电

缆阻抗、电镀架的载流能力以及槽内的额外其

他阻抗。电镀槽遵循欧姆定律 ：电镀槽内的阻

by Michael Carano

CHEMICAL TECHNOLOGY

引言

PCB 生产中的电镀工艺绝非易事。更多的

层数、更小直径的导通孔（通孔和盲孔），以

及更高性能材料组合，使得目前的技术难度更

大。因此，工艺工程师需密切关注相关问题，

如阴极电流密度、溶液化学组成（硫酸铜和硫

酸浓度）、添加剂控制。

为获得最佳性能，必须努力控制酸性电镀

的许多关键因素，包括溶液搅拌和过滤、阳极

长度和放置位置、电流分布效应、降低电镀槽

中的阻抗、光致抗蚀剂显影以及电镀溶液中受

控的有机污染物。后续的专栏文章将深入探讨

这些因素。

专题文章

酸性镀铜工艺基本原理

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65 搜索公众号“PCB007 中文线上杂志”订阅

2022 年 5 月号

抗越大，实现均匀镀层厚度分布就越困难。我

喜欢这个比喻 ：

·电流（类比）类似于通过软管的水流

·水流 ：GPM= 压力 ÷ 阻力

·换句话说，软管越长或软管开口的直径越

小，得到的水就越少

对于流向电镀槽的电流也是如此。电流取

决于阻抗和电压。如果阻抗增加，流向电镀槽

的电流就会减少。

因此，基于这个类比，我更倾向于设计电

镀槽时， 使电源与电镀槽之间的电缆距离最

小。此外，电缆的载流能力对于实现均匀的电

流流动和最小化电流损耗至关重要。如果从

电源（整流器）到电镀槽的电缆触摸起来感觉

酸性镀铜工艺基本原理

“热”， 则表明到达阴极（电路板）的电流有

损耗。图 1 描述了电镀槽中的连接和溶液阻抗。

了解这些阻抗的位置并找到解决它们的方

法将有助于改善镀层分布和均镀力，尤其是在

高厚径比的通孔中。

从图 1 中可以看出，除了电镀槽中的各种

阻抗外，通孔中还有电压降（IR 降）。通过导

通孔的阻抗越大，通孔中的镀层就越不均匀。

镀铜层厚度对长期可靠性来说确实很重要。

IPC-6012 规范要求 3 级产品的孔内镀层

至少要达到 0.8 密耳。对于较厚的 PCB，这种

镀层厚度可能偶尔会产生镀通孔可靠性问题。

如果厚度不足（尤其是在通孔孔壁中心），

则无铅组装和恶劣使用环境下的长期可靠性会

图 1 ：电镀槽示意图

搜索公众号“PCB007 中文线上杂志”订阅 66

2022 年 5 月号

受到影响。

较薄铜层的实例如图 2 所示。

图 2 所描述的现象比较常见，尤其是当板

变厚、导通孔直径变小时。然而，这并不是无

条件接受它的理由。即使在复杂的高厚径比设

计中，也有办法改善这一问题并提高均镀力。

确保足够的镀铜层厚度对于满足并超越长期可

靠性要求至关重要。

下一篇专栏文章会更深入地探讨本主题。

PCB007CN

Michael Carano 任 RBP

Chemical Technology

公司技术和业务开发副总

裁。如需阅读往期专栏或

联系 Carano， 可单击此

处。

酸性镀铜工艺基本原理

图 2 ：与表面相比，较差的均镀力导致导通孔

中心的铜层较薄

表面镀层较厚 孔中心镀层较薄

经过与各方部门，包括深圳国际会展中心

（宝安）慎重商议后， 组委会终能定下档期。

第二十届国际电子电路（深圳）展览会现正式

定档 2022 年 6 月 27 至 29 日（周一至周三）

在宝安展馆的 13 – 16 号馆举行。

衷心感谢各位展商、行业协会和观众一直

以来对展会的大力支持与信任！作为这大型展

览会的主办方，确保大家的安全和健康是我们

最重要的工作。一如既往，组委会正竭尽所能

为展会做好准备，继续与各方保持紧密沟通，

确保展会能顺利成功开展。

尽管面临诸多挑战如再次取得宝安馆重新

安排的档期，但我们承诺将继续努力为您们提

供最好的展览服务和支持。在期待与您见面的

国际电子电路（深圳）展览会 (HKPCA Show) 新展期公布!

