張 豪 曾鐵城 鐘旺茂

（博敏電子股份有限公司，廣東 梅州 514768）

0 引言

高水平的印制電路板（printed circuit board，PCB）工程數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和處理能力是PCB產(chǎn)品質(zhì)量、快速交貨和低生產(chǎn)成本的重要保證。為了使計算機輔助制造（computer aided manufacturing，CAM）工程師更高效地完成工作，提高設(shè)計精度，本文從智能化的角度探討了一些實用的方法。最終目標是優(yōu)化工作方法、提升工作效率、降低生產(chǎn)成本。

1 CamGuide智能系統(tǒng)模塊開發(fā)

根據(jù)工藝要求及CAM 工程師日常制作的步驟，使用CamGuide智能化系統(tǒng)軟件開發(fā)相應(yīng)關(guān)聯(lián)功能模塊，簡化操作步驟。

1.1 CamGuide框架開發(fā)

針對CAM 工程師手動制作的部分，設(shè)計部署如下。

（1）通過梳理CAM 人員制作流程，分解所有指令動作，分析其出現(xiàn)的規(guī)律，將重復的、有規(guī)律的及邏輯上可自動制作的操作步驟，編寫相應(yīng)的功能模塊。

（2）開發(fā)系統(tǒng)主框架，運用gateway（genesis安裝目錄下的一個執(zhí)行程序，用于獲取指定進程后臺操作genesis 軟件）獲取genesis（用于優(yōu)化PCB 設(shè)計的程序軟件）的進程號（port id，PID）。在生成樹協(xié)議（spanning-tree protocol，STP）中，如端口收到的橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元（bridge protocol data unit，BPDU）中背景信息文件（background information document，BID）和路徑開銷（path cost）相同時，則通過比較PID 來選擇阻塞端口，通過外掛形式控制genesis 軟件，并運行相應(yīng)的功能模塊，如圖1所示。

圖1 CamGuide主界面及分區(qū)菜單功能清單

（3）設(shè)計流程指示：根據(jù)不同班組實際制作時的步驟分出18 個流程區(qū)塊，不同的流程區(qū)塊按制作時的先后順序綁定所需的功能模塊（流程指示所綁定的子程序模塊共180個）。

（4）設(shè)置快捷方式：針對共用的、使用頻率高的在原流程指示中的功能模塊，設(shè)計快捷方式按扭，方便用戶使用相應(yīng)的功能。

（5）分離式控制genesis 軟件，通過選取相應(yīng)的PID，可以打開多個genesis 及CamGuide 軟件，不同的CamGuide 進程選取相應(yīng)的PID，分開控制genesis 軟件，滿足單用戶開多個genesis 窗口操作的需求。

根據(jù)用戶的操作狀態(tài)，記錄并顯示程序模塊的運行狀態(tài)，有效防止用戶漏操作部分環(huán)節(jié)的風險。

通過以上前期策劃、流程梳理、主框架搭建、子功能模塊的開發(fā)、不同節(jié)點功能模塊的綁定，形成一套有序、涵蓋面廣、效率提升，有效防呆的CAM自動化程序系統(tǒng)。

1.2 CamGuide子功能清單

CamGuide操作區(qū)塊分組及功能清單見表1。

表1 CamGuide功能清單

2 CamGuide部分功能介紹

2.1 單只處理

單只制作是CAM 制作中不可缺少的一個環(huán)節(jié)，通常在制作中占用的時間最多。在梳理自動化制作時，能利用程序制作的自動動作分模塊開發(fā)，放在不同節(jié)點的功能區(qū)塊中，方便用戶執(zhí)行。

