LPKF Laser & Electronics North America公司的Stephan Schmidt和Mirela Orlowski介绍了在元器件尺寸不断缩小的发展趋势下切割钢板和分板电路板用到的激光技术，以及为什么业内很少有人意识到钢板对生产线的影响。
Nolan Johnson：技术发展日新月异，元器件尺寸越来越小、焊盘之间的距离越来越小、电路板上的特征越来越精细、公差越来越严格、元器件与带有焊膏的电路板之间的界面也在发生变化。作为一家设备制造商，对于目前面临的挑战，你有什么看法？
Stephan Schmidt：我们对组装领域的两个方面会产生影响。一方面是用于分割PCB的设备，因为PCB产品位于高度微型化的前沿。这类设备用于应对那些无法用传统技术（如铣刀、走刀或手动分板）加工的元器件和电路板。如果小型元器件需要较严格的公差，就完全无法通过传统机械分离方法来实现分板了。
我们对钢板制造领域也会产生一定影响，我们生产可切割SMT焊膏钢板的激光系统。这类钢板的质量比以往任何时候都重要。由于PCB的公差是实际公差，只会受到电路板买方的合理影响，因此钢板质量不能对PCB产生任何影响。
特别是SMT元器件变得越来越小，焊膏需要施加在合适的位置，避免形成短路或桥接，而精确的钢板会发挥重要作用。之前与我们合作过的一些制造商对此有过深入的研究，也非常了解相对较便宜的产品（例如常规焊膏钢板）对其制造良率的影响。
一旦他们对此有所了解并知道了钢板的重要性，就决定只能采用达到一定质量要求的钢板，这会使制造工艺产生大不相同的结果。他们意识到，用高质量机器生产出的钢板与已经使用了20年且超出校准范围的机器制造出来的钢板相比，差别巨大。这并不是说常规钢板成本能够节省10美元的问题；而是意味着购买高质量工具用于可靠生产，能够为生产工艺节省成千上万美元。
Johnson：既然你们有目前产品需要采用的激光技术，那你们是否提高了设备精度？还是说你们已经能达到必要的切割精度？目前有哪些难点？
Schmidt：切记，我们并不出售钢板，而是我们制造的设备将会用于钢板的生产。长期以来，很多买家并未充分了解钢板对其制造工艺会产生多大的影响，大量钢板生产厂面临着价格的巨大压力，导致生产商在钢板售价上展开了激烈的低价竞争，毕竟钢板成本也只有200美元至500美元，且地域不同，售价不同。
很多钢板制造商并不一定具备必要的研发能力来让买家相信钢板的质量会对工艺产生多么大的影响。但我们已经发布了一些白皮书，帮助钢板买家了解对钢板质量产生影响的因素。
Johnson：除了那些专门生产钢板的制造商，是否有其他制造商因此而开始将钢板转为公司内部生产？
Schmidt：是的，我们遇到过一些类似的情况。我惊讶的是，这样的制造商并不多。我能想到的唯一理由，就是EMS公司并没有意识到正确处理这类问题的重要性。如果我负责像钢板这样重要的工作，我希望能完全掌控这个在工艺流程中起着如此重要作用的印刷工具。在质量可控的生产环境中制造钢板，并不会耗费很大财力。但也有一些公司意识到了这一点，于是将钢板转为公司内部生产。而其他公司则继续在市场购买钢板。
Barry Matties：他们为什么不选择在公司内部生产钢板？遵循的是什么逻辑？
Schmidt：很多情况下是出于对价格的考虑。在这个行业，有些EMS公司认为从市场中买来这些产品，用起来也没什么问题。关于钢板为什么能够很好地发挥作用或是无法发挥作用，人们并没有展开过大量研究，所以有些公司就继续选择购买的方式，但这种做法是很令人吃惊的。在这样的行业中，你会认为人们想对这些制造工艺中用到的工具实现端到端控制，从而严格控制整体产品质量。
Matties：如今，采用设备应该是很简单直接的。