同时，我们的一体化线上展会平台将在此期间

保持开放， 抢先为大家带来超过 600 家 PCB

行业厂商展示数千种创新产品及技术，并与世

界各地的买家和观众接触。立即打开 https://

hkpcashow.bluepin.com.cn/ 开始您的云逛

展旅程，把握这难逢商机。

最新展会信息将通过展会官方网站：

www.hkpcashow.org 以及微信公众号“国际

电子电路深圳展会”发布，敬请关注。

更多详细的内容，请点击这里。

67 搜索公众号“PCB007 中文线上杂志”订阅

ASEP 制造

为了让电子行业继续保持强劲的增长势

头，必须开发全新的、更智能的电子产品，以

及更好的散热方式。 ASEP 采用加成法制造工

艺，可在塑料基板表面形成导电图形，而不是

蚀刻去除 PCB 上的铜。

热塑性 ASEP 基板也可以重新熔化和重复

使用。图 1 显示了 ASEP 制造的基本工艺工序，

如下所示 ：

a. 冲压金属载体

b. 插入模制塑料基板

c.激光修改表面

d. 喷墨打印纳米颗粒导体

e. 烧结使走线导电

f. 用铜或其他金属电解电镀

g. 喷墨打印阻焊膜

h. 点涂或丝印焊膏

i. 贴装元件和回流

j. 切割

k. 装入成品组装外壳

新型 ASEP 足够小，可实现电动汽车有效

by Happy Holden

I-CONNECT007

引言

1965 年，Gordon Moore 预 测 ：“ 在 不 久

的将来，可以封装到 1 平方英寸空间内的晶体

管数量将实现每年翻番。” [1] 尽管他的预测后来

被修改为每 18 个月翻番，“摩尔定律”经受住

了 50 年时间的考验。目前由于与硅光刻、器

件封装和 PCB 上元件贴装相关的固有限制，

这种指数级增长开始遇到了障碍。

针对不断增长的电动汽车（EV）市场，开

发了一种新的电子封装技术， 称为专用电子

封装（application specific electronics package，简称 ASEP）[2]。该技术可以将 PCB、连

接器、大电流导体以及主动和被动元件集成到

单个器件中。ASEP 组件可以具有多层电路和

三维特性。本质上它们可以密封，采用导热树

散热，并利用金属的高导电性来输送高电流和

热量。该工艺成为承受高温、高电流和严苛环

境组件的理想解决方案。

专题文章

下一代应用的专用模块

图 1 ：从 a) 冲压到 k) 成品组装的 ASEP 制造工艺流程，该工艺是连续的，

所需的工艺步骤约为传统 PCB 制造工艺的一半（来源 ：Molex/Ford）

搜索公众号“PCB007 中文线上杂志”订阅 68

历经挑战，处变不惊

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2022 年 5 月号

运行所需的模块化。图 2 所示的实例具有微处

理器和网络，以及控制新型电动汽车电机所需

的高电压和大功率器件。

高电流和高电压以及功率设备产生的热量

正成为汽车、商用车和工业设备行业的重大

挑战。ASEP 模块体积比 PCB 小 58%，质量轻

22%，在 110℃下的载流容量提高了 25%。通

常情况下，功率控制电子设备是由“厚铜”PCB

制成的，其中铜走线的厚度在 75~200 微米之

间。即使具有这种铜厚度，与可能高达几毫米

厚的较厚冲压铜合金相比，仍不能非常有效地

下一代应用的专用模块

传导高电流和高电压，同时在热量管理方面也

不是非常有效。

ASEP 工艺从冲压金属载体开始，该载体

采用高温基板进行二次成型。采用纳米颗粒油

墨打印图形，然后用 PCB 行业常用的金属电

镀走线（图 2）。涂布阻焊膜， 然后将元件回

流焊接到 ASEP 组件上。

ASEP 组件内的冲压金属载体在产品制造

过程中具有多种关键功能。基板是在制造工艺

工序中承载 ASEP 组件以及用于 ASEP 组件连

接器特征的电气接触点的方式。此外基板还承

图 2 ：ASEP 制造的 4 个工序 ：a）金属冲压 ；b） LCP 二次成型 ；c）激光标记表面 ；

d）喷墨打印纳米颗粒金属和焊膏

搜索公众号“PCB007 中文线上杂志”订阅 70

2022 年 5 月号

载将元件产生的热量传递到 ASEP 组件上的作

用，为传统 PCB 组件内无法承载的高电流提

供路径。

对于更高密度的电子封装，双面卷对卷制

造的聚酰亚胺挠性电路可替代或与冲压金属载

体集成在一起， 形成 5 层电路。这种类型的

ASEP 封装将用于设计小型消费电子产品、传

感器、医疗设备和小型可穿戴设备。对于高温

应用， 使用导热基板（如液晶聚合物、LCP），

为有效散热器或散热片，降低了发热元件的温

度。

在冲压金属载体与 LCP 基板二次成型后，

使用激光界定基板表面上的电路图形。由于所

有 3D 特征，如导通孔、凹槽或空腔都已模制

到基板中，因此激光器必须能够以三维方式成

像图形。图形被激光标记后，喷墨打印机在激

光界定的走线上沉积薄薄的金

属导电层。

ASEP 属性、 特性和

性能

ASEP 将 PCB、连接器和热

量管理功能集成到更小、更轻、

更高效的单个装置中。由于该

工艺是全加成的， 新 SAP 工艺

能够提供精细的线宽和线宽。

其优点是可以使 ASEP 应用达

到固有的密封性， 这些优势的

结合形成经济高效的电子解决

方案。

图3显示了没有元件的

ASEP 封装。该封装称为 ASEP

微 型 配 电 箱（micro power

distribution box， 简称 micro下一代应用的专用模块

PDB），为车辆的布线架构增加了额外的电源开

关和电路保护。位于装置下方的两个用于场效

应晶体管（field effect transistor，简称 FET）

的高电流电气路径是实际金属接触点的延伸。

因此 FET（图 4）直接焊接到 800 微米厚的铜

合金上， 由此产生的电气和散热路径经过优

化。因而会降低系统中的阻抗（减少产生的热

量），并降低散热路径中的阻抗，从而有效地

散热。此外用于该应用的 ASEP 材料可以是导

热塑料（例如 LCP），可以传递 FET 产生的热

量。实际上 ASEP 材料本身可以是散热器或散

热片，从而可降低发热装置的温度。

ASEP microPDB 是 一 种 电 源 控 制 装 置，

看起来像汽车连接器（图 4）， 但其中的微处

理器和 FET 提供本地互联网络（local interconnect network， 简称 LIN）控制和大电流

图 3 ：无元件的 ASEP microPDB 基板，FET 将焊接到 microPDB

上的两个接触点，是 800 微米厚的铜合金触点的直接延伸

71 搜索公众号“PCB007 中文线上杂志”订阅

2022 年 5 月号

固态开关， 与包含继电器和保险丝的 microPDB（如图 5 所示）相比，高度可靠、可自我

保护且成本合理。微处理器提供 LIN 控制，无

需为每个装置运行控制线。

电气、热和机械测试

已完成 3 个主要测试来评估 ASEP microPDB 的电气、热和机械性能。首先， 对封装

进行温升测试。ASEP microPDB 的供电电压

为 12 伏，从 0 安培到关机，每 5 安一次，每

30 分钟轮回。热电偶连接到微处理器和 FET

以测量温度。在 85℃和 110℃环境温度下进

行测试。根据规范， 温升不应超过环境温度

55℃。除了温升测试外，还根据 USCAR 2 第

6 版规范进行了热冲击和振动测试。[3]

结 果 表 明 ：ASEP microPDB 可 以 在

下一代应用的专用模块

110℃的环境温度下承载 50 安培

的电流。当温度升高超过环境温

度 55℃时，封装会在更高的电流

下关闭。除了热测试之外，ASEP

组件还满足了振动和热冲击测试

的所有要求。

表 1 对比了目前生产的 PCB

microPDB 设 计 与 ASEP microPDB 设 计 的 尺 寸 和 质 量。ASEP

microPDB 体积小 58%、质量轻

22%，在更高温度下的电流承载

能力也有所提高。

结论

ASEP 是一种设计、 制造工

艺，行业可利用最新的注射成型

塑料，以及经验证的导电金属框

架散热、输送高电流能力的优势，

提供可靠的电气互连。

图 4 ：FET 直接焊接到厚铜合金接触点上，

导致发热 FET 和周围环境之间的热阻和电流阻抗较低

图 5 ：a) 当前基于 PCB 的带有继电器和保险丝的

microPDB ； b) 带有 FET 的 ASEP microPDB

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2022 年 5 月号

该技术非常适用于电动汽车的模块化控制

装置，其控制由其网络分布，但需要高电流或

高电压，同时为长寿命、可靠的系统控制提供

冷却功能。PCB007CN

参考内容

1.“Progress in digital integrated electronics,” by G.E. Moore, Digest of the 1975

International Electron Devices Meeting, pp.

11–13. Washington, D.C.

2.“ASEP (Application Specific Electronics Package), a Next Generation Electronics

下一代应用的专用模块

Manufacturing Technolog y,” by Victor

Zaderej and Babak

Afraei, Proceedings

of SMTA International, Oct. 14 18, 2018,

Rosemont, Illinois.

3. Performance

Specification for Automotive Electrical Connector Systems, USCAR-2 revision 6.