2.1.1 一鍵鉆孔補償

（1）根據(jù)工藝文件要求，代替genesis 自身界面，一鍵完成補償及錄入公差，如圖2所示。

圖2 鉆孔自動補償功能界面

（2）實現(xiàn)一鍵補償，簡單高效，杜絕出錯。

2.1.2 短槽引導

根據(jù)工藝規(guī)范，短槽需要加引導孔，用戶打開鉆孔層后運行該程序。自動識別是否為短槽，對于短槽自動添加引導孔，如圖3所示。

圖3 短槽引導運行程序前后對比

2.1.3 大孔預鉆

根據(jù)工藝規(guī)范，≥3.25 mm 的孔需要添加預鉆孔，用戶打開鉆孔層后運行此程序。自動識別大孔，對于大孔自動添加預鉆孔，如圖4所示。

圖4 大孔預鉆運行程序前后對比

2.1.4 一鍵線路補償

PCB 在實際制作過程中需經(jīng)過蝕刻的工序。通常蝕刻后線路會存在一定程度的縮小，因此在CAM 制作過程中，需要按工藝規(guī)范將線路進行一定的補償，從而滿足實際生產(chǎn)的需求。

（1）選擇對內(nèi)層、次外層或外層進行補償，無需選擇層別，自動抓取補償層，自動根據(jù)工藝規(guī)范設(shè)置相應(yīng)的補償值，如圖5所示。

圖5 線路補償程序主界面

（2）自動根據(jù)界面中設(shè)置的參數(shù)將關(guān)聯(lián)層中的線路按要求進行補償，如圖6所示。

圖6 線路補償前后對比

2.1.5 線路削連接盤

當漲連接盤后，部分間距不足的地方需要削盤達到最小間隙要求。根據(jù)企業(yè)資源規(guī)劃（enterprise resource planning，ERP）中的銅厚參數(shù)及工藝規(guī)范要求自動削盤，省去手動逐個削盤的動作，如圖7所示。圖7為處理前與處理后的對拍效果，圈內(nèi)為削掉的部分。

圖7 線路削連接盤對比

2.1.6 補銅橋

CAM 制作過程中，在掏完環(huán)形間隙后會出現(xiàn)多處銅橋不足的情況，此類位置需要相應(yīng)加大銅橋。手動連銅橋非常麻煩、耗時長且易出錯。針對性開發(fā)連銅橋的程序，用戶僅需一鍵運行即可，根據(jù)ERP 的參數(shù)及工藝規(guī)范，自動設(shè)置界面中的參數(shù)，如圖8 所示。自動分析銅橋?qū)挾?，將未滿足要求的位置按規(guī)范進行連接，如圖9所示。

圖8 補銅橋功能界面

圖9 補銅橋程序效果對比

2.2 智能封邊

高密度互連（high density interconnector，HDI）板在制作時用到的設(shè)備較多，因此關(guān)聯(lián)的靶標也相應(yīng)較多，且板邊設(shè)計復雜，手動制作所需的時間長并容易出錯。根據(jù)實際的操作過程以及涉及到的參數(shù)，開發(fā)智能封邊模塊，將已有的ERP 數(shù)據(jù)與工藝要求相結(jié)合，設(shè)計用戶界面及后臺執(zhí)行指令，自動按工藝規(guī)范進行封邊，如圖10所示。

圖10 智能封邊程序主界面

2.2.1 靶孔防呆

使用全新研發(fā)的防呆算法，靶距防呆有效性可達一年以上，本公司使用執(zhí)行封邊的上萬款料號未出現(xiàn)失效情況。

2.2.2 關(guān)聯(lián)ERP數(shù)據(jù)

自動關(guān)聯(lián)ERP 數(shù)據(jù)庫，獲取關(guān)聯(lián)的參數(shù)、疊構(gòu)、流程等信息，設(shè)置在用戶界面中，供后續(xù)封邊時使用［1］。

