GreenSource Fabrication副总裁兼工厂设计师Alex Stepinski带领Barry Matties参观了GreenSource Fabrication的工厂。Alex和Barry讨论了工艺、设备、工厂设计及美国常用的制造方法等内容。这个共同的主题是 Alex一直非常关注GreenSource和客户的未来需求。在本次采访中，我们从与Alex的对话中摘取了一些内容，让读者得以了解Alex对未来的愿景，以及GreenSource工厂采用的新方法对行业的影响力。

Matties：Alex，谢谢你今天带我参观工厂。GreenSource无疑是北美地区自动化程度最高以及最先进的高密度互连（HDI）制造商。同时还能够实现零排放和零废料，并且可以单批只生产一块板。我们首先来谈谈你们在进行工厂设计时，如何选择GreenSource未来的目标？

Stepinski:整个工厂是朝着未来10年发展而设计的。与其他工厂相比，我们在这项技术上已经遥遥领先，因为美国的其他制造商并不打算发展这项技术。例如，在电镀领域内，我们的领先程度是他们需要好几年才能追上的。设备投资是非常重要的一环，但是为了利用这项技术而建造一座工厂完全是另外一个层面。任何人都能购买一台水平式电镀设备，但你要如何利用它的性能？我们所做的就是在这个工厂里完成所有和电镀有关的工作。电镀通常是完成制造后才想到的想法，但电镀也是电路板工厂里最复杂的一个环节。对于其他工艺，有解决方案可以选择。你可以购买激光钻孔机或者成像仪；轻轻松松就能找到10家不同的供应商。电镀通常是摧毁线路板工厂的关键环节。

Matties:我们在调查过程中问人们生产过程中遇到的最大挑战是什么，排在第一位的就是湿制程中的电镀环节。但是随着计算机控制时代的到来，刚起步的公司还好，但上世纪八九十年代建立的公司就有可能陷入困境。他们要如何摆脱困境呢？

Stepinski:我不认为摆脱这个困境是多难的事情。关键在于把资金用在调研上，比如走访、参观其他工厂和供应商的工厂，以及寻求创意。如果你的工厂规模较小，你可以建立一个小型的电镀生产线，功能不减少，这样一来成本就不会很高。同时，大公司没理由不采用这种办法。亚洲已经有公司安装了这种设备，可美国市场却从未考虑过应用这种设备。所有人都止步不前。

另一个因素是人员流动率。大公司的人员变动较大，这种情况下就无法完成这种项目。GreenSource外附设备是一个多年的项目。不能在项目中途出现5个人离职的情况，否则就永远无法完成这个项目。同样也不能更换管理结构或频繁出现岗位变动，否则也会永远无法完成这个项目。私人公司采用这种多年项目的方式实际上是有巨大优势的。

图2：GreenSource Fabrication安装的Atotech生产线采用了超薄化学电镀工艺

Matties：给我们讲讲你们的化学电镀工艺。

Stepinski:我们确实会使用市场上配方最新、可靠性最高的超薄化学电镀工艺。我们不会因为客户施加给我们的局限性就会一直使用30年来一成不变的化学电镀配方。因为我们是新工厂，所以使用的材料和技术也是最新的。我们设备的可靠性和均镀力非常强。你可以先放入很薄的一层材料，两分钟之后再进行电镀，整个过程甚至连氧化的机会都没有。

Matties:你顺着流程推进就可以了。

Stepinski:是的，全都是生产线完成的。

Matties:这是一个很大的优势。

Stepinski:其他公司没有这种优势。别的工厂要把产品放到篮子里，再拿出来，之后再蚀刻。

Matties:你的工厂里还有另外一条电镀生产线，是吗？

Stepinski:那边是我们的Ludy生产线，上面有一个看起来很奇怪的垂直电镀装置。它是自动进行装载和卸载的。

Matties:Ludy的总部在哪里？

Stepinski:在德国的Pirmasens。我们采用不同的概念；我们在这里完成常规无电镀工艺，所有涉及到铜的单元都在那边。我们在这里可以电镀镍或电镀金，在生产线内我们完成抗蚀剂剥离工作。我们对半加成工艺（SAP）产品进行纵向抗蚀剂剥离和纵向差分蚀刻。所以这些部件在送出生产线的时候就已经被完全制成了电路。这是我们独一无二的技术，而且每个水槽配有8个泵。你看到所有的控制了吗？一旦投入生产运行，有望实现高达40∶1以上的微导通孔厚径比。

