技术分享：对线路板层压结构图制作错误的分析与改善

1 绪论

线路板轻薄短小的发展趋势使得PCB制作工艺日新月异，其中层压技术作为其最重要的工序之一，自然也备受制造厂商关注，使得层压高端工艺愈加成熟，然而，在提高层压工艺能力的同时，却没有对层压结构图纸予以正确处理，导致层压结构图问题的报废客诉屡禁不止，损失惨重。

据统计，层压结构问题虽然有一些属于工艺能力不足或者产线员工控制不当，但这并非问题的全部，仍有很大比例的问题源于层压图纸，只是当大家把焦点放于工艺之时，往往忽略了其它因素，本文将对层压结构图问题进行具体分析并总结合理改善方案。

2 结构图纸错误综合分析

随着电子电路的行业的发展，线路板的层数越来越多，结构越来越复杂（盲、埋、通孔共存，布线更紧密），使得层压结构的控制要求也越来越严，层压结构的问题也越来越突出，其中，错误的层压结构图纸就是其元凶之一。

2.1

制图情况分析

对于所有PCB生产商而言，正确合理地制作出客户要求的线路板才是最终目的，而在生产线路板的所有环节中，只有保证正确的层次结构，进一步控制各层精细工艺才有意义。而产线压合结构通过图纸指示，故确保图纸正确合理必为其前提。

然而，优秀的图纸虽然是层压流程正确进行的必要前提，却并未得到相应的重视，导致目前为止，层压结构图纸的制作还处于原始阶段。很多PCB厂商仍然依靠通用的平台软件自带的制图功能，毫无数据支撑，更无工艺能力的保障，甚至小部分厂采用手工制图。总体而言，业界大部分图纸的完善全靠制图人员自身的经验，并没有其它优良措施来辅助判断结构的可行性和最优性。

2.2

制图错误类型分析

常见的结构图纸的错误可分为芯板，介质、可优化性、不按客户要求等几个方面，它们之中任一方面的错误都能导致报废和客诉。

2.2.1 芯板的选择错误

目前市场的芯板种类繁多，同类型又存在不同的规格区分，芯板的类型、规格、厚度、覆铜厚度都有区别，而当前业界大多仍由人的经验判断如何选材，具有不小的报废风险或可优化空间（如图1，3OZ的厚铜板实际应选FR-4的S1000-2即高TG的板材，员工错用普通S1141型号）

图 1

2.2.2 层间介质错误

最普遍的介质问题就是PP选择错误，不同类PP的价格差异很大，且流动性各有不同，一旦PP选错甚至其先后顺序弄错，都会造成实物板结构不符（如图2，芯板覆厚铜，PP介质最好在0.15MM以上，实际只用一张0.08MM的PP，层间介质过薄）。

图 2

另外，铜箔的厚度错误也应注意，虽然这类情形部分可以通过加厚减薄工艺改良，但凭空增加额外流程会影响成本，同时产生其它隐患。

2.2.3 部分可优化结构问题

同样厚度的线路板可能有多种材料组合，任选一种都能做出正确的结构，但不同搭配情况的成本和生产控制难度一定不同，故应采用成本和控制难度都相对较低的结构组合，然实际统计发现，约30%的线路板层次结构并非最优（如图3，106的PP太贵，实际可用2116的PP进行优化）。

图 3

另一典型可优化问题为非对称结构，由于涨缩等问题，不对称板的翘曲度通常比对称板高，若客户要求严格，这样的板通常会是废品，因此任何情形的线路板结构都应确保对称，即使无法达到（比如一些盲埋孔板），也应尽量降低其不对称程度。

2.2.4 客户要求方面问题

部分客户对层压结构选材有明显限定，甚至不乏对层压结构有明确指定，若客户对板材的选择有明确要求，制图人员就必须缩慎重设计结构，尤其若有明确结构指定，更应仔细检查客户结构是否合理、是否与本司制作工艺冲突，然而实际很多此类情况的遗漏，令众厂商头疼不已。

2.2.5 部分结构问题实述

下图4为作者截取的该司某一个月中有关层压结构的问题点：

图 4

由图看出，很多制图人员的技术经验欠缺，导致诸多重复问题出现，但经作者访问发现，有关层压结构图设计错误原因还包括制图人员的疏忽。换言之，其可归纳为对该司工艺不了解和细节性疏忽。

