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解決PCB舊設備聯網問題 PCBECI導入成效超乎預期
為實現智慧製造，生產設備聯網是必要的前期工作，但工業生產所使用的機台往往有很長的使用壽命，如何讓已經在現場運作多年的老設備升級為聯網設備，一直是許多製造業者所面臨的問題。台灣電路板協會(TPCA)與國際半導體產業協會(SEMI)自2018年起，共同推動PCBECI設備聯網標準，並在經濟部工業局的政策支援下，立下2020年在20家中小型PCB板廠，100台PCB製程設備上導入PCBECI標準的目標，如今專案執行已告一段落，除了有20家中小型板廠導入之外，生產線上採用PCBECI標準的機台，也達到105台，超過原先制定的目標。
台灣電路板協會(TPCA)近日舉辦PCBECI設備聯網示範團隊的專案成果發表會暨智慧製造論壇，經濟部工業局電資組的呂正欽副組長也蒞臨見證團隊的執行成果，並讚揚PCB整體供應鏈為台灣電子產業的基石，藉由系統整合商與專用設備團隊的努力，大大提升整體產業的競爭力與重要性。
PCBECI設備聯網示範團隊的成軍，來自透過TPCA與資策會團隊合作，在協會平台探討出關鍵製程與團隊結構，促成由系統整合商沃亞科技主導，與國產四大主設備製造商志聖工業、東台精機、群翊工業、揚博科技串連合作。團隊2018年時獲經濟部工業局政策支援以協助台灣的20家中小型PCB企業，順利完成105台舊有設備升級智慧聯網功能。
在此專案中，沃亞科技扮演系統整合商(SI)角色，原本專注在半導體跟面板設備整合的沃亞，為了服務PCB產業，甚至另外設立子公司沃智科技，以便為PCB產業提供更完善的系統整合工程服務。沃亞科技經理方鴻文表示，此一專案過程雖然艱辛，但也意義重大，它標示著台灣PCB產業的打底固本，藉由共通的設備聯網標準PCBECI的導入關鍵製程，透過整合性解決中小型企業內舊設備聯網各種複雜問題，開發出適合PCB設備統一標準的解決方案，進而發揮出關鍵站別中資訊流串連的綜效。此計畫同時也挹注資源，協助本土代表性的設備商，開發新設備智慧化升級技術，如設備預知保養，除了降低設備商與客戶的維護成本外，也進而提升產品良率，為客戶創造更大利益，大幅提升台灣板廠與設備產業的國際競爭力。
除了沃亞之外，其他參與此一專案的設備商，還包含東台精機、志聖工業、揚博科技與群翊工業。這四家台灣本土設備製造商，分別在PCB的鑽孔、曝光、蝕刻與乾燥製程設備市場擁有領導地位。而這些製程正好也都是PCB產業的核心製程。透過SI與設備商的通力合作，此一示範計畫已順利達標，但接下來要如何讓這些聯網設備為PCB板廠創造更高效益，例如實現設備預防性維護、導入人工智慧(AI)等，將是團隊日後要繼續努力的方向。
沃亞向PCB產業界介紹其專為PCB廠設計的戰情系統
成果發表會上除了團隊的專案報告外，也邀請到三家參與計畫導入的PCB廠商--龍懋電子、凱喬線路、喬旋精密分享期間困難突破、擴充彈性與成果效益，如中小型板廠在所擁有的資源有限下，所面臨的困境、效益評估、分工合作、以及如何滿足板廠對於未來擴充PCB智慧製造應用的期許。同時，聯盟團隊廠商也在現場擺設攤位與參加者進行面對面的互動，透過機聯網戰情室的實際操作情況，把兩年珍貴的實戰經驗擴散分享給全體產業。
2019年全球PCB產值小跌 5G或成產業強心針
受到終端需求下降，加上匯率貶值影響，2019年全球電路板產值為683億美元，較2018年691億美元微幅衰退-1.2%。手機是電路板最主要的應用出海口，在手機出貨連續第三年出現衰退，且衰退幅度高於前二年的情況下，整體電路板產值卻能維持平穩，5G前期基礎建設是一大關鍵。雖然新冠肺炎打亂了5G的進展，但全球電路板產業前四強，台、中、日、韓仍各自在5G競局中拼搏，等待疫情結束後的曙光。