Happy Holden 自 1970

年起在惠普公司从事印

制电路技术工作，先后效

力 于 NanYa Westwood、

Merix、富士康和 Gentex。

他 目 前 任 I-Connect007

杂志社特约技术编辑， 撰写了《 PCB 制造自

动化和高阶制程》及《工程师 24 项必备技能》

等专业书籍。如需联系 Holden 或阅读往期专

栏，可单击此处。

表 1 ：PCB microPDB 和 ASEP microPDB 设计及性能对比

（来源 ：Molex/Ford）

73 搜索公众号“PCB007 中文线上杂志”订阅

还是必须的吗？

John Vaughan ：显然，业务合作关系有多种

类型 ：交易型、发展合作型。在签署合同时，

彼此间的沟通从业务洽谈阶段就开始了，此时

销售人员肩负较多的责任。我们与军方有关的

业务比较多，我需要清楚合同内容以及国防部

的资金情况。就美国国防授权法案（NDAA）

而言，我想了解产品在生命周期中的具体位置

以及对改变的需求， 然后才真正进入沟通阶

段。我希望了解现有的供应链，尤其是与元件

和任何定价注册相关的信息。

根据我的经验，成功的公司在整个计划和

/ 或项目中往往具有非常强大的跨职能组织能

力。Kelly 认为，OEM 工程师需要与设计、布局

人员持续沟通并密切合作，而设计、布局人员

又必须与 PCB 制造商密切合作。即使是 EMS

工程师也必须定义对产品或项目的期望。我认

by the I-Connect007 Editorial Team

在 以 下 的 采 访 中， 合 同 制 造 专 家 John

Vaughan 和设计专家 Kelly Dack 讨论了 EMS

和设计师之间的关系，以及为保证合作成功必

须进行的沟通。

Nolan Johnson ：在设计师与 EMS 的关系中，

哪些工作是必要的？

Kelly Dack ：我想用一个词来说明——沟通，

包括合作前的沟通、合作期间的沟通，以及合

作后的反馈。

Barry Matties ：Kelly，沟通是业界一直关注

的话题。沟通有不同的层次，尤其是当与新的

EMS 合作或增加新的工作内容时， 沟通是必

要的。但对于有长期合作关系的 EMS， 沟通

PCB 组装专区

EMS 与设计师建立沟通关系

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2022 年 5 月号

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2022 年 5 月号

为，当以价格为主导或只是一次性交易时，交

易型的业务合作会变得很困难。但是，当建立

发展合作型的业务时，了解所有前端的信息非

常重要。

Dack ：对于新设计，挑战之一是 PCB 设计师

往往不知道该设计会在哪里生产，这也是我强

调沟通的原因。设计师通常与裸板制造商联系

以获得样品，这可能会导致与生产能力相关的

潜在问题。设计师需要了解样品制造商的生产

能力，并按其生产能力设计布局。这就是我们

所做的工作——结合可制造性设计。但是当样

品制造变为批量制造时，可制造性发生改变，

往往会面临很大的挑战。

本土样品制造和海外批量制造的能力会有

所不同 ；设计师不了解制造商每天处理的问题

是不同的，这种不良的 DFM 问题是由于缺乏

沟通导致的。

Vaughan ：Kelly， 我完全同意。这是我对于

公司内部、OEM 内部跨职能联盟的观点。这些

人往往闭门造车，设计人员做自己的事情，完

成设计后，直接将文档交给公司采购团队，然

而采购团队并没有考虑到设计人员关注的所有

要点。因此无论供应链合作伙伴是谁，他们都

会默认其具备同样的生产能力。我认为这两方

必须在公司内部保持良好的协作，才能取得成

功。

Matties ：但如果是长期的合作关系，例如采

购代理列入合格制造商清单（approved vendor list，简称 AVL），设计师就应该了解对应

的 PCB 制造商。

EMS 与设计师建立沟通关系

Vaughan ：是的， 但即使列入 AVL， 不同制

造商的生产能力也会有差别。例如 AVL 上有 3

家 PCB 制造商，由于他们的设备或能力不同，

且很多情况下，都有不同的材料制造商或不同

的工艺，就会存在很多可变性。最可行的方法

是，设计团队在设计初期与 PCB 制造商合作，

PCB 制造商成为阻抗建模、叠层、材料选择

团队的成员。我认为这些工作应该并行开展。

Matties ：Kelly，你一直在做设计师，你应该

遇到过了解制造商和不了解制造商两种情况。

两者的差别是什么？

Dack ：只能通过考察不同层次的沟通来具体

分析。我指的是通过文档进行沟通。

Matties ：关于沟通我们已经讨论很长时间了。

一旦您的采购代理选择了制造商并且出现问

题，就必须进行沟通。制造商会停止合作并被

迫进行沟通。什么时候能有一些变革呢？

Vaughan ：关于实现变革， 建立门户网站理

念是有希望的。假设设计门户有设计等相关功

能，还有与元件分销渠道或元件供应链挂钩的

API，就可以直观地看到正在设计元件的交付

周期和可获得性，获得准确的信息。

如果正在与 PCB 制造商沟通， 那么还可

以在材料选择、叠层和功能评估方面同时并

行工作。此外如果该系统中还有 EMS 制造商，

通过执行日常任务，提高可视性，这个过程会

迫使你进行沟通。我希望这是有意义的，并且

我相信你们中有人了解我在说什么。

Matties ：确实如此。但是这需要你事先知道

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2022 年 5 月号

制造商是谁。你会将决策权从采购代理转移到

设计师手中吗 ?

Dack ：这是一个长期存在的问题。这就是沟

通——制造、工程或行业的规范——发挥作用

的地方。多年来，行业一直在整理、定义和发

布一系列信息，说明制造能力与设计之间的关

系。如果要详细地列出信息，那么沟通基础是

设计规范，设计师将根据已知的设计规范进行

设计。我们每年都会多次召集业内人士完善这

些规范，并根据当前的制造能力进行更新。规

范发布后，设计师能够查看和了解这些规范，

并基于已知的能力设计布局。

Matties ：EMS 在其中扮演什么角色 ?

Vaughan ：对于这个行业， 我们很早就明确

了需要充分的沟通，但我们在这方面做得并不

好。EMS 的工程师通常会直接与 OEM 的工程

师联系，而与设计人员的联系较少。

我不确定此次倡议能不能解决更好的沟通

问题。Kelly 说得很对，真的就是这么简单。长

期从事这项工作的人希望建立深度关系。你想

要的也许不是 24 小时待命，而是有一个重要

的人来推动和整合涉及每一方的问题。任何标

EMS 与设计师建立沟通关系

准都不会符合定制化要求，归根结底，这取决

于人和沟通。尽管会最大限度地利用计算机来

解决问题，但我们仍希望人是经验的核心，通

过积累丰富的经验和知识， 而达到更高的水

平。

Matties ：裸板制造商并不喜欢公开其生产能

力。EMS 公司是否更愿意公开其生产能力？

Vaughan ：当然不会。这是行规。商品化可

能不是正确的词，但最为接近。在 EMS 行业

的竞争已经演变为价格战，脱颖而出的唯一方

法是在组装说明和测试方法中开发新技术和新

工艺，因此 EMS 不愿公开生产能力是常见的，

即使国防部的主要官员要求 EMS 共享所有的

工艺方法、所有组装作业书，以及如何开发模

板的信息和方法，大多数 EMS 制造商会非常

抵触，因为涉及 EMS 的知识产权。

Matties ：这会成为沟通的障碍吗 ?

