必须重视提升生产设备的等级和地位

林金堵

本刊名誉主编

在现代成熟而先进的产品都需要采用先进的生产技术和设备（含仪器等）相结合才能实现。例如PCB随着生产的产品高密度化、精细化和高速高频化信号传输的发展与进步，不断把科技知识和生产技术逐步“融入”到生产设备中，使生产设备不断地升级或转型换代，其作用越来越重要，其地位也越来越突出，比重（作用、质量和成本等）越来越大，已经由过去“七分技术三分设备”向“三分技术七分设备”转变,或者说是一代设备一代产品的时代。产品的升级或转型换代，迫使生产设备升级、提高档次和比率越来越突出而重要，甚至要依靠生产设备或完全依靠生产设备才能完成。

1 相关的技术定义

在评述生产技术和生产设备关系时，必须理解科学技术、生产力是第一生产力以及生产技术、设备和工艺等的含义和互相之间的联系。

1.1 科学技术

科学技术（又称科技）的提法是把科学研究与技术研究连在一起的说法，本质上科学研究与技术研究是有区别又有联系的[1]。科学研究主要是发现和整理“知识”的研究，而技术研究是综合利用“知识”的研究，或者说科学研究是解决“理论”（探索未知）研究，而技术研究是解决实际或运用问题，它包括生产技术、生产设备还有生产工艺等内涵。关于科学和技术之间的关系，在《科学与技术的含义和区别》一文中已阐述[1]。

1.2 生产力

传统的说法：生产力是经济体利用土地、劳动力、资本和技术等可用资源进行生产的能力。而目前的经济学家认为，生产力是科学技术与生产力的各要素而综合的结果。科学技术不仅是直接生产力，而且科学技术将渗透到各种生产力要素中并起作用。如果掌握了科技知识的劳动力其劳动生产率就会提高，同理，具有高科技知识的生产工具必然带来高的生产率或高价值的质量产品。

1.3 科学技术是第一生产力

从生产力=科学技术（劳动力＋劳动工具＋劳动对象＋生产管理）的关系中得知，生产力是科学技术与生产力各要素乘法之和，因此科学技术是生产力中第一位的。现在的研究表明，科学技术已经成为当代经济发展的决定因素，高科技及其产业会促进大幅提高劳动生产率。在当代产品中的科技含量高度密集时，将极大提高产品的商业价值，这表明产品的科技越高，其创造的产品价值越大。

1.4 生产技术

生产技术又称工程技术或工程应用技术，这是科学知识和技术研究成果用于实际应用的技术。如：PCB中的激光钻孔就是利用光学知识中光束用于钻孔生产技术上，目前又通过“热传导”理论研究得到采用“飞秒激光技术”，可得到完美的孔尺寸和表面；利用电学理论、化学和流体力学知识等研究而得到的孔金属化、电镀、电化学蚀刻等的生产技术等。

1.5 生产设备

生产设备是指在生产过程中为生产工人操作、能改变原材料的属性、性能、形态或增强外观等价值所必需的劳动资源或装备仪器，如PCB生产过程所用的数控钻床、层压机、各种湿法处理设备等。生产设备（含仪器）的质量和先进性将影响产品等级、精度、产量、生产率和价值，生产设备是固定资产，其价值消耗是在生产过程中转移到产品价格上。

1.6 生产工艺

生产工艺是根据产品要求和生产技术与生产设备等综合的生产流程与方法，或者说，生产工艺是企业生产产品的总体流程的方法，包括工艺规程、工艺参数、工艺配方等的操作方法，也可以说生产工艺是生产工人利用生产设备和工具对原材料、半成品等进行加工处理而形成产品的技术、工作和方法。生产工艺将决定着产品的质量、等级、产量、生产率和价值，相应的生产工艺将要求有对应的生产设备或生产工具。

2 生产技术和生产设备之间的关系

生产技术和生产设备都是科学知识转化的产物结果，它们之间既有联系又有区别，它和是相辅相成的辩证关系。随着产品质量和等级的不断提高，生产设备所起的作用和影响将越来越突出重要。

2.1 生产技术和生产设备是辩证的关系

在我们制造产品过程中，最重要的是拥有成熟而先进的生产技术和生产设备。生产技术和生产设备是有区别的，前者主要是以软件形态出现的，而后者是以硬件形态而存在的。当今生产的任何产品都是生产技术和生产设备（含仪器等）相结合的产物，生产技术和生产设备存在着辩证关系，谁也离不开谁随着生产的产品高密度化、精细（微小）化和信号传输高频高速化等的发展，生产设备的重要性（作用和地位）也越来越重要。生产产品的不断升级和高端化，科学知识和生产技术迅速“融合”到生产设备中，使高端产品更需要依靠高端设备才能完成。如高端的飞秒激光钻孔机，就是把光学知识、燃料箱知识等形成的生产技术而融合到生产设备中，从而控制光束钻孔时间和光能的，可获得非常完美的微孔结构！