2.2.3 全自動封邊

（1）智能封邊程序可以根據(jù)從ERP 中獲取的疊構(gòu)信息，解析出處理時當前層的類型，并按不同層類型的要求執(zhí)行封邊操作。

（2）智能封邊程序使用全新的架構(gòu)，優(yōu)化后的算法執(zhí)行速度快，由手動制作的30 min 縮減至1 min左右即可完成封邊。

2.2.4 封邊效果

智能封邊程序適用于二階HDI 和一階HDI，均可以實現(xiàn)一次性完成，無需工程師再手工制作板邊，如圖11所示。

圖11 封邊后板邊元素效果

2.3 阻抗條制作

阻抗測試時需要用到工程設(shè)計的阻抗條。當存在多組阻抗時，手動制作阻抗條步驟繁瑣、耗時長且易出錯。針對性開發(fā)自動制作阻抗條功能模塊，自動獲取ERP 中的阻抗參數(shù)，如圖12 所示，自動快速分組、一鍵生成所需的阻抗條。運行抗阻條程序后生成的抗阻條效果如圖13所示。

圖12 阻抗條程序主界面

圖13 運行阻抗條程序后生成的阻抗條效果

2.4 上傳數(shù)據(jù)

根據(jù)genesis 軟件對CAM 數(shù)據(jù)的分析，將產(chǎn)線需要的相關(guān)參數(shù)上傳到ERP 數(shù)據(jù)庫［1］，省去人工手動輸入步驟，提高工作效率，如圖14所示。

圖14 genesis軟件內(nèi)JOB鉆孔信息上傳ERP軟件過程

上傳的參數(shù)包括孔數(shù)、靶孔數(shù)據(jù)、面積、VCUT 長度、鍍銅百分比、不同網(wǎng)絡(luò)最小孔距、菲林最小間隙、負載、CAM 350 孔數(shù)、銑程、定位孔距板邊距離、板邊二維碼坐標、鉆孔疊板數(shù)、電銑疊板數(shù)等。

CAM 工程師在制作料號時，若客戶規(guī)范較多，經(jīng)常會出現(xiàn)部分規(guī)則記不清楚需要查閱相應(yīng)規(guī)范的現(xiàn)象，這種零散性操作動作繁瑣且易遺漏?，F(xiàn)梳理所有客戶規(guī)范，設(shè)計前端錄入界面，如圖15所示。

圖15 客戶規(guī)范登記界面

將規(guī)范上傳到客戶規(guī)范登記表的數(shù)據(jù)庫內(nèi)。當打開JOB 時，自動引導后臺提醒模塊，獲取數(shù)據(jù)庫的客戶規(guī)范并顯示在genesis 軟件的右上角，提醒制作人員，如圖16 所示。懸浮窗始終處于屏幕上方，占據(jù)一角，不阻礙視線，自動抓取數(shù)據(jù)庫TGZ 格式的壓縮文件中的備注及客戶規(guī)范，無需額外操作，并且關(guān)聯(lián)的注意事項完整無缺，為制作過程中的品質(zhì)點檢提供便利，確保產(chǎn)品品質(zhì)。

圖16 客戶規(guī)范顯示界面

3 EMS智能系統(tǒng)

3.1 自動輸出系統(tǒng)

3.1.1 機械鉆帶工具輸出

PCB 制作過程中的鉆孔工序需要工程提供不同類型的鉆帶資料，以備機械鉆孔機使用。傳統(tǒng)模式都是手動調(diào)取，操作流程繁瑣，效率低下，人為參與因素太多，容易出錯。