Dack ：他们发布的内容会引发一些问题。EMS

制造商或裸板制造商通常发布的是最佳生产能

力。他们会发布能达到的最小尺寸线宽和线

距。问题就从这里开始，因为接下来设计师将

按照这些数字进行设计，而不考虑“这些是最

尖端的工艺，为了吸引业务可能会存在一些宣

传成分”。

Mattie ：EMS 公司也这样做吗？

Vaughan ：我见过一两次。但在 EMS 中并不

常见，在制造商中较常见。为了澄清这一点，

大多数人会说标准工艺、先进工艺和新兴工

工业4.0：

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2022 年 5 月号

艺。对于线宽， 您可能会得到 3 种不同的答

案，分别是 4 密耳、3 密耳、2 密耳或者其他情

况。如果要公开并共享工厂的工艺能力，这就

是正确的描述方式。不像 Kelly 说的，有些人

只是过度炒作 “我们能做 2 密耳的线宽和线距”，

然而并不是每个案例都能实现这种能力。

Matties ：是的，此外也不会在高良率的前提

下这样做。

Dack ：而且不会用 3 盎司的铜来做。

Vaughan ：没错。

Matties ：变量太多了，要拥有顺畅稳定的工

艺是非常困难的。

Vaughan ：是 的， 最 近 几 年 情 况 有 所 改 变。

但回顾过去，让我震惊的是，设计师从来没有

参与 PCB 的制造。

Matties ：我们也经常听到这种说法。

Vaughan ：我 认 为 情 况 会 有 所 改 变。显 然，

排除疫情的影响，当我们从疫情中恢复之后，

我希望这一趋势将持续下去，因为没有什么比

让开发前沿技术的设计人员花一两天的时间参

与制造、与工程师会面，真正了解制造的情况

更重要了。

Andy Shaughnessy ：Kelly， 几 年 前 在 参 加

DesignCon 研讨会时， 你说总是接到有关于

海外批量生产设计问题的电话， 问题始终存

在。你认为这是由于设计师不清楚批量生产设

EMS 与设计师建立沟通关系

计与样品设计之间存在区别。当设计师从样品

设计转向批量生产设计时，设计师需要注意哪

些令人头疼的问题？

Dack ：是的，我最先想到的是与铜设计规范

有关，这个问题在我之前工作的一家 EMS 制

造商中反复发生。铜是 PCB 上的重要组成部

分，如果我们不具体规定，或者规定不明确，

就会给生产线的可制造性带来很大的问题。制

造商必须满足规范要求。如果规范不明确，

CAM 部门就会给设计师打电话。这些规范包

括一些简单的问题，例如对铜的要求是指叠层

中的基底铜还是叠层中的成品铜。我们希望按

成品规范进行设计。我们希望根据成品铜进

行载流计算和阻抗计算 ；然而这取决于制造

PCB 制造商。

例如， 在高端样品工厂制造的 PCB， 制

造要求和实际产品在性能上保持一致，比如导

通孔保证一盎司的铜。但如果这个制造要求未

明确，当此产品送到海外批量生产时，就可能

会存在一些潜在问题。应该与海外制造商达成

严格按照规范生产的共识，否则工厂可能会采

用类似 IPC-6012 标准 2 级要求，以最少的时

间和成本确定其工艺，最终镀层厚度在最大或

最小的区间范围内。我认为它会下降到预期的

80%， 就是 1 密耳的 80%。这是一个很大的

问题。

Matties ：数字孪生、自动化或人工智能工厂

4.0 对此有何影响？因为有了数字孪生，将设计

发送给制造商或 EMS 之前，必须把所有问题

都解答好，并在电脑中配置好。未来这种情况

会更多吗？

搜索公众号“PCB007 中文线上杂志”订阅 80

2022 年 5 月号

Vaughan ：我在这个领域没有太多经验， 但

随着新技术的出现， 无论是 CFX 还是其他平

台，各种技术都存在关联，随着越来越多的人

关注物联网和数字孪生，这些新技术将会蓬勃

发展。

Johnson ：John， 你刚刚说的是一个软件环

境，它可以促进沟通以及供应链上下游信息的

传递。接下来， 我们将讨论制造工厂和 EMS

制造商在保护 IT 知识产权的情况下，更倾向

于保留一些功能。

如果在一个软件环境中，我们为设计师创

造了沟通的环节， 那么设计师就需要软件建

模，也可以称之为仿真，预测制造链的下游将

会发生什么。设计师应该能够看到详细描述了

工厂可实现功能的 DFM 规则。他们需要了解

制造工艺才能选择部件。然而这就是问题所

在——软件环境要求供应链中的所有参与者都

提供详细信息，但是否就泄露了商业秘密？

Vaughan ：你说得对。当至少有两家顶级设

计公司使用该软件时， 制造商会选择加入其

中。在 Summit 的案例中，一旦选择加入平台，

就必须遵循相关的标准和协议。您刚才强调的

所有属性都是必需的，并且是该平台的组成部

分。不同之处在于合同关系和更广泛的保密协

议下的内容，而不是在互联网上发布给所有人

看。这是针对设计方面。

有部分设计师参与的同时，也有非常明确

的制造商名单，EMS 也同样如此。联盟的参与

者必须愿意分享和记录公司内部的一切，这样

才能据此做出正确的决策。

Andy Shaughnessy ：Kelly， 几 年 前 你 半 开

EMS 与设计师建立沟通关系

玩笑地说，你是设计和组装之间的“设计师传

声筒”，因为你懂两个领域的语言。设计师对

组装的最大误解是什么，反之组装对设计的最

大误解是什么？

Dack ：这是一个好问题。我的工作是与设计

师打交道，此外我还在 IPC 担任设计课程的培

训师和指导师。我们的想法是向设计师提供应

该由组装厂和制造商提供的信息，目的是通过

多年来的各种“陷阱”填补行业相关知识和经

验的空白。这就是这些课程的基础，填补了制

造商和设计师互通信息的空白。从项目开始就

将利益相关者聚集在一起，让每个人表达他们

的需求和功能，最终项目才能取得成功。

Johnson ：在实际工作中真的会这样做吗？

Dack ：当然。这取决于公司的发展状况。现

在利益相关者的意识正在逐步增强。我们公司

正在推行“利益相关者”概念，并让 5 条不同

的组装线协同工作。我希望并坚信能和裸板制

造商有更多联系。在公司内部有一个利益相关

者，他每天都会与裸板制造商直接沟通，他在

传达信息方面做得很好。

Johnson ：我听说你的团队中有人专门负责与

81 搜索公众号“PCB007 中文线上杂志”订阅

2022 年 5 月号

制造链上的特定环节进行沟通，包括制造商、

EMS 制造商、元件制造商等供应链上所有潜

在的人员。

Dack ：是的。我认为这不仅是个头衔， 而是

公司文化。

Johnson ：我认为制造商关系可能会导致跨

职能团队的分解。把每个公司的代表召集到一

起沟通是很困难的，公司的骨干团结在一起是

很难的。但是如果公司内部有负责维护这些关

系和沟通的拥护者，你可以与他一起工作，保

持合作关系的一致、稳定，通过优秀的跨职能

团队来推出好的产品。

Dack ：我认为整个理念没有得到充分利用，

或者没有被完全理解。公司内的职责划分太细

了，以至于“各司其职，互不关心”。

Vaughan ：技术正在以一种反常的方式推动

有效沟通，8~10 层 PCB 的时代已经一去不复

返了，PCB 的挑战是 ：30 层以上使用多种材料

的 PCB ；要求 5、6 层的顺序层压 ；有大量的

盲孔、埋孔 ；特殊特征以及 2~2.5 密耳的线宽。

在 EMS 方面也会遇到挑战，必须考虑许多具

体工艺参数，例如，新导通孔平整度等高要求，

或者如何解决热环境下焊膏从导通孔滑落形成

焊球所带来的隐患。

现在所做的每一个设计决策，对制造商和

EMS 服务商的影响都是非常特别且具有挑战

性。我想 OEM 清楚这一点。在当前的运营环

境下，大家更希望长期持续的讨论和沟通。

Johnson ：你描述的是我常说的防御性设计，

EMS 与设计师建立沟通关系

即预见问题，预见随着时间的推移而发生的变

化，并设计出解决它们的方法。例如，设计使

你可以轻松地将方形封装更换为 BGA。现在

似乎需要更多的远见卓识，我们又如何将其传

达给设计师？

Dack ：我创造了一个术语， 并做了“实用封

装密度 +”的演讲。我们有实用的封装密度，

以满足各种需求。未来的趋势是在拼板上实现

更多的 PCB，但是如果从概念阶段开始——工

业设计师在白板上挥笔构思概念——通过在空

间、技术、材料和可用性方面加一点“加法”，

增加未来重新设计时的灵活性。这就是实用封

装密度 + 的想法。我将在以后的文章中详细介

绍这个概念。

Johnson ：谢谢各位。

Dack ：很高兴能对行业发展有所帮助。

Vaughan ：很 高 兴 和 大 家 交 谈， 谢 谢。

PCB007CN

John Vaughan 任 Summit

Interconnect 公司战略市场

副总裁。

Kelly Dack 任 PCB 设计师、

CID+ 和 I-Connect007 专栏

作家。 如需阅读往期专栏，

可单击此处。

2

2022

IPC





关于IPC

IPC3000



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IPC CEMAC

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83 搜索公众号“PCB007 中文线上杂志”订阅

程中具有细微的内在特征，可作为元件制造商

的“指纹”。回收元件可能会进行黑色覆盖、

标记和重新包装，所有这些都会在元件的外部

留下可见的证据。仿制的、过量生产的和有缺

陷的元件使用不同的来源进行包装，会呈现不

同的包装。可通过各类线索，从外表筛查出重

新标记日期的旧元件。很多细微的特征都可用

于对元件的验证。

本文还提出了一种估计表观年限的新方

法，并因此根据焊接引线的光学表面来评估元

件的可焊性 [2]。焊接引线是元件中老化最快的

部分，因为它由金属化合物制成，金属间相互

作用会腐蚀和衰变 [3]。因此，引线状况是极好

的元件表观年限、储存条件和搬运条件指标。

本文还介绍了一种可以直观地目检元件并

评估其合规性的新方法 [4]。检测利用已经在贴

装设备中运行的视觉系统，在拾取之后和放置

之前获取元件的图像，而不会造成延迟或增加

额外的生产阶段。通过一系列人工智能算法实

时处理图像，这些算法能够认证制造商、确定

by Eyal Weiss, Ph.D.

CYBORD

引言

COVID-19 疫情已造成供应链中断和元件

短缺，中断了原材料和大量电子元件的许多供

应渠道，使制造商只能生产半成或闲置产能。

配给制迫使制造商在自由市场上购买元件，因

此增加了假冒元件、过期元件、混合批次元

件、处理不当元件、回收元件及有缺陷元件的

风险，风险从向可靠供货源购买元件时的典型

0.5%~1.5%，增加到在自由市场购买元件时的

5%~10%。虽然按照 SAE AS6081 标准，通过

对自由市场上购买的部件进行实验室抽样测试

来减少这种风险，但仅对一小部分元件进行取

样会带来许多风险 [1]