2.2.6 对结构图错误后果严重性的分析

总所周知，报废和客诉一直是所有PCB厂最头疼的问题，尤其是批量报废，其直接经济损失更加严重，如果导致客诉，还会大幅降低客户满意度，带来严重的潜在损失。

虽然PCB制程的任一环节错误都可能导致报废和客诉，但是，纵观PCB制作的所有环节，我们发现，层压相关问题导致报废和客诉的几率最大，同比其它工序平均多出50%，而层压结构图是层压工序的唯一指导，板的结构完全取决于它，一旦图纸错误，此板几乎等同报废，其重要性不言而喻。因此，层压结构图的管控应作为各PCB厂商的重点问题对待，否则，很难根治这类问题。

2.3

业界改进现状及分析

业界的改进现状基本可以总结为以下三点：

1） 针对图纸误导产线生产错误的PCB板的问题，部分PCB厂拟在图纸上附加一些特殊信息以增强图纸的信息量和可读性，但结果并未降低因图纸问题导致的报废客诉，经分析，此种方式虽然增强了图纸的指导性，但图纸本身的错误却未有效减少，因其产生的误导自然无法有效避免。

2） 一部分厂商则依靠比较流行的软件（如ENGENIX等）附带的层压结构功能模块制作层压结构图，不可否认，这些软件整体功能强大且专业，但是，专业也就意味着难以大众化，如果一张图纸不能让产线员工短时间看明白，那么，它可能并不合适，更何况，通用性也就决定着其在精确控制方面的盲点，而层压结构图需要高正确性和最优性，如果软件不能确保这两点，那么，其并不能解决层压结构图纸所引发的问题。

3） 出于一直难以解决层压结构问题的困扰，不少PCB厂选择增加大量层压技术知识的培训，想以此提高CAM人员的专业水平，降低层压结构图出错的概率。同时，制定一系列惩罚制度意图“避免”人为疏忽，但结果不但毫无效果，反而因过多的培训占据制单时间，延长了制单周期，增加了成本预算，恶化了员工情绪，带来了不少负面影响。

就上述三点分析可以看出，业界并未发现一种最合理方案，所谓的解决办法，都治标不治本，甚至部分还带来恶劣的后果。

2.4

问题推断

通过对层压结构图问题的分析，初步推断为：制图人员对层压结构了解不够深入，技能存在不足，不了解该司制造工艺，做事不够仔细，不按要求核对客户特殊信息。故若要针对上述原因改善问题，那么，首先所有制图人员都应拥有足够的行业经验（至少是关于层压结构），同时对该司PCB层压加工工艺足够了解，基于这样的要求，专项培训就成为了必要措施，然而通过上述对业界改进现状的分析可以看出，这样的方案根本行不通。如此，难道只有指定那些既了解工艺又做事仔细的“精干”员工制作？这显然并不合适，况且，即使真这样，就一定能避免上述所有问题吗？显然，我们需要一种新的方式来改善这些问题。

3 解决方案

针对层压结构图纸设计或优化的情况，通常，若属于该司内部可调结构，建议由具有一定经验的主管级人员调整，从而降低结构成本，若客户有明确要求，建议与客户确认，从而避免投诉。

但从根本上讲，层压结构图的制作还是需要CAM具有一定的经验和细心做事的态度，经验往往是时间的积累，难以宏观调控，细心的态度也因人因境而异，更没有明确的保障，并且，总是在一些小的不确定上与人确认，耽误的往往是更多人的效率，造成时间和资源的浪费。

综合这些错误的分析，本文提出了通过计算机应用来解决问题的方案，作者通过对该司之前的一系列层压结构的问题进行汇总和分析，具有针对性地开发出一款专门用于制作层压结构的智能工具软件，通过该司内部数据统计显示，CAM人员使用此软件制作层压结构图后，层压结构出错率降低到3%，对于提高层压结构制作的正确性和最优性，降低订单制作周期，减少资源的浪费具有明显的效果。

4 通过软件改善问题

4.1

软件功能实现分析

使用软件辅助制图人员画结构图并不难实现，但这样的软件往往不能判断做出的结构是否正确，更无法判断当前结构是否最优，也就是说，如果开发出一个只能作为一个画图平台的软件，那么根本不能解决前文所论述的问题，只有将该司层压工艺规则加入软件内部逻辑，才能有效判断图纸的正确性，只有具引导性的提示，才能做出低成本、高品质的结构图，只有简单清晰的操作步骤，才能大幅降低制图人员的疏忽可能，只有简明易懂的图纸外观，才能避免图纸误导。