現(xiàn)結(jié)合工廠情況開發(fā)功能模塊［2］，由一線員工直接在部門內(nèi)部的客戶端錄入申請的鉆帶資料，如圖17所示。

圖17 自動輸出項目清單選擇界面

選擇輸出的工具登記表，填寫數(shù)據(jù)后點擊預覽，預覽后確認則出現(xiàn)如圖18 所示界面，服務(wù)器檢測到結(jié)構(gòu)化查詢語言（structured query language，SQL）數(shù)據(jù)庫存在更新，自動引導鉆帶資料檢測模塊，檢測OK 后輸出相應(yīng)的鉆帶資料到指定的目錄下，將“工程輸出狀態(tài)”更新為“已輸出”（單條數(shù)據(jù)處理完成）。系統(tǒng)再次檢測SQL 數(shù)據(jù)庫是否存在更新，進行下一條信息的自動處理。若輸出過程中檢測出鉆孔存在異常，系統(tǒng)自動將“工程輸出狀態(tài)”更新為“報警”并上傳相應(yīng)的報警信息到“報警日志”的字段中，在前端予以顯示。實時預警系統(tǒng)實時監(jiān)測后臺SQL數(shù)據(jù)，如發(fā)現(xiàn)存在輸出異常的料號，用戶桌面右下角圖標不斷閃爍，提醒用戶及時處理異常，用戶根據(jù)報警信息進行相應(yīng)處理。通過以上方法，產(chǎn)線在工序上可直接申請鉆帶資料，服務(wù)器后臺自動輸出，省去操作員到工程部申請工具及工程人員手動輸出工具的環(huán)節(jié)。

圖18 激光板機械鉆帶輸出清單

3.1.2 廠間互調(diào)工具自動發(fā)送

在PCB 制作過程中，為了最大化地利用有限的資源，部分工序有可能在不同的廠間進行加工。以前都是將需要互調(diào)的料號打印清單給工程師手動整理資料并發(fā)送，手動處理非常耗時且容易出錯。通過開發(fā)關(guān)聯(lián)模塊，將需要搜集及整理的資料壓包并發(fā)送郵件給到相應(yīng)的廠間。實現(xiàn)廠間互調(diào)自動檢索、整理、發(fā)送到指定的廠間，以達到省去人工操作的目的。如圖19所示。

圖19 廠間互調(diào)工具自動發(fā)送界面

3.1.3 AOI工具自動發(fā)送機臺

自動化光學檢測（automated optical inspection，AOI）資料通常由產(chǎn)線員工手動制作，步驟繁瑣且容易出錯。梳理規(guī)范并開發(fā)自動制作AOI資料功能。實現(xiàn)過程如下。

（1）前端錄入增加AOI 申請界面及功能，由產(chǎn)線員工根據(jù)需求相應(yīng)錄入需求料號，如圖20所示。

圖20 AOI申請登記表按鈕及功能展開界面

（2）前端錄入界面僅需用戶錄入料號名及選擇需要制作的層名，其他機臺參數(shù)系統(tǒng)自動獲取ERP 信息相應(yīng)設(shè)置（包括蝕刻因子、板厚、最小線寬、最小間距、參考線寬、參考線距、關(guān)聯(lián)層、拼版方式等）。

（3）開發(fā)自動制作及輸出AOI 資料功能，安裝在自動輸出的電腦上。如圖21所示。

圖21 AOI資料自動輸出界面

（4）實時監(jiān)測后臺數(shù)據(jù)庫中的AOI 申請記錄表，如發(fā)現(xiàn)存在新錄入的料號，自動獲取前端錄入的信息并啟動輸出功能，自動制作及輸出AOI資料。

（5）通過開發(fā)及相應(yīng)配置自動輸出服務(wù)器，使產(chǎn)線省去手動制作AOI資料的過程。

3.2 參數(shù)轉(zhuǎn)換

工程輸出的工具在導入機臺時，需要調(diào)整相應(yīng)的參數(shù)才能用于實際生產(chǎn)。梳理不同機型設(shè)備的參數(shù)要求，分情況開發(fā)功能實現(xiàn)參數(shù)自動轉(zhuǎn)換，省去產(chǎn)線員工手動調(diào)整參數(shù)的環(huán)節(jié)。

3.2.1 機械鉆帶參數(shù)轉(zhuǎn)換［3］

將機臺上的不同參數(shù)設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)代碼，鉆機根據(jù)參數(shù)代碼自動匹配相應(yīng)的參數(shù)。按工藝及設(shè)備要求梳理參數(shù)表導入數(shù)據(jù)庫，如圖22所示。