。实验室测试无法应对过

期元件、混合批次元件、处理不当元件、假冒

元件或可能随机分散在包装内的缺陷元件。

本文表明，元器件是否适用，其实能在其

外包装上找到许多证明。元件的包装在包装过

PCB 组装专区

通过

在线深度

外观检测

减少假冒元件

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85 搜索公众号“PCB007 中文线上杂志”订阅

2022 年 5 月号

焊接引线状况、发现缺陷以及未经授权编带元

件的证据。

常规措施

建议对元件编带进行检查，而不是使用抽

样检测。如图 1 所示实例，由贴装设备视觉系

统（ASM 的 Siplace SX） 拍摄生成图像， 并

由 Cybord 的 SMT 软件提取图像， 显示元件

料带的开头部分是有合规制造商（本例中为

Taiyo Yuden）认证的，但料带的其余元件由

未知来源供应商（假冒）制造，如示例图像和

测量尺寸所示。

混合批次料带的另一个示例如图 2 所示，

在生产过程中，在单个料带上发现了 4 组元件。

在该案例中，不同来源的元件在料带内被混合

在一起。

通过在线深度外观检测减少假冒元件

没有经过此类验证的料带可能会掺杂未知

来源的元件，最终渗透到生产中。在组装过程

中会导致可焊性问题，在产品生命周期中会导

致可靠性问题 [1]。如图 3 所示，使用伪造日期

代码的元件有焊接引线质量差问题。

检查整个料带对于满足可靠性预期至关重

要，但实验室检测服务无法有效扩展以支持此

要求 [4]。电子元件检测过程的数字化转型消除

了对人类判断和对高技能人工的依赖。获得专

利的 [5,6] 软件可目视检查和检测可疑和假冒元

件，实现 100% 的元件检测覆盖率。

市场上已知的假冒元件类型

假冒电子元件是指在其来源或质量方面有

虚假陈述的电子元件。通常为导致大多数假冒

事件的回收元件，克隆（仿制）、超量生产和

图 1 ：包含不同来源的元件料带实例。下图的螺旋表示元件在料带中的位置，每个颜色代表不同的检测

组。料带中靠外部的一组元件被检测为由 Taiyo Yuden 制造的 0603MLCC，但靠内部的另一组元件来

源不明。

87 搜索公众号“PCB007 中文线上杂志”订阅

2022 年 5 月号

不符合规格、有缺陷的部件以及被篡改的部

件，这类部件可能是严重隐患，芯片的机密信

息可能会破坏系统功能。

下一节将简要探讨假冒元件的类型及其在

通过在线深度外观检测减少假冒元件

元件上留下的证据。根据证据的突显程度，将

其分为内部证据和外部可见证据。但并不意味

着这样分类是绝对的，也就是说，存在通过内

部和外部目视检查来检测假冒元件的多种方

法。

翻新元件

翻新元件是指在设备中制造和使用一段

时间后丢弃和报废的元件。废弃的电子产品被

收集并出售给发展中国家，它们被拆卸成裸露

的电路板，通过简陋的工艺提取出元件，然后

分类、清洁、标记并重新编带。据估计，大多

数假冒元件都属于这一类。由于使用、老化和

翻新工艺，元件通常会受到严重损伤。

翻新元件通常都是由原始元件制造商

（OCM） 制造的， 尽管它们可能采用较旧的

内部设计，但由于元件内部未被改变，所以与

图 2 ：混合来源的元件料带实例。有文件证明制造商是三星 0805 MLCC，但检测到 4 组不同的元件，

没有一组元件是三星制造的。

图 3 ：组装过程中检测到焊接引线质量差的无源

元件 ：a）引线可焊层剥落 ；b）引线氧化 ；c）引

线刮伤 ；d）引线浮起

搜索公众号“PCB007 中文线上杂志”订阅 88

2022 年 5 月号

正品全新元件区别不大。因此元件是否经过翻

新，要通过外部包装寻找蛛丝马迹。

仿制元件和克隆元件

仿制元件、克隆元件或仅仅是赝品元件都

是由仿制制造商而不是原始制造商制造的元

件。它们可能是使用欺诈技术或逆向工程的部

件。未经授权的制造商试图仿制原始设计、工

艺和材料， 以获得与原始设计相同的功能水

平。然而，在大多数情况下，仿制元件在各个

方面都不如原始元件，因为仿制制造商对其产

品的质量或性能不承担任何责任，且不会了解

客户反馈实现改进。在某些情况下，仿制元件

是根据 OCM 的许可证制造的，但它们会相应

地进行标记和标识。

仿制元件或克隆元件在内部和外部都与原

始元件不同，因为它们是在不同的制造工厂生

产和包装的。

超量生产的元件

超量生产的元件是由 OCM 的合同代工厂

非法制造的。在某些情况下，OCM 通过为其元

件设计 IP 和掩码，采用合同制造工厂生产模

式，制造厂掌握制造工艺知识，

并拥有所有生产掩码。代工厂

可能通过捏造良率数据超量生

产部件，然后将多余的芯片出

售给市场。

不合规格的元件

不合规格、有缺陷的元件

来自违法工厂，他们会销售有

可能通过初步筛选的有缺陷部

件，因为在芯片的正常运行中，

通过在线深度外观检测减少假冒元件

在最初几个小时或几个月内不太可能出现缺

陷 , 但他们最终会过早产生故障。不合规格的

部件性能低于设计规范（泄漏电流、动态电流、

性能、温度等）。

超量生产和不合规格、有缺陷的元件从内

部看是相同的，因为它们是由同一个工厂使用

相同的工艺和材料制造的。然而，它们的外观

可能不同于原始元件，因为元件包装过程很少

由同一家工厂完成。

过期元件

过期元件是作为新元件出售的旧元件。它

们可能由 OCM 制造，但其跟踪信息和标签是

伪造的。元件通常在生产后 18~36 个月内适

用于 SMT 工艺。此后，其焊接引线可能会生

长厚的氧化层，并且由于引线合金中的金属间

化合物反应，其金属结构可能会改变。在某些

情况下，引线可重新镀锡，以应对预期的低可

焊性。

除了使用较旧的设计外，从元件内部看，

过期元件可能与正品无疑。外部证据可能是来

自旧的包装技术或通过引线的状况。从表 1 中

可以看出，所有常见的假货类型都会在其外部

表 1 ：常见的假冒元件类型会在其外部留下可见证据

89 搜索公众号“PCB007 中文线上杂志”订阅

2022 年 5 月号

留下视觉证据。

减少假冒元件的传统工具

现有的工具是高度复杂和高成本的研究和

鉴定工具。表 2 简要说明了可用的工具。

检查表 1 可以发现有趣的现象。几乎所有

的测试都集中在元件的内部。寻找外部证据的

唯一测试是化学测试（FTIR、化学），它可以

检测到黑顶和克隆，且还包括大多数其他内部

通过在线深度外观检测减少假冒元件

检查和 EVI 所具备的功能。

EVI 是放大倍数为 3 倍 ~100 倍的光学检

查。理论上，高效的 EVI 足以检测所有假冒元

件类型。

但它提出了一个问题 ：为什么所有其他方

法都是减少假冒元件标准的组成部分？不幸的

是，因为传统的 EVI 本身不足以检测假冒元件