Schmidt：没错。设备都易于使用。在使用现代设备时，你可以把一片金属板放在框架里、选择原理图后按下按钮，就可以生产出一块钢板了。你在任何地方都能轻松获取到所有信息。
Johnson：他们在外包这项生产任务时已经把钢板价格加到了客户购买价格中。你可以使用公司内部的工具做同样的事。
Schmidt：没错。大多数EMS公司都认为自己并没有充分使用钢板，使其物有所值。他们可能将在公司内部生产钢板的成本与从专门生产钢板的工厂买钢板的成本相比，而后者因为是专业生产工厂，所以成本要相对低一些。与此同时，他们可能会不再全面监控整个质量，而是选择外包，但这样就会在质量控制过程中出现缺口。
Matties：与亚洲相比，这更像是北美地区的区域性战略吗？
Schmidt：这属于一种全球性的状况。在有些领域中，EMS公司会在内部生产钢板，但大多数公司还是会继续选择在公开市场购买钢板。随着微型化程度越来越高，对工艺制程中可控公差的所有细节进行全面控制，比以往任何时候都更重要。
Schmidt：没错。当钢板不到位或因各种原因需要重新切割而导致SMT生产线停机时，会付出相当大的成本，而内部具备这些工具就可以避免这类损失。
Matties：你们在出售工具的同时，是否会给制造商潜在的钢板利用提供建议或者说寻找钢板供应商的买家是否想听取你们的建议？
Schmidt：大多数情况下，我们是把工具出售给钢板供应商和钢板工厂。通常情况下，EMS公司把钢板转为内部生产并想了解这项技术时，会有兴趣听取建议。他们通过咨询有哪些部件是可以控制的，以及这些设备的适当工作环境。
Happy Holden：这些供应商用激光切割钢板，一般周转时间是多长？
Schmidt：钢板供应商通常都是本地企业，大多数钢板都是到最后才进行切割。他们从EMS公司那里得到信息，当天就可制作出钢板并发送给客户/用户。这么重要的环节为什么不去提前规划？为什么到最后一刻才去完成这项任务？这有可能导致钢板质量低于标准水平。
Matties：我还是对那些公司选择不在内部生产钢板的行为感到吃惊。
Schmidt：有可能是买家在其他事情都落实以后才想起钢板。有时候人们会想，“生产线上的其他环节都已经就位。我们还需要有钢板，那我们就赶快订购钢板，因为当天就能送达所以不用太担心。”
Matties：如果他们有自己的生产设备，可能每个月会生产更多的钢板。
Schmidt：没错。设计钢板和维持质量控制涉及到电子制造工艺的很多细节。但看到一些OEM或EMS完全没有注意这些细节，还是令人很吃惊。有些成功的公司了解钢板对质量的影响，会把注意力放在这上面，并且要求其供应链要达到相应的质量标准。
Matties：在切割钢板时，是否存在不同的方法来决定切口的几何形状？还是说只进行一次切割，形状都一样？
Schmidt：在几何形状方面，重要的是切割钢板的系统要遵循严格的公差以保持精度。正如我之前所说，很多线路板最初的公差较宽松，设想一下再加上钢板系统带来的额外公差，对于那些非常小的元器件，要改在焊盘旁边印刷焊膏那是难以保证质量的。
Matties：间距越来越细，可能不久之后钢板就会成为问题，我们会看到越来越多的EMS公司要把钢板生产转移回公司内部。
Schmidt：随着人们对钢板重要性的认识不断增强，我们预计将会看到公司在内部——控制良好的环境中生产钢板。大型EMS公司具备这样的生产能力，而且他们也意识到了制造过程的重要性，所以他们不会让问题有出现的机会。在公司内部配备钢板切割系统可以保障每一次都能得到同等质量的产品。
Matties：而从供应商那里购买钢板的价格也一定是相当实惠的。除非购买钢板的价格非常高，否则没有动力不去采用这种方式。