據台灣印刷電路板產業協會的分析報告指出，中國電路板廠商在2018~2019的全球市占率從23.0%成長到26.5%，是2019年市占率唯一成長的族群，產值成長率達13.9%，其中最大關鍵就是5G基地台拉抬相關電路板供應商的高度成長。而從去年起，雖然美中貿易戰發起抵制華為行動，但以目前全球各國採用華為設備態度，華為在5G時代的市占率仍有成長的空間。
除了華為之外，許多大陸5G基礎設備也多採用如深南，方正，博敏，深聯、崇達等大陸電路板廠商產品，對於帶動中國電路產值有很大的助益。除此之外，中國在5G基礎設施供應鏈完整，同時當地的電路板材料廠商逐步實現材料自給化，中國的PCB產業已串起一條龍供應鏈。雖然全球現階段仍處於防疫控疫階段，但中國政府仍不斷加碼5G基礎建設與強推5G內需，有國家政策當助力，讓中國大陸在5G競局更是如虎添翼。
相較於台、中、韓在全球市占率的穩健，日本電路板2019年海內外總產值為118.2億美元，在2018~2019的全球市占率從19.1%下滑到17.3%，成為全球各國產值衰退最大的族群，衰退達10.4%。
從日本電路板產業的產品布局來看，日本軟板公司為了避免手機應用激烈競爭下，侵蝕到公司的獲利水準，而採用去手機近汽車、機器人、生醫等新興應用的策略，成果如何仍待觀察。但可以預期的是，在5G競局中，相對前期基礎建設及5G智慧型手機電路板商機，日本廠商更著重在5G普及後的各式新興利基型應用、如機器人、感測醫療。
另外，由於日本在材料端厚實的商業競爭力，未來5G環境下材料在電路板將扮演更重要的決定性角色，像是Panasonic、Hitachi Chemical均在高頻/高速材料端已有完整布局，包括載板、硬板及軟板都有相對應的材料，Murata、Kuraray、Kaneka各自在軟板材料進行開發，Mitsubishi Gas Chemical則是以BT發展高頻載板需求，以目前日本廠商在電路板 5G材料布局來看，無疑是全球最完整並具競爭力的國家，也讓日本電路板產業仍有放手一搏的機會。
韓國電路板產業在近年表現雖不算特別突出，但受惠於國產品牌的加持，仍維持一定的市占率，2019年海內外產值92.2億美元，成長率-4.8%，然而韓國電路板主要廠商之一的LG Innotek因著眼於HDI市場競爭愈趨激烈，決定在2020年中正式退出PCB市場，SEMCO也退出在中國HDI的生產，所遺留之缺口是否能由其他韓廠全數承接有待觀察。
至於在5G競局的布局，三星在5G以毫米波28GHz為主要發展方向，藉此區隔華為以Sub 6G為主力的布局，預估將和Nokia及Ericsson爭奪歐美及日本市場。而以韓國電路板廠商的產品布局，初期基地台建設所能帶動的商機有限，但後續智慧型手機、或是車載等5G應用，將由韓國三星、LG、現代等品牌串連產業鏈進行團體戰。值得留意的是韓國5G設備的關鍵零組件幾乎皆掌握在日本廠商手中，日韓兩國之間貿易制裁發展，勢必將影響到韓國的5G建置。
台灣電路板產業近年受同業競爭加劇，成長依舊持穩，2019年以31.4%占有率站穩全球第一的席位。在5G競局的發展上，台灣具備先進半導體、PCB高階技術製造優勢，如5G基礎建設中所需的晶片、ABF載板、IC載板、多層高頻硬板等高階產品已開始發酵，材料廠商在5G材料亦多有著墨，如欣興、台燿、景碩等廠商近年在台的投資計畫，均紛紛布局5G通訊高階與智慧製造新產能。不過隨著高階產品應用後勢持續看好，競爭者競相切入高階產品生產，可預期市場競爭將加劇，台灣以電子科技的先天優勢，對電路板產業可望帶動加乘效應。
新冠肺炎疫情對全球經濟體的影響尚未停歇，從最初在中國大陸點燃的缺料缺工危機，一路燒到歐美市場，拉起缺訂單警報，不過在疫情燃燒同時，新冠肺炎有別於2003年的SARS疫情監控模式，各國透過數位科技監控疫情發展，已提早預見5G、雲端及AI等『轉機』，如口罩媒合系統、遠端教學、智慧診療、產業風控AI化等未來數位生活情境因此提前啟動，就整體2020年的發展趨勢來看，5G仍舊是帶動產業經濟成長的關鍵動能，待疫情結束，相信5G可以再為全球產業注入一股活水。