中的许多假冒的证据。

表 2 ：现有实验室测试的简要说明

搜索公众号“PCB007 中文线上杂志”订阅 90

2022 年 5 月号

可焊性估计

电子制造领域中电子元件可焊性是一项基

本能力。它代表了电子元件在自动化生产环境

中可靠且可重复地焊接到电路板上的能力 [2]。

有几种方法可用于检测电子元件 [1,4]。为了获

得可靠且可重复的焊接工艺，电子制造商采用

并优化了所有生产参数。这个工艺包括管理预

备电路板，焊膏点涂，元件的贴装，以及回流

焊参数。

然而，组装前很少评估电子元件焊接引线

的状况和可焊性。这是因为假设工艺熟练程度

足以缓解元件引线可接受参数的差异。在国防

工业中， 要求根据 MIL-STD-202 方法 2087,[8]

和其他行业（如汽车 ISO-26262 标准 [9]） 检

测元件批次样品的可焊性。通常情况下，选择

被测元件的样品，并在指定条件下进行测试，

以测量元件引线的焊料润湿能力。评估过程是

在焊料浸渍工艺后，通过目视检查引线上的焊

料覆盖情况。这种传统过程是手工完成的、劳

动密集型的、高成本的，并且只能对样品进行

检查。

组装后的焊接质量评估作为自动光学检测

（AOI） 的 组 成 部 分 [10]， 同

时完成机器学习卷积神经网

络（CNN）[11,12]。借助放大镜

手动检测焊接故障的平均真

正准确率几乎为 90%，在本

案 例 中， 使 用 CNN 检 测 故

障的准确率为 84%。如果基

于 CNN 的 焊 接 质 量 视 觉 处

理， 在具有相同数量不同实

例的大型数据集上进行培训，

则其在达到人工水平的精度

方面功能强大。

通过在线深度外观检测减少假冒元件

不幸的是，在许多情况下，这不足以确保

所有组装元件的可靠接合。这是因为基本假设

是从批次中抽取一个元件代表整个总体。同

时，在许多情况下，这一假设屈服于电子元件

贸易的现实。例如，目前的假冒元件可以与各

种包装中的正品元件混合，避免被抽样筛查技

术发现。另一个例子是卷盘封装内部的组件与

卷盘外部的接触湿度不同 [13-16]。

可焊性评估方法

我们通过了解元件的焊接引线如何反射光

线，以及可焊性差的元件引线如何反射光线，

来对引线的可焊性进行分类。可以通过分析元

件图像、分析其在 UV/Vis 波段的反射光谱来

分析光反射。此外，可以根据引线反射率的逐

渐降低来估计元件的表观年龄。

这些信息可以通过检查焊接引线的表面获

得。我们发现，使用人工智能方法对元件图像

进行视觉分析，可以检测出导致可焊性差的焊

接引线的退化情况。为了训练一个将引线的图

像和它的可焊性联系起来的模型，我们需要设

计一个基于多个引线图像的神经网络。

图 4 ：表面粗糙度对发射率影响图示

91 搜索公众号“PCB007 中文线上杂志”订阅

2022 年 5 月号

可焊性估计算法

通过对元件焊接引线图像执行的深度学习

方法估计可焊性。首先，使用制造商年份代码

来计算每个元件的已制造年限。使用这些数据

来培训模型，这样它可以使预测元件已制造年

限的预测误差最小。

值得注意的是，制造年份并不直接反映引

线的实际质量。这是由于存储和处理条件的不

通过在线深度外观检测减少假冒元件

同，可能导致焊接引线加速老化，从而降低引

线的“年限”。此外，在可焊性好和可焊性差

的两种引线中，引线的状况仍有差异。

该网络被设计为适合线性回归模型，从而

使从输入数据到直线的距离最小化。下一步是

使用回归模型从验证集中预测元件的年限。按

估计或预测的年限排序元件，然后我们选择一

个分割点（年限值）将其分为两组。分割点在

两组之间至少有三个标准差。

图 5 ：4 种不同使用年限的 0805 电阻焊接引线表观年限分布直方图。2020 年测量获得数据。2017 年元

件呈现单尾正态分布，2012 年和 2015~2016 年元件呈现双尾正态分布。

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2022 年 5 月号

第一层使用无监督的方法评估来自同一运

输包装（卷轴或托盘）的多个元件的批量均匀

性。第二层使用分类算法将每个引线分类到一

组制造年限。第三层使用分类模型将每个引线

分为两类极端的可焊性状态 ：良好或较差的可

焊性。

可焊性分析

本文提出了一种基于深度视觉检测（DVI）

的无损质量体积法来评估电子引线的可焊性。

该方法允许对所有组装元件进行实时评估。可

在 SMT 贴装过程中及通过卷对卷来料检测实

施。

可焊性与引线表面的腐蚀和金属间反应引

起的表面反射率和可焊性退化有关。可以解释

为光滑镜面反射，而不是老化的暗镜面反射。

通过多层分类网络获得被检测元件的可焊

性，该网络可查看部件图像中的微观特征，根

据外观制造年限将可焊性分类为可焊性良好和

较差。这些模型是由不同制造年龄的相同类型

的多个图像训练的，因此具有不同的可焊性条

件。

图 5 显示了来自同一包装的元件可能具有

不一致的可焊性。表观年限不是一个离散函

数，因为它分布在一个年龄范围内。尽管大多

数焊接引线的年限与其表观年限相匹配，但其

中一些引线的表观年限更长。这种现象可能导

致焊接质量降低和可靠性差。

呈现的结果允许连续实时 100% 元件筛

选， 分类精度超过 97%， 每个元件的处理时

间约为 7ms，允许元件组装期间的实时验证。

这种方法在不增加硬件和加工时间的情况下，

为彻底提高制造质量和可重复性铺平了道路。

通过在线深度外观检测减少假冒元件

结论

可以从电子元件外包装获得其质量证据。

这是因为所有常见的假冒元件和处理不当元件

案例都会在元件包装外部留下证据。

本文介绍了一种利用已安装在 SMT 设备

上的贴装头摄像机或卷对卷检测设备在组装过

程中拍摄的元件图像的方法。该方法利用图像

处理和深度学习网络，根据大数据对元件的来

源进行分类，大数据包含 5 亿个元件，且以一

天 3000 万多个元件的速度增长。

本文提出了一种进一步估计元件焊接引线

表观年限的方法，可作为元件鉴定算法的一部

分。

本文还提出了一种通过 100% 检测电子元

件来确保电子产品质量的新方法。确保所有组

装元件的质量和真实性将会对电子产品质量产

生巨大影响。PCB007CN

参考内容

1."Electronic component solderability assessment algorithm by deep external

visual inspection," by E. Weiss, 2020 IEEE

Physical Assurance and Inspection of Electronics (PAINE), Washington, DC, USA, 2020.