Matties：你刚才提到有些EMS公司每周会切割一块钢板。对此你们有什么建议？
Mirela Orlowski：如果你每周只需要用到一块钢板，那就不需要在公司内部配备钢板激光切割系统。这种情况下，你可以和钢板供应商合作。但如果你需要用到大量的钢板，在内部配备整个工艺流程就比较有意义了，因为可以节省成本并实现端到端的制造工艺控制。
Matties：你们回报率矩阵上的交叉点在哪个位置？
Schmidt：这要取决于买家支付的准确成本，但通常是每天生产3块至5块钢板的情况下，会让这种成本模型正常发挥作用。如果他们去查看关于生产钢板的所有各种成本，就会发现成本其实立刻就会有改善。
主要由两部分组成：一是EMS或OEM购置自用设备的ROI，但第二个问题更令人担忧并且需要行业加大科普力度，即人们是否在一开始就意识到高质量钢板的重要性。即使一家公司每周只购买几块钢板，他们可能并不需要购买相应的制造设备，但他们应该去了解与其利益戚戚相关的钢板制造方式及标准。
Johnson：即使你不想在公司内部生产钢板，也应该确保自己很了解钢板供应商所做的工作。
Schmidt：没错。当你叫一辆Uber的时候，你肯定希望遇到称职的司机，而不是那些上周才拿到驾照并且还没给车上保险的新手司机。作为消费者，我们应该对自己使用的服务有所了解，对钢板买家而言，能够了解整个制造过程至关重要。现在人们把重点放在了价格而不是质量控制上，这是很令人吃惊的。
Johnson：EMS服务商应该问钢板供应商哪些问题？
Schmidt：首先应该问钢板供应商质量公差，然后问他们使用的是哪种设备，因为很多钢板供应商有各种不同的系统。如果我是买家，我想确保我的钢板一直是按照特定质量标准使用某个设备生产的，因为不同系统生产出的钢板质量水平不一致。
第二个问题就是数据管理方式。在将数据传输给供应商进行“优化”后，EMS公司是否可能会对其产生影响？还是说EMS公司始终控制着数据，钢板供应商不会更改任何数据？EMS公司应该去了解这些与其利益相关的事情。
Holden：你们有没有一种设备是既可以用于分板又可以用来切割钢板的？
Schmidt：没有，分板和切割钢板是两种完全不同的工艺。钢板是生产线起始端使用的工具，而分板机则安装在组装生产线末端。尽管都是使用激光器，但方法不同。
Holden：如果同一设备能够同时完成两种加工就好了，在工艺流程的前端用于钢板，终端用于分板，那设备的使用率很高，投资回报率相应也高。
Schmidt：没错。但我们遇到的问题在于激光技术是非常有针对性。其中熔喷工艺用于切割金属板，烧蚀工艺用于分板。这就像是电锯和削皮刀，虽然都可以用来切割东西，但为了能够在各自应用的领域发挥出最好的效果，要针对具体的目的进行不同的设计。
Johnson：材料领域现在正在经历很多变化，这些变化给你们带来了哪些挑战？
Schmidt：从材料领域来看，是有很多新材料面世，但激光器可以很好地处理这些材料。不论是材料还是尺寸，对技术的要求都越来越高。例如，要处理预先铣切的材料，如果器件尺寸非常小或者板上有很多传感器，那就很难切割拼板上的连接桥（breakout tabs）。如今，越来越多的设备上安装了传感器。不能再用蛮力分割拼板，而需要用更温和的方式，不能有太多副作用。公差也是极重要的因素，因为不符合公差会导致小部件装不进小外壳。
如今PCB的生产标准已经达到了10年前我们无法想象的极致水平。现在材料领域正在经历很多变化，特别是RF和无线通讯领域，而激光技术正好对应。我们可以用不同的激光器应对这些材料变化，因为并不是每种激光器都是全能的，各种激光器都有自己的优缺点。我们可以谨慎地用不同的激光波长和脉冲长度来处理不同的材料。