4.1.1 软件开发条件苛刻

要使软件具有一套合理的判断功能，需将层压工艺转换为软件内部判断依据，否则，其只能作为普通的制图平台，毫无针对性，然而层压工艺是一套拥有诸多例外情况的标准，且会实时变更，故还应使得软件内部逻辑可调，这使得软件构建复杂而困难，需开发人员本身拥有足够的行业经验和过硬的软件知识。

4.1.2 软件须具有引导性

当按照层压工艺标准构建出软件逻辑之后，软件需通过对话框形式与制图人员实时交互，避免其因经验不足而漏掉很多不合理的细节，因一时疏忽而弄错一些重要参数，这样才能引导其准确地做出优良的层压图，因此，软件的引导能力也必须注重。

4.1.3 简单的操作和易识别的图纸

软件的操作越复杂，说明软件的智能性越低，辅助能力越差，只有尽量简单的制图步骤，才能降低制图人员的疏忽比例，同时，为正确的指导生产，避免因信息遗漏、信息冗余、图纸难懂造成各种不良后果，通过软件生成的图纸必须信息齐全、简明扼要且通俗易懂。

4.2

软件描述

编译软件平台：JAVA SE

系统要求：各类主流操作系统均可

硬件要求：PIII 1GHZ以上或赛杨1.5GHZ以上中央处理器，2G以上的硬盘空间，256M内存(建议用512M以上)，800*600以上VGA

制作目的：提高层压结构图制作正确性和可优化性，降低成本，提升订单制作效率。

功能：自动获取客户层压信息和本司库存材料信息，自带部分常见层压结构模板，自动检测材料型号、结构正确性和可优化性，智能修正明显参数错误，计算并检测压合厚度，保存结构至数据库和读取，提示所有不符或具可优化性情形。

软件运行依据：客户层压信息和本司库存材料信息通过本司数据库获取，所有模板都已通过工艺评审，材料检测基于数据库信息，厚度计算已充分考虑不同压合情况，所有人为输入参数均会正则匹配数据格式和范围，已加入本司特殊工艺结构的检测机制，数据处理精确到小数点后十位。

软件介绍：软件界面如下图5，此工具制作的层压结构图，图纸简单明了，易于被产线员工识别，信息齐全，包括客户所有重要信息。另外，所有结构图的制作过程都只有三步：添加结构、选择参数、保存结构，其中，制图人员只需有基本层压结构知识，在参数选择上，软件可以根据库存给出选择范围，同时加以提示，具有辅助选择功能，并且，参数填写完毕后，软件会自动计算当前结构的理论厚度（计算结果会显示在厚度显示面板并提示），然后启动所有检测机制，全面检测比如厚度、对称性、是否特殊工艺、可优化性等，高度智能化的检测机制和容错性纠正全部基于该司PCB制作工艺，若工艺变动，可调节参数保持与工艺一致。使用这样的软件，针对性强，检测机制齐全，可以帮助员工避免很多疏漏，这样，普通CAM人员也能画出符合该司制作工艺、满足客户要求且成本相对最低的层压结构。

图 5

4.3

实际效果统计

使用软件是否能有效解决层压结构图问题，请看该司实际的异常数据统计（如图6），横坐标为统计时间（4月至11月），纵坐标为结构图问题与当月问题总数的百分比，其中，4-7月为未用软件之前的情况，8月初软件投入试用，9月底软件维护和优化基本完毕，10-11月软件全面启用。

图 6

由图中折线走势看出，该软件试用之后，错误比例明显降低，尤其正式全面使用之后，结构图引发的错误几近消失，相比之前几月持续居高不下的情形，效果非常显著。

5 总结

虽然高针对性、高智能化的软件开发要求非常苛刻，对开发者自身要求很高，但并非不可实现。并且使用专门的辅助软件之后，层压结构图问题基本消失。相比业界目前其他改进方法，效果更为显著。同时，软件可以根据该司工艺变动实时调整，检测和优化机制，具有很广的适用性、可移植性和可扩展性，因此，对于如何确保层压结构图的正确性和最优性，采用高智能化、高针对性的软件辅助制作确是一条可行之路。当然，或有其他方案异曲同工，本文论述仅供参考。