2.“Supply Chain Optimization to Mitigate Electronic Components Shortage in

Manufacturing of Telecommunications Network Equipment,” by A. Migalska and W.

Pawlus, 2020 IEEE 29th International Symposium on Industrial Electronics (ISIE) (pp.

474-479). IEEE.

3.“Combined effects of surface oxidation and interfacial intermetallic compound

93 搜索公众号“PCB007 中文线上杂志”订阅

2022 年 5 月号

growth on solderability degradation of

electrodeposited tin thin films on copper

substrate due to isothermal ageing,” by J.

Wang, G. Chen, F. Sun, Z. Zhou, Z.-Q. Liu,

and C. Liu Corros, Sci., vol. 139, pp. 383–

394, 2018.

4.“An overview of non-destructive

testing methods for integrated circuit packaging inspection,” by P. Aryan, S. Sampath,

and H. Sohn Sensors (Switzerland), vol. 18,

no. 7, 2018.

5.“System and Method for Detection

Of Counterfeit and Cyber Electronic Components,” by E. Weiss, P-594746, 2019.

6."SYSTEM AND METHOD FOR NONDESTRUCTIVE ASSESSING OF SOLDERABILITY

OF ELECTRONIC COMPONENETS," P-603537,

by Eyal Weiss, 2021.

7.“A review of lead-free solders for

electronics applications,” by S. Cheng, C.-M.

Huang, and M. Pecht, Microelectron. Reliab., vol. 75, pp. 77– 95, 2017.

8.“Method 208, Solderability,” by S. E.

Harpe, et al, MIL-STD, no. 2, 2015.

9.“Quantified fault tree techniques for

calculating hardware fault metrics according to ISO 26262,” by N. Das and W. Taylor,

2016 IEEE Symposium on Product Compliance Engineering (ISPCE), 2016, pp. 1–8.

10.“Advanced manufacturing Technology: A Solderability Inspection System,”

by J.R. Villalobos-cano and W. C. Johnson,

February 1991, pp. 144–149, 1992.

11.“Optical Inspection for Soldering

通过在线深度外观检测减少假冒元件

Fault Detection in a PCB Assembly using

Convolutional Neural Networks,” by M. B.

Akhtar, 2019.

12.“Machine learning framework for

predicting reliability of solder joints,” by S.

Yi and R. Jones, Solder. Surf. Mt. Technol.,

2019.

13.“Moisture diffusion and vapour

pressure modeling of IC packaging,” by E.

H. Wong, Y. C. Teo, and T. B. Lim, 1998 Proceedings, 48th Electronic Components and

Technology Conference, 1998, pp. 1372–

1378.

14.“Moisture absorption and mechanical performance of surface mountable plastic packages,” by B. K. Bhattacharyya, W. A.

Huffman, W. E. Jahsman, and B. Natarajan,

38th Electronics Components Conference

1988., Proceedings, 1988, pp. 49–58.

15.“FEA simulation on moisture absorption in PBGA packages under various

moisture pre-conditioning,” by L. T. Fai, in

2000 Proceedings, 50th Electronic Components and Technology Conference, 2000,

pp. 1078–1082.

16.“Moisture absorption and diffusion

characterization of molding compound,” by

X. Chen, S. Zhao, and L. Zhai, 2005.

Eyal Weiss 博 士 是 Cybord 公司创始人， 任公

司 CTO。

搜索公众号“PCB007 中文线上杂志”订阅 94

2022 年 5 月号

第一章 挠性电路技术综述

第二章 挠性电路驱动力、优点和应用

第三章 挠性电路材料

第四章 挠性电路技术的实施

第五章 挠性电路实际设计指南

第六章 挠性电路制造工艺

第七章 挠性电路装配

第八章 挠性电路检查与试验

第九章 挠性电路文件要求

第十章 挠性电路规范

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95 搜索公众号“PCB007 中文线上杂志”订阅

概念，变成能够真正融入人们日常生活的上市

产品。对此我们开发了相应的软件，使此过程

变得速度更快、成本更便宜、效果更佳。具体

地说，就是专注于 PCB 设计师和 EMS 供应商

之间的流程，保证信息交流顺畅，避免因信息

缺失产生代价高昂的错误决策。

退一步来讲，当前产品设计流程中遇到的

最大问题是价值链中信息不对等现象。从设

计对下游的常见影响能够看出，PCB 设计人员

只掌握了大约 20％的实际制造知识，而设计

决定了 70％的产品成本。大多数知识通常由

EMS 服务商掌握， 而他们却使用没有联网的

陈旧工具和手动工作流程。所以我们提出创建

可支持 EMS 服务商实现工作流程数字化的工

具，以便我们在价值链上收集传播这些知识，

最终使设计人员轻而易举获取，避免做出导致

by the I-Connect007 Editorial Team

作为 AI 技术提供商，Luminova 正在凭借

自己的经验来帮助企业实施新型 EMS RFQ 软

件 工 具 ——LumiQuote。Luminova 公 司 创 始

人 Sebastian Schaal 介绍了 LumiQuote 如何

帮助减少 BOM 流程中的浪费以及避免 OEM

与 EMS 服务商之间的摩擦，并在设计流程早

期为设计人员提供所需的 EMS 数据，以便他

们做出更明智的决策。

Barry Matties ：Sebastian，能否向读者介绍

一下 Luminova 公司及理念？

Sebastian Schaal ：Luminovo 的理念就是重

新思考 PCB 到电子产品的过程，如何从设计

PCB 组装专区

Luminovo

推出 EMS RFQ 工具

97 搜索公众号“PCB007 中文线上杂志”订阅

2022 年 5 月号

下游付出高成本的设计决策。

基于这种想法， 我们在过去一年开发了

首个产品， 最近面向特定客户推出。我们的

RFQ 软件 LumiQuote 可以将 EMS 公司的报

价流程数字化和自动化，减少 OEM 和 EMS 服

务商之间目前由于传统冗长的工作流程而产生

摩擦，并为未来的智能数据使用和决策铺平了

道路。

人类在面临多个领域的任务时，能以线性

方式学习新技能。但技术发展速度非常迅猛，

由于目前社会中的各项工作都高度分工化、技

能高度专业化，所以许多小众领域遇到了专业

人才缺失的问题。但是，如果要跟上迅猛发展

的速度，并发挥出各项技术的最大潜力，就需

要那些在各自小众领域的极少数专家开发出供

大众使用的软件。

目前的硬件生产流程与我们在软件开发中

看到的低代码 / 无代码开发的趋势相同。许多

专业软件开发人员正在构建抽象层，使不同的

人群（比如应用专业领域的专家）能够完成更

多的技术工作，这样就能满足对新产品的巨大

需求。这种情况也会蔓延到电子行业，所以公

司的愿景是构建称之为“电子产品运营系统”

的基础数据和软件层。

Matties ：可以介绍一下贵公司研发出的工具

工作原理及其客户吗？

Luminovo 推出 EMS RFQ 工具

Schaal ： 我们目前研发的工具主要面向 EMS

公司，帮助他们以无可比拟的速度向客户提供

准确的报价。但我们不只是想要实现报价工作

流程的自动化，我们的想法是“在 EMS 行业

中，各个数据库、Excel 表格以及行业专家都储

备有大量的知识。我们要如何将这些知识浓缩

到软件中，让更多人能够轻易获取这些知识？”