圖22 機械鉆帶參數(shù)表數(shù)據(jù)庫信息

輸出機械鉆帶時自動帶出相應(yīng)的參數(shù)代碼供機臺使用，如圖23所示。

圖23 機械鉆帶參數(shù)代碼

通過以上操作省去手動在機臺上調(diào)整參數(shù)的步驟。

3.2.2 電銑參數(shù)轉(zhuǎn)換

電銑資料通常為手動轉(zhuǎn)換機臺參數(shù)，步驟繁瑣且極易出錯?，F(xiàn)梳理工程制作電銑規(guī)范及開發(fā)自動轉(zhuǎn)換電銑資料程序，省去員工手動轉(zhuǎn)換參數(shù)步驟［3］。

按照工藝要求開發(fā)功能模塊，自動生成機臺能夠識別的電銑文件：①根據(jù)制板所用的板材信息自動生成電銑參數(shù)代碼，供機臺抓??；②根據(jù)電銑文件中的刀徑尺寸自動復制銑鏈坐標，自動調(diào)整電銑下刀速、行刀速。電銑文件轉(zhuǎn)換前后部分截圖對比如圖24所示。

圖24 電銑文件轉(zhuǎn)換前后對比

3.2.3 激光鉆孔參數(shù)轉(zhuǎn)換

傳統(tǒng)模式的激光鉆孔機臺文件都是員工手動使用pbn_cad軟件進行轉(zhuǎn)換，此方式除了操作軟件外，還要手動更改轉(zhuǎn)換后的文件，操作較復雜且極易出錯。現(xiàn)根據(jù)工藝及設(shè)備要求開發(fā)激光鉆孔文件自動轉(zhuǎn)換參數(shù)程序。

（1）通過應(yīng)用程序編程接口（application programming interface，API）（操作系統(tǒng)留給應(yīng)用程序的一個調(diào)用接口，應(yīng)用程序通過調(diào)用操作系統(tǒng)的API 而使操作系統(tǒng)去執(zhí)行應(yīng)用程序的命令）模塊自動操作pbn_cad軟件，并生成默認轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。

（2）對于軟件默認轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，按照工藝規(guī)范要求設(shè)置及修改相關(guān)聯(lián)的參數(shù)指令。

（3）將轉(zhuǎn)換后相關(guān)聯(lián)的文件（prg、hgd、glv、g99、h99）輸出到指定目錄下供機臺調(diào)取使用，如圖25 所示。1 個激光鉆孔的坐標文件經(jīng)過轉(zhuǎn)換后生成激光鉆孔機可以識別的5 個機臺文件。通過以上操作省去手動轉(zhuǎn)換參數(shù)的步驟。

圖25 激光鉆孔機臺文件轉(zhuǎn)換前后對比

4 結(jié)論

目前生產(chǎn)的PCB 主要為高多層HDI板，CAM制作動作繁瑣，需要注意的事項多而雜，且工程人員存在一定的流動性，舊的工作模式已不能滿足目前的需求，因此需對現(xiàn)有的工作流程進行重新梳理。梳理后的功能，已初步達到以下效果。

（1）CamGuide 精簡操作步驟，部分環(huán)節(jié)實現(xiàn)自動化操作，大幅提高工作效率。

（2）制作流程清晰化，杜絕制作過程中漏操作步驟的現(xiàn)象。

（3）縮短培訓周期，新人快速上手，降低因人員流動對部門造成的影響。

（4）CAM 數(shù)據(jù)與ERP 的無縫對接，讓數(shù)據(jù)聯(lián)動起來，使數(shù)據(jù)在不同場景都可以有效利用，減少數(shù)據(jù)孤島，讓數(shù)據(jù)產(chǎn)生價值。

（5）自動輸出系統(tǒng)將申請窗口面向工序開放，由工序申請服務(wù)器自動輸出，省去原來繁瑣的申請流程，申請工具效率大幅提升。