图3：GreenSource的 Ludy纵向生产线已经即将完成安装

Matties:是的，这么说你们真的可以插入这种技术？

Stepinski:当然。一开始我们有6个有效水槽。每个水槽可以容纳8块在制板，所以我们能一次性电镀48块，这条生产线规模很大。据我们了解，这是北美地区最先进的垂直式生产线。

Matties:这条生产线什么时候可以投入生产运行？

Stepinski:8月份。我们首先从电镀前两种化学品开始，也就是高厚径比电解质和能够同时进行盲导通孔填充的半加成电镀——均来自Atotech。这样做是为了让一个单元格里能够实现高达40∶1或50∶1的超高厚径比，SAP工艺主要是针对超细的走线、间距和微导通孔——类载板PCB（SLP）等产品。在其他单元格中，我们使用的镀液只适用于较厚板微通孔。因为水平式设备最多只能加工2.4 mm的厚度，我们必须装配一个单元格能够加工更厚的板。

Matties:你们使用的蚀刻方法与众不同。

Stepinski:是的，我们的蚀刻工艺确实与众不同。其他公司都想用真空蚀刻法通过特定的程序在材料顶部进行操作，但我们是从底部蚀刻。

Matties:说得通。

图4：蚀刻工艺采用底部蚀刻的方式获得了更高的效率

Stepinski:从底部蚀刻能够提速40%，而且不会出现捣成浆糊的情况。但是从顶部蚀刻通常会出现20%的变异。没有部件会移动——所有部件都是固定好的——所以不会出现失效情况。

Matties:为什么北美地区没有其他工厂也采取这种方式？

Stepinski:这主要和美国市场缺乏动力有关。美国市场大多数从业者都是上个世纪90年代就已经入行了。所以电路板工厂和设备还都处于上个世纪90年代的状态，他们也只会去更换钻头、检测仪和成像仪。所有关于湿制程设备都快成了老古董。

Matties:我在这个工厂里最先注意到的就是闻不到任何气味。有时候走进工厂，在大厅里就能闻到化学品的味道。

Stepinski:是的，你不会闻到任何味道。举个例子，酸性蚀刻液可以回收循环使用，我们把铜提取出来还原到硫酸盐。我是在瑞典发现的这种技术。

Matties:这能行得通？

Stepinski:似乎是可以行得通的。我们在各个步骤中用了一些奇怪的方案让整个过程保持“绿色”，但这些方法最终并不会增加操作成本。如果你走绿色环保路线，正确操作的情况下你的操作成本应该是会减少的。先有了资本投资，之后才会有回报。例如蚀刻工艺的投资回报率（ROI）会在一两年内实现。

Matties:建立一个这样的工厂并且能够实现单批只生产一块板，你们面临的投资回报率其实是不一样的。建立一个同步生产线有多难呢？

Stepinski:也并不是非常困难。整个工厂是世界上首个工件任意流动的PCB工厂车间。每个环节都为能够单批只生产一个芯材产品而设计。

Matties:哇！很多人都会认为这是个巨大的挑战。很多年前我们讨论过单批只生产一块板的做法，但他们就是出于这个原因放弃的。

Stepinski:我们必须要安装很多之前没有面世过的新设备，但这个概念并不难理解。其实就是：如果你想买现成的产品，那是不可能的。

Matties:就像你说的，必须要全面考虑。

Stepinski:我们可以退一步想想。你看看管理中间流程的机器，它并不是多么奇怪的机器。里面安装了几个读取器——没什么特别之处——但人们就是想不明白，出于某些原因，你需要输入一个代码才能读取整个工艺流程的信息。我们是如何做到的呢？只需要试着想一想：这一步对代码有什么影响？也许我应该对它稍做修改。那么之后我需要哪种读取器呢？接下来就去联系生产读取器的公司，测试产品从而做出决定。也许读取器并不适用于所有机器，我可能要在两台机器上使用不同的读取器。

我们是第一个提出这种需求的工厂，我发现很多时候，其他工程甚至都不愿意去尝试做这种事。你需要确定到底什么才是对工艺流程非常重要的。我在这台机器上要怎么追踪它？我要怎样才能尽可能独立生产出这种产品？这个过程的成本也没有那么高。这样做的性价比是非常高的。

图5：可在线自动倒转的Apollon数字成像系统

Matties:我们之前在你办公室里的时候聊到了数据。你有非常庞大的数据量，这就意味着你一定要智能选择有哪些数据是你需要的。

Stepinski:是的，我们只收集必要的数据。

Matties:你们是如何决定的呢？

Stepinski:先和你的供应商和客户交流，确定所有的关键变量，然后进行第一阶段的把关，即确定哪些数据是我想收集的。在整个过程中如果你发现有哪些数据是想添加进来的，尽管添加。也许你还会想移除一些数据，但通常情况下你只会想添加进来。就是这么简单。你不需要验证每一个变量，就好像从来没有生产过PCB似的。利用现有的专业知识，这就是我在设计这个工厂时所做的工作。我花了几个月的时间四处走访，和世界各地的线路板工厂及供应商沟通交流，只为找到所有最好的理念。这家工厂汇聚了所有的精华。