换句话说，也就是“我们要如何慢慢构建相当

于驻地工程师角色的工具，这样一来我们不仅

可以从庞大的项目，也能从每个涉及到的项目

中获取知识。”

目前，该软件主要出售给欧洲的多品种小

批量 EMS 公司。我们从德国、奥地利和瑞士

开始， 先和一些营收百万美元的小型公司合

作，再发展到现在与欧洲较大的 EMS 公司建

立合作关系。

我们有自己的发展路线图，确切地知道必

须构建什么样的产品，所以为了将业务扩大到

更多领域，现在将全部精力都放在了产品完善

上。除了规模和地点不同外，我们也出售不同

的“软件包”。有些客户认可我们的产品，还

有些客户则是和我们共同合作开展研发项目。

他们现在已经接受了这个合作项目的愿景，但

是他们需要的功能目前还没实现。

Matties ：所以说这不是电路设计或布局工具，

还是需要设计师来设计电路板？

Schaal ：没错，Luminovo 最初是一家 AI 服务

公司，所以我们自然对设计自动化领域的研究

工作更感兴趣。强化学习（一种机器学习形

式）作为很有潜力的新方法，归根结底还是要

看其回报功能有多优秀。如何去描述一个好的

设计，它受哪些条件约束以及都要用到哪些参

人类在面临多个领域的任

务时，能以线性方式学习

新技能。

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2022 年 5 月号

数？这就是为什么说“如果我们想进入这个领

域，首先必须要把无趣的工作做完，也就是让

供应链的所有组成部分都互连并实现数字化，

其中隐藏着设计过程中所需的重要信息”。但

目前这方面的工作还没有出现在公众视野中，

我们目前先重点关注其他方面的工作。

Matties ：你觉得这种方案会发展成为能为复

杂 PCB 自动布线的 AI 工具吗？

Schaal ：核心在于什么才是向设计师传递信

息 的 最 佳 方 式。我 们 把 关 注 点 从 EMS 转 向

OEM 客户， 开始面向设计师。但我认为第一

步要做的并不是建立自动布线和自动放置功

能。还有其他功能更容易实现，将信息传递到

人们需要的地方，从而帮助他们在无需将全部

工作自动化的前提下避免重新设计。

我认为元件放置和布线是限制优化的问

题，这个问题相当复杂，从数学上讲，至少可

以通过工具来解决。也许我们终将研究出一个

“硬件编译器”， 将问题原理图以实际布局的

方式呈现，而无需进行大量的双重检查。但在

我们实现具备“编译器状态”的设计工具之前，

还有很长的路要走。

我看到有两种发展趋势。首先从前端来

看，人们趋向于使用更简单的原理图设置和更

容易的数据库管理方式，并将其全部编译到物

理设计中，仍然可以在设计工具中打开进行双

重检查。而从后端来看，设计师使用相同的设

计工具在类似的工作流程中工作，但会得出更

多深入见解。这意味着了解自己所做的工作是

有意义的，且可以避免重新设计。

Happy Holden ：我们就是这样实现 HP 的自

Luminovo 推出 EMS RFQ 工具

动 PCB 设计系统——Board Construction Advisor 的，这个系统就是我们 DFM 手册的自动

化版本。有了这个系统，能够为设计和边界条

件设定目标，并且使用三维场解算器，就能给

出材料堆叠和几何形状的反馈。但是当他们让

新的电气工程师测试这款软件时，出现了一个

问题——这款软件很擅长给出答案，但却不知

道问题是什么。

HP 实验室不得不反馈说 ：“我们需要的软

件要像有 20 年从业经验的人一样提出问题，

就像 Happy 的团队一样，因为我们可以聘用

刚刚从大学毕业的电气工程师，但却需要很长

时间才能把他们培养成经验丰富的从业者。”

这就是 AI 可以发挥作用之处。开发这项技术

的 8 位博士来自卡内基梅隆大学人工智能专

业。在软件设计电路板的过程中，逐渐掌握了

规则和技术。

Schaal ：Happy， 你做的这件事非常有革新

Sebastian Schaal

99 搜索公众号“PCB007 中文线上杂志”订阅

2022 年 5 月号

性，直接从“自动化工艺”本身开始研究。我

们作为一家 AI 解决方案公司创建 AI 产品的这

两年中，了解到想要拥有融入了 AI 技术并要

从中获得价值的产品， 首先必须将流程数字

化，与利益相关者有接口，并收集有意义的数

据。所以我们的产品是使工作流程改进的自动

化工具，收集并存储正确的信息，以便将来从

中获得价值。

目前，这是一款面向 EMS 公司的 RFQ 工

具，在 BOM 导入和自动采购上有非常强大的

功能。EMS 可以选择任何类型的 BOM 文件并

将其拉入工具中，无需预先进行格式化操作。

几秒钟内， LumiQuote 就能提取所有相关信

息， 并创建结构整齐的数字版概况。然后，

EMS 处理 BOM 的人员可以检查识别到的信息，

并在必要时手动编辑详细信息——比如我们没

有找到来自未知制造商的部件编号（MPN）。

再来看采购， 我们可以设置某些情况， 例如

“我想尽快拿到 10 个样品， 而且我只希望由

我选定的供应商提供的部件”我们的工具会自

动通过连接的数据库从所有不同的供应商那里

获取不同的价格。

除此之外，我们还为客户整合了各个供应

商，他们可以直接在工具中获得具体的定制价

格。某些供应商所选部件的潜在问题，例如交

付时间长或数量超过选定数量时价格更便宜，

都会在采购概况中标出。通过这种方式，可以

节省人工操作的时间，并将重点放在那些“关

键”部件。如果没有找到任何信息，就会被标

记为没有采购源。在我刚才解释的流程中，用

户基本上可以回到操作界面，点击导出，并获

得有报价信息的 BOM。这个流程通常需要两

周的时间，但利用工具在几分钟内就能拥有所

有的价格和数据。接着 EMS 可以完成下游流

Luminovo 推出 EMS RFQ 工具

程，向客户报价。

在制造功能中，我们允许用户进行自下而

上的计算， 并在生产后将其与实际值进行比

较。对于制造成本和材料成本模块，我们只需

要提供一个灵活的计算模块，客户就可以进行

完整的端到端数字报价。这款工具的妙处就在

这里， 可以给 EMS 公司提供这款工具，OEM

就可以在他们的平台上得到销售报价。OEM 可

以开始先上传他们的 BOM，然后我们可以开

始使用这些模块，使这些模块更接近 OEM 工

作流程。但对于我们来说，通过尽快进入市场

获得客户，并获取实际数据以指导产品开发和

优化功能。

Holden ：Sebastian， 这 个 软 件 如 何 处 理

PCB ？

Schaal ：对于 PCB， 目前需要手动报价， 但

我们正在与一家德国制造商合作开发参数报价

功能。我们会用 Gerber 提取器获取一些参数，

例如最小走线宽度、层数等。此外，用户还必

须输入其他信息，如 PCB 的颜色。如果 PCB

制造商拥有必要的基础设施，我们可以使用这

些数据提供即时报价，否则仍然是人工报价。

如果我们可以用 API 接口接入供应商，那是最

好的选择。

Matties ：我估计市场上也有具备类似功能的

其他软件方案？

Schaal ：市场上已有相似产品。但我们的独

特之处在于能将知识连接并转移到 OEM 领域。

这是我们所追求的更宏大愿景。在其他产品

中，大部分内容都是基于传统技术构建的，所