Matties：对于一般北美的EMS工厂在公司内部使用激光切割技术，LPKF是否就其投资回报率ROI展开过调查？总体来讲，你们有哪些发现？
Schmidt：我们在这方面做了大量的工作。有几件事很有趣，我们在这方面遇到的情况和在钢板上遇到的情况有一点相似。针对直接的ROI，对比电路板的拼板，其分离方法是取决成本多少的因素之一，也是关注的重点。一把钳子或者激光切割设备，后者在这个方面并不一定能展现出较高的性价比。
但如果你去比较良率，就很不同了，再加上考虑环境管理因素时，就更有帮助了。例如，当使用铣切系统或锯子的时候，在减轻车间浮尘方面所做的工作和花费的成本是相当大的，不仅是为了保护工人，也是为了保护敏感元器件——尤其是容易被浮尘影响的电路板上的光学传感器或其他传感器。
另一个因素就是震动。使用暴力的方法将高度敏感的电路板从拼板上撬下来，这种做法会让电路板因震动而导致严重的良率问题，尤其是有大量传感器的情况下。计算ROI时也应该考虑到这些情况，此外还应考虑速度，现代分板激光系统和机械铣刀系统不相上下。十年前，激光技术还只能在精巧的应用中使用，也就是无法用其他方式切割的薄电路板，现在和那时比起来可谓是向前迈了一大步。
如今，激光技术对主流应用更有吸引力了，因为使用这种技术加工的产量和使用机械分板方式的产量旗鼓相当。与此同时，激光技术加工的良率要远远高于机械分板，并且还避免了工厂车间内严重的浮尘问题。
Holden：你们的激光技术可以对电路板进行微型机械加工吗？
Orlowski：现在会越来越多遇到这样的应用。激光作为工具——特别是用于分板操作的激光和波长——其好处就在于可用于多品种小批量生产。通过调整机器参数，不仅可以使用同一款工具轻松加工不同类型的材料，还可以轻松使用同一款工具处理不同的应用，比如切割、钻孔和创建槽腔等。这是激光系统的优势之一，特别是在材料和应用都是多品种小批量的北美市场中。和机械加工方法相比，这是激光技术的一大优势。
Johnson：你们的设备如何适配CFX Hermes数字工厂的基础设施？
Schmidt：我们的设备可直接与生产执行系统集成，特别是针对分板操作。我们能用激光设备读取数据代码或条形码，甚至可以在电路板上写条形码。也可以对拼板内的某一块电路板进行分板处理。例如，如果特定的某一块电路板在进入分板处理阶段之前就已经被判定为无法正常使用，那就可以自动跳过这块电路板以节省生产时间。我们的工艺可完全集成到现代生产执行系统的环境当中。
Johnson：这是我之前没有考虑到的应用。你可以将失效的电路板留在拼板上，甚至都不用去管它们。
Schmidt：没错。这一切都是为了提升效率。在医疗制造领域，很重要的一点是我们能够收集到完整的切割数据，这样一来就可以追踪到具体是哪台机器切割了哪块电路板，以及使用了多大的激光能量等。
Orlowski：如果切割的每块拼板上也许有300个至400个部件，那么避免切割已坏的部件可以在产量上提升效率。如果拼板上部件数量非常多，那么能够跳过失效电路板的功能就变得十分宝贵了。
Schmidt：公差是非常重要的一环，同样重要的还有基准点识别或者是总体定位系统，尤其是在分板操作中。大量电路板都会经过预铣切处理，这就意味着已经具备经过了光刻处理和化学蚀刻的原理图。然后有机械铣刀系统做出的铣削通道。这是两个完全不同的平台，分板机器必须要平衡好这两种不同平台规定的公差，从而得到最佳效果。你想得到一个外部尺寸切割得当的电路板，但也要确保没有小片留在连接桥，以使小部件适合具有挑战性的外壳或包装。分板系统具备优质的光学定位系统来查看电路板上的原理图和机械预铣切部分非常重要。