Matties:这绝对是展示你们能力的好机会，你们从一间闭塞的小工厂转型成为了专业工厂。这背后的动力是什么呢？

图6：该系列中的一件独特设备是这部Alex 从中国购买的剥膜机

Stepinski:我们的动力是原来工厂的投资回报率和潜在客户给我们的反馈。我们打算开放工厂以供大量调查，让其他人知道从事高阶HDI的生产是我们的特长。美国市场中只有我们这一家高阶HDI供应商可以用最新设备专业生产先进的产品，并且我们的工艺流程是自动化垂直加工方式。其他的工厂还在用旧设备，他们的工艺流程更多的是手动工作和水平加工方式。除此之外，我们是全面绿色环保的工艺流程，不会产生一滴废液，全都留在了生产线内。

Matties:对于这样一个新型工厂，它的报价过程是什么样的？

Stepinski:我们现在就正在和多名客户进行报价流程。我们已经从初期合作的几名客户那里接到了报价，所有事情都和我们原先的计划一致。

Matties:因为这是一个真正以数据驱动的工厂，但是你从客户那里获得的数据不一定与你这里的数据一致。你要怎么连接这个缺口？

Stepinski:我们必须和客户勤沟通。北美地区已经有普遍认可的工艺了。基本上所有工厂都使用同样的工艺流程——图形电镀、液氨蚀刻和HDI。我们所寻求的全板电镀几乎是独一无二的。我们会应用全板电镀蚀刻法或者是SAP，就这两种。我们提供三种SAP工艺，包括改良版SAP、高阶改良版SAP、真正的SAP。我们没有常规的碱性蚀刻工艺和传统的图形电镀工艺。图形电镀会导致表面铜层的厚度出现40%~50%的变异。而使用全板电镀，我们将这种变异的概率降低到了小于5%。所以当你在查看GreenSource生产的微通孔时，每一层铜层厚度都是完全相同的，无法用肉眼识别出差异。

我们和来自世界各地的专家总结出了导致可靠性较差的主要原因，GreenSource团队评审了排在前十的主要因素。回过头再看看美国市场中其他工厂生产出的产品，每层铜层的厚度都不一样，这是导致微通孔可靠性较差的主要原因之一。我们还调查了有哪些应用领域不会出现可靠性较差的情况，例如手机市场。我们将所有这些想法都整合到了工厂规划和工艺选择当中，而且在质量认证过程中没有出现任何问题。

复杂的HDI、1~2天的加工时间、全面的可追踪性以及绿色环保工厂——这就是我们的优势。这个工厂有很多优点。

Matties:和我们讲一讲为团队成员选定合适的技能组合是怎样的过程。

Stepinski:在新罕布什尔州的一个难题就是人口较少，可选择的人才比较少。所以我们尽可能把更多职位设计成可以在家远程办公的岗位，从而在全国范围内吸引更多人才。我们是为未来设计工艺。未来的工艺不会是四处走动或亲自动手生产面板，未来的工艺是收集和分析数据，然后得出操作方案。

Matties:任何工厂都应该是这样的。

Stepinski:没错。我们在这里做到了这一点，而且最大程度地减少了自动化以外的实体接触机会。在未来，工厂车间再也不需要有操作员亲自处理面板了。

Matties:我们总是听到人们说机器人会让人们下岗失业，但你的意思是工作岗位是存在的，只是人们不想从事这些工作，所以才要改用自动化。

Stepinski:年轻人从小就开始用电脑，他们可离不开电脑。我们将参与到这类工作项目当中，减少工厂实地操作所需的员工数量，只保留维护和需要手动操作的工程类工作。事实上，需要亲手操作的工程类工作如今已经不多了。我发现人们在家里处理复杂的技术类任务时要比亲自站在机器面前更加高效。你在什么时候需要亲自站到机器面前？当机器出问题而你盯着机器半天理不出头绪的时候——这时你就应该亲自站到机器面前。如果你使用的设备是最好的，那么你很少会遇到机器出现问题的情况——你可以雇用其他人来做这份工作。然后你就能把时间用在推进自动化水平和思考连接方式上面，或者是思考其中的工作原理。当我收到新设计的时候，我要如何预测自己需要完成哪些测试呢？这些工作都不需要你亲自到工厂里去完成。