2.2 生产设备越来越突出而重要。

自从PCB诞生以来，先后经过了手工操作生产、手工为主设备为辅生产、设备为主手工为辅生产，而如今已走向半自动化生产和自动化生产、智能化生产。

我国20世纪50年代初期，最早的印制电路板是由手工在铜板刻成线、盘等，然后粘贴在绝缘的板上而成；逐步走向采用手工画图（抗蚀漆）覆铜板上、手工蚀刻形成图形、人眼检查等来完成；手工画图、照像形成底片，覆铜板手工擦板、涂覆抗蚀剂、曝光即曝光，手工蚀刻、手工钻孔、人工检查等形成线路图形；采用独立的生产设备（裁板机、数控钻孔机、贴膜机、曝光机、显影机、化学蚀刻机、孔金属化线、电镀生产线、电气检测机等）制造PCB产品。这些PCB生产设备改造创新连接起进入半自动化或自动化生产PCB产品，今后应是PCB企业进行“数字化转型”进入智能化生产。PCB的生产和发展过程，充分表明了生产设备越来越重要，这些智能化设备也是高科技融入的产物，高端的生产技术最后是要发展成为智能化生产的生产设备。

3 生产设备的地位和升级越来越突出而重要

3.1 高端化、精细化产品生产越来越依赖高端设备

IC集成度关系到计算机、电信（讯）设备、大数据、云计算等的发展和性能等级和地位问题，发达国家（特别是美国）和我国都在大力投资发展，目前要提高IC集成度问题的瓶颈（关键）是高端光刻机设备。

生产极大规模集成电路（ULSI）或G级大规模集成电路（GLSI）必须采用7 nm或5 nm的光刻机才行，而我国只有生产90 nm的光刻机，目前全球能生产7 nm和5 nm的光刻机只有荷兰的阿斯麦（ASML）公司。2018年我国曾定购一台，后在美国施压下解除了合同。而日本最高的14 nm的光刻机不肯出售。我国台湾地区的台积电买有7 nm的ASML的光刻机，华为手机设计的芯片“麒麟980”技术是台积电的7 nm光刻机制造的。从中可看出高端（关键）设备的作用和意义。

3.2 目前影响PCB产品高端化、精细化等主要因素是生产设备

目前和今后提高和发展PCB产品性能、质量和生产力将越来越依赖生产设备的创新和升级。

（1）影响微孔或精细微孔的加工的主要因素是激光钻（蚀）孔机。

对于微孔（小于50 μm）的加工制造：（1）如果还是采用数控钻孔，不仅钻孔的质量（粗糙度、孔位和尺寸等）达不到要求，而且钻孔的生产率和成本等就高多了；（2）如果采用微秒级激光钻孔，由于导热烧蚀会引起“倒锥形孔”、孔壁结瘤、甚至孔底分层（起泡）等而带来孔质量或低等级；（3）如果采用飞秒（或皮秒）级激光钻孔，由于激光束冲击时间极短、来不及进行热传导，不会存在“热传导损烧伤”问题，可得到孔的尺寸精确、孔壁清洁、粗糙度低等十分理想的孔形（见图1），可以直接进行孔金属化。

（2）影响图形转移精细导线尺寸与位置的是曝光系统

图1 不同激光设备加工得到不同的孔质量效果图

对于生产高端PCB产品，如封装基板等微米级精细导线等，采用照相底片很难满足高密精细图形要求。采用激光直接成像设备光束是垂直和直接照射到感光膜上，没有“散射光存在”和“底片材料”厚度造成折射光的干扰，可获得更精准的图形，尽管生产力低些，但等级和效率高，胜任高密精细图形要求才是第一位的。

（3）影响精细导线（体）蚀刻因素主要还是蚀刻设备

对于PCB要求尺寸精确、粗糙度低的精细导线，采用传统化学蚀刻工艺，很难满足高频高速电路的要求。采用电化学蚀刻技术工艺，可得侧蚀因素（子）大（≥8 μm）、粗糙度小（≤0.5 μm），可以明显提高高频高速电路的信号传输完整性。与前面的激光直接成像（LDI）一样，电解化学蚀刻的生产力低些（今后可从电解参数和化学品类型不断改进来提高生产力），但是对于提高高频、高速导线、图形的等级和性能保证才是第一位的。还可以举出更多的例子来说明。总之，PCB 的发展历史告诉我们，随着产品等级、地位和生产率的提高与升级将越来越依靠生产设备，可以说是“一代设备成就一代产品”。同时，还要看到，随着数字化转型、智能化程度提高和完善，生产技术与生产工艺等将会转换、融入到智能化的生产设备中，或者说生产产品的发展未来完全是由智能化的生产设备来担当！