Orlowski：我想再次强调的另一点是，市场仍然需要更加了解分板可使用的激光工具。我们还是经常会碰到一些公司认为分板工具仅可用于薄的挠性电路。这只是Stephan刚才提到的十年前的情况，这些年来，这项技术已经得到了飞速发展。目前，分板激光技术最常用于标准的62 mil FR-4电路板，很有必要让人们知道的一点就是，激光技术已经由来已久，现在可针对各种材料和厚度进行分板或钻孔处理。
Schmidt：鉴于激光分板还刚刚起步，并不像铣削或注塑成型技术这样为人们所熟知，而且很多公司之前用廉价的大功率CO2激光技术烧蚀电路板进行分板，这种做法让很多人因此对激光分板技术产生了不好的印象——认为这种技术污染重、成本高，不适合所有应用。因为早先使用这类技术的人都是使用CO2激光器，效果非常糟糕，也就不奇怪为什么有些人会对激光分板技术全盘否定。
但在过去的几年里激光技术发生了根本性的变化，现在已经能满足清洁和高精度要求，特别是对于小部件。在处理较厚的电路板和切割较长的线路时，使用这种技术的性价比非常高。现在很多应用都是用激光器切割整块电路板，所以再也不需要预铣切了。这也给拼板节省了空间，举个例子，机械铣刀的刀头直径是8 mil，而激光光束的直径要比这个尺寸小很多。把所有部件都放到同一块拼板上然后用激光处理，可以节省很大的板面。需进一步认识到，激光现在已经不像早些时候那样用于穿透电路板，已经实现了飞速发展。
Matties：在过去几年里，你可能已经见证了很多改变。对于未来激光技术的发展，你怎么看？
Schmidt：激光技术会更快、更清洁、更温和、更精确。目前实验室已经研发出了完全不同类型的新激光器。未来10年，可能会以相对合理的价格将新型激光器应用于制造系统。我们看到市面上已经有价格合理的短脉冲激光器，而5年前没有公司能负担这种设备。如今，这项技术已经不太昂贵，而且可以根据不同需要提供不同水平的加工质量，这是我们在过去使用其他激光技术所不能实现的。激光领域会迎来更大的发展。
Matties：你说激光技术的生产效率和机械加工势均力敌，但在环境和其他因素方面的优势则让激光技术成为了更好的选择，比如精确性这个优势。
Schmidt：没错。我们实现了更严格的公差，相比机械加工时受到的影响（例如震动），这项工艺也更加温和，污染程度也更轻。很多制造商都忽视了污染物这一巨大因素。他们只关注良率，通常并不能意识到其实可以用激光技术操作从而避免清除浮尘来实现良率。如果一开始就可以避免产生灰尘污染呢？
Matties：如果加工速度相当甚至还要更快，那为什么还不尽快使用这项技术？
Orlowski：现在的趋势有所改变，因为制造商意识到激光技术的加工速度已经和铣刀加工的速度不相上下。改为激光技术之后，再也不需要在加工流程完成之后清理电路板上的毛刺。说回ROI，不应该将铣刀的价格和激光设备的价格进行对比。相反，你应该将铣刀的成本、治具成本和加工后的清洁成本与激光设备的价格进行对比。这两者还是有很大差别的。
Holden：我们一直在发表有关新型高密度结构VeCS的文章。它不需要孔，而是利用一道沟槽，利用侧壁和台面连接到内层。他们还是使用机械铣刀，但如果恰当使用激光技术，精准度和效率都要远远高于机械铣刀。
Schmidt：是的。激光技术可以选择性地加工不同位置，分辨率也更高。
Matties：激光对行业的影响范围是很大的，这种影响会通过各种方式持续显现。
Schmidt：激光的用武之地很广，但采用激光技术往往具有特殊目的，所以通常是专用型。而适用于一切的通用型情况已经不复存在，而且也不可能再次出现。
Orlowski：因为激光技术能带来更好的结果。这才是关键所在。
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