Matties:客户是否非常在意工厂的环保程度？还是说他们主要以技术为导向？

Stepinski:他们在乎的是整体。有些人更在意技术，有些人则更在意自动化程度或者是环保程度。

Matties:但最终可能还是要归结于技术。

Stepinski:有一些原始设备制造商（OEM）对工厂的绿色环保工作非常感兴趣。

Matties:我们来谈一谈你们工艺流程中的测试设备。

Stepinski:我们选择了CIMS作为测试设备的主要供应商。我们有两台扫描仪里面配备了两种共焦显微镜。我们可以检查传送器的顶部和底部，以及铜层厚度。所有的检查都是记录在案的。如果客户问我们：“我们在这个设计中如何查看线路的宽度控制？”我们的工程师就会从电脑上发送一个指令到生产线上，一小时十五分钟之后，该指令就已经在任何指定的测试地点完成了测量工作。工程师会询问客户，“这是您要的迷你标签和柱状图，请问您满意吗？”

Matties:你们采用的自动光学检测（AOI）方式也是与众不同的？

Stepinski:我们的AOI检测一定要全面考虑到所有类型线路板。我们发现工厂在检查线路宽度的时候，其实不是使用AOI。他们通常是在DS生产线末端安装一种小型系统，在这个末端位置他们会使用白光显微镜。在3毫米的线路上，10%的阻抗通常会在线路宽度控制中保留5%。这样做的话会测量到超过100%的面积；就无法实现准确测量了。这个测试中测量的重复性和再现性（R&R）是非常可怕的。

Matties:你把测试循环/检查中用到的钻机也包括在内了吗？

Stepinski:是的。大多数人在检查信号完整性的时候都会打一些折扣，只检查一些网络的阻抗。我们的理念是要更进一步。我们的钻孔机由Schmoll公司供货，有半数的钻孔机是3D背钻的。不论在何处检查网络或阻抗，在加上掩模或应用共焦技术之前，我们也会在此处检查基芯等级——迹线等级。然后我们会在数据库中用实际测量得到的数值替换掉模型数值。我们会关注“离目标还有多远”这一问题，然后钻机会在几微米的范围内检测单个孔内铜层的位置。

钻头会检测出所有这些位置上测量出的绝缘体厚度。我们同样也在数据库中替换这些数据，之后我们就可以得出生产过程中这一位置的阻抗分布。等我们拿到真实的阻抗读数时，你可以用这些读数来衡量各类信息，为面板提供一个完整的档案。人们通常会支付费用请实验室中的专家来完成这项工作，而整个调谐过程要花上数月的时间；但是在我们工厂里，这项工作是自动完成的。我们可以为你提供一个完整档案。我们将其用于服务客户和工艺开发。

图7. 服务路径的规划和布局，与GreenSource 其他环节一样注重细节和功能访问

Matties:你们完成了这么多控制工作和动态调整，产量预期值一定非常高吧。

Stepinski:确实如此。我们预计的结果是要么大获全胜，要么彻底失败，不会出现介于这两者之间的情况。

Matties:你们没有给自己留下犯错的余地。

Stepinski:我们出现的问题通常是因为前端压力较大，担心整个工艺流程彻底失败。你不会遇到边际条件，这一点很好。因为你也不希望你的工艺生产出的都是边际产品。

Matties:看来你们在这一阶段的投资要明显多于第一阶段的投资。

Stepinski:是的，我可以告诉你我们投资的具体数值，但实际投资应该还要多。

Matties:你们预计这项投资的ROI何时出现？

Stepinski:和我刚才说的一样。

Matties:真的吗？因为你们在第一阶段很快就实现了ROI。

Stepinski:我们原先认为是5~7年，但实际要更快一些。我们预期的时间和第一阶段保持一致，因为整个理念没有变。

Matties:恭喜你，Alex。你实现了梦想。

Stepinski:这家公司非常智能。Whelen集团的理念总是可以超前10年，这家工厂也是一样。

Matties:我在EIPC大会上和Whelen先生交谈过。我询问了他未来的规划以及业务发展方式，他说专业的车间工厂是公司未来的一项主要任务。他们一直都是非常闭塞的，多年来只生产自己的产品。他对你的评价非常高，也对你抱有很大的信心。

Stepinski:这是好事。这条生产线规模很大，你在北美地区再也找不到规模如此大的生产线了。

GreenSource 工厂坐落于新罕布什尔州查尔斯敦的Whelen Engineering 公司的制造园区内