電子製造聯展10月登場 展示產業跨界商機
2020年10月21~23日台灣國際電子製造聯合展覽會，將於台北南港展覽1館全館展出，為結合台灣電路板產業國際展(TPCA Show)、台北國際電子產業科技展(TAITRONICS)、台灣國際人工智慧暨物聯網展(AIoT Taiwan)、台灣國際雷射展(Laser & Photonics Taiwan)及台北國際光電週(OPTO TAIWAN)之聯合展覽會。
圖 10月21~23日台灣國際電子製造聯合展覽會，將於台北南港展覽1館全館展出。來源：TPCA
聯展含括電路板、電子零組件、雷射、連接器、光電、系統整合與物聯網解決方案，預期設置近2,500個攤位，搶進5G時代新商機。其中TPCA Show展區規劃SMT表面貼裝專區/ PCB板廠5G /智慧製造成果展示三大主題，同時舉辦國際構裝暨電路板研討會(IMPACT)，探討高速運算世代來臨下，封裝製程與電路板前瞻技術之發展。
TAITRONICS則安排電子零組件及配件/儀器儀表/電池與電源供應器/電機及自動化設備等專區，呈現電機電子產業鏈，並藉由臺灣ICT產業優勢搭配AIoT Taiwan，網羅感知技術、5G網路設備、智慧應用服務相關領域，落實物聯網應用以實現智慧應用技術商業化。展期間將舉辦超過30場論壇及研討會，其中由物聯網晶片化整合服務中心(IisC)與物聯網協會共同舉辦產業論壇，針對晶片、模組、物聯網產品製程提出產業分析及技術解決方案。
今年OPTO TAIWAN展區針對光電產業轉型與跨領域整合趨勢，以車載光電/生醫/通訊/顯示/環保/能源與監控光電等核心科技基礎為重點，並因應5G、人工智慧、AR/VR、遠距醫療、居家監控疫情等需求，特別辦理LiDAR自動駕駛、防疫科技、5G光通訊、Micro LED、矽光子以及量子科技系列研討會，藉由業界跨平台交流，多元展現技術、產品發展及商機媒合。
PCBECI標準正式底定 PCB製造智慧化邁開大步
台灣電路板協會(TPCA)在2019年進行組織調整，正式將智動化委員會設為常設組織之一，同時也啟動台灣PCB智慧製造發展藍圖重新檢視的研究。基於近年來PCB產業智慧製造導入歷程及考量未來挑戰，TPCA、資策會與台經院再次攜手更新「台灣電路板產業智慧製造藍圖」，供PCB產業鏈智慧化投資與升級之參考。
台灣電路板產業智慧製造發展藍圖框架，是以應用層次和發展里程為基底，建構各智慧製造應用發展進程。在應用層次架構上，依序可分為智慧設備、智慧生產與智慧營運三大面向。每個應用層架構中，依應用的發展進程，分為聯結化(數據擷取與整合)、可視化(數據呈現)、透明化(數據建模與分析)、預測化(數據預測)與適性化(決策支援輔助)。透過矩陣架構出專屬於PCB製造各階段性進程所需建置的能力，以實現短期的產線可視化(M1)、中期的生產智慧化(M2)，以及長期的營運智慧化(M3)之效益。
PCB生產設備互連通訊協定PCBECI正式底定，機台聯網技術瓶頸獲得克服。
在此同時，TPCA另與國際半導體協會(SEMI)努力多年的PCB設備通訊協定標準(簡稱SEMIA3-PCBECI)，也在9月初正式發布。設備聯網標準的統一為PCB產業智慧製造基礎，標準的發布將有效解決眾多PCB設備與製造端通訊不統一的問題，加速PCB產業智慧製造的進展。
回顧PCBECI標準化的歷程，TPCA於2014年發布產業白皮書，基於PCB產品樣態與設備品牌眾多，設備通訊格式不一致是智慧化首要瓶頸，故設備通訊協定統一便於當年設為重要目標。更於2015年達成以遵循於半導體產業成熟的SECS/GEM做為通訊標準的共識，經過六次的專家會議簡化為符合PCB所需的PCBECI(Printed Circuit Board Equipment Communication Interfaces)做為板廠收集生產資料通訊統一格式，也希望能降低設備廠商客製機台協定的成本。
在TPCA與SEMI的合作努力下，2016年在國際半導體協會(SEMI)下於台灣成立自動化委員會，經過嚴謹的國際化標準程序與技術答辯，終於在2018年通過全球技術投票，並在9月成為SEMI的正式標準之一。
過去在爭取標準國際化的同時，為擴大產業認同，承蒙經濟部工業局支持，TPCA促成PCB產業陸續成立的三大智慧製造聯盟，皆以PCBECI貫穿三大聯盟計劃目標(PCB A Team、先進軟板智造聯盟、PCBECI設備聯網示範團隊)做為統一的通訊協定，預計今明兩年可望導入24家板廠部分製程設備具有PCBECI功能。此外，全球百大領導廠商臻鼎、欣興、日月光等載板廠商已在積極評估新廠導入PCBECI。
展望未來，透過領導廠商的導入實績擴散，必能帶動更多追隨者，進而擴大PCBECI的市場需求，吸引更多設備系統廠商投入開發，降低應用成本，TPCA也將持續扮演技術推廣與人才培訓的角色，期待標準應用成熟後，如半導體產業一般成為PCB產業設備標準配備。
PCBECI標準搭橋 電路板產業走向工業3.x
PCB走向智慧製造 通訊標準化是關鍵
TPCA專案經理張致遠表示，台灣的印刷電路板產業普遍都已經進入工業2.0，也就是導入自動化機台的階段，但要在這個基礎上繼續向前行，將遇到許多挑戰(圖1)。
圖1 PCB產業邁向工業4.0的各階段將面臨不同挑戰
目前還在工業2.0階段的廠商要走向工業2.5，也就是打破設備孤島，讓機台彼此互聯、擷取資料，最大的挑戰有二：一是缺乏導入的動機，因為不知道收集好這些資料之後，該如何進一步應用；二則是機台設備沒有標準化的、經濟的通訊介面。有些新一點的機台所採用的可編程邏輯控制器(PLC)，採用的是供應商自己發展出來的專有通訊標準；有些舊機台則只有非常陽春、甚至沒有通訊介面。事實上，很多PCB板廠使用的設備，機台年齡都已達20~30年，比平常操作它的作業員年紀還大。
至於從工業2.5走到工業3.0，甚至進一步提升到工業3.0+，大多數業者所面臨的問題則是缺乏足夠的IT人才。因為在實現機台互聯，取得大量資料之後，業者必須要具備相對應的IT開發能力，才能做好資料整合、分析的工作。有些已經走到3.0階段的業者，下一步要面臨的挑戰則是要建立數據模型分析、預測的能力，同時也要開始思考企業流程改造，以及和外部供應商資料流程整合等更棘手的問題。
簡言之，從工業2.5開始，IT人才、資料科學家對企業營運的重要性會越來越高，同時企業主事者也必須開始思考企業內、外部作業流程的改善。對於缺乏IT相關人才是常態的PCB產業而言，智慧製造是一條漫長且考驗眾多的道路。
但千里之行，始於足下。PCB產業的智慧製造升級，必須優先解決機台聯網的問題，後面才能進一步談資料採集跟分析，最後才能進展到數位決策。也因為如此，TPCA與國際半導體產業協會合作，將半導體機台互聯所使用的SECS/GEM介面標準簡化成適合PCB設備使用的PCBECI標準。
軟/硬板大廠帶頭示範
不過，張致遠也提到，半導體產業花了20年時間，才讓設備聯網全面普及。PCB產業即便可以學習半導體製造業的經驗，也不會在短短一兩年內就看到機聯網在PCB產業全面普及。
也因為如此，TPCA才會與多家設備、系統整合業者合作，推出20家中小型板廠、100台機台互聯的示範計畫，希望藉此點火，讓PCB機台聯網的概念能夠開始擴散到中小型板廠。台灣有數百家PCB業者，其中絕大多數都是中小企業。因此，讓中小企業開始動起來，是讓PCB產業整體向上提升的重點。
至於大型PCB或大型軟板廠，則是扮演領導者的角色。例如2017年TPCA就跟廠商攜手，結合政府計畫，成立了PCB A-Team跟PCB智慧製造軟板聯盟兩個示範性計畫。
A-Team是PCBECI的第一個應用實例(圖2)，由研華、迅得、欣興、敬鵬跟燿華組成，主要是針對單一廠商內部的智慧製造，提出示範性的數據整合平台跟解決方案服務平台，包含產線動態排程、良率預測、設備監診與預防性維護等應用，展現出PCB製造智慧化的一個可能發展路徑。
圖2 針對硬板生產所設置的PCB A-Team示範團隊
軟板聯盟則是以跨企業的資訊整合為主，由嘉聯益、聯策跟柏彌蘭金屬化三家廠商參與(圖3)。其中，柏彌蘭金屬化是嘉聯益主要的原材料供應商之一，其所提供的原料對嘉聯益的軟板製程良率會產生影響，但因為每批原料在特性上多少都會有些差異，因此嘉聯益的生產線必須因應來料的特性調整生產參數。三家廠商藉由開發智慧預處理技術與建置跨公司聯網平台，實現了製程參數動態調整，讓產品良率明顯提升了50%；當良率下降需要排除狀況時所需的時間，也縮短了50%，從而讓相關業者得以藉由智慧製造技術擺脫競爭者的威脅。
圖3 針對軟板生產所設置的PCB智慧製造軟板聯盟
上述兩個示範性計畫是從工業2.5走向工業3.0、甚至工業3.5的領導計畫，目前執行起來的效益相當顯著。因此TPCA相信，很多中小型板廠可以藉由這兩個由大廠帶頭執行的計畫，對自家的智慧製造產生更具體的想法跟目標。
智慧製造開始向中小型板廠擴散
而為了推動智慧製造在PCB產業進一步擴散，TPCA號召多家設備廠商與系統整合業者共同成立設備聯網示範團隊，將協助台灣中小型20家板廠做100台設備機聯網IoT升級。經過1年籌備，PCBECI設備聯網示範團隊於2019年2月21日正式啟動。
示範團隊是由沃亞科技、志聖工業、東台精機、揚博科技、群翊工業共同組成，並在工業局楊志清副局長蒞臨見證下，宣示以共同的PCB設備通訊協定協助台灣中小型板廠做智慧製造升級，並在政府支持下，強化本土設備商之技術研發能力，進而穩固台灣在全球PCB領域之領先地位。
PCBECI是TPCA與國際半導體產業協會(SEMI)共推的產業標準。因為PCB製程繁複，設備種類繁多，為解決底層設備溝通的問題，因此有PCBECI的產生，並在台灣本土設備商率先採用下，以示範團隊形式做產業的扎根推廣，於此同時，團隊在2018年更獲政府計畫支持，加速協定的普及。
整體來看，目前PCBECI四家設備廠商(志聖、東台、揚博與群翊)所推出的智慧型PCB製造設備，除了最基本的機聯網功能外，多還將資料可視化、設備監診及配方/製程參數中央管控列為主打功能。由此也不難看出，PCB的智慧製造設備要解決的問題，輪廓已經越來越明晰(圖4)。
圖4 目前PCB板廠在曝光、鑽孔、蝕刻與烘烤製程所遇到的問題。
台灣電路板協會梁茂生副理事長指出，機器聯網收集資料象徵PCB智慧製造正在打通任督二脈，也希望透過此次計畫能建立有效且具效益的商業模式，未來能很快地在PCB業界複製擴散，讓業界得利。
PCBECI示範團隊中唯一的一家系統整合商(SI)--沃亞科技，則是整個示範團隊的代表。沃亞總經理郭一男表示，20家中小型板廠的機聯網升級只是PCB智慧化的起點，後續示範團隊將與整個產業鏈攜手合作，擴大PCBECI的應用範圍，以提供產業更好的服務內容。
智慧化帶來標準化 良率更有保障
機台聯網除了是實踐大數據分析，進入智慧製造時代的必要基礎建設之外，對許多中小型板廠而言，也能帶來生產作業標準化的效益。目前有許多中小型板廠的生產線，為了提高作業效率，給了操作機台的作業員非常大的控制權限，甚至可以直接調整機台的生產參數。
工業生產必然有誤差，但在生產參數統一的情況下，誤差範圍是可以被控制的。如果讓作業員自己調整生產參數，將會帶來良率失控的風險。過去就曾經有中小型板廠的作業員為求提升其所負責的工站生產效率而自行調整參數，結果造成最終產品不良率明顯增加的情況發生。
但在機台全面聯網之後，所有機台的生產配方、參數將統一由系統指派，作業員對機台的操作權限將受到更多限制。雖然對第一線人員來說，這麼做可能會帶來些許不便，但中央控管的配方跟參數，意味著整條生產線將更加標準化，這對於提高最終成品的良率，可帶來顯著的效益。
設備監診精準度必須經歷實戰驗證
除了良率之外，產線稼動率也是每家板廠所關切的營運指標。稼動率由兩個主要因素影響，一是機台故障、歲修所導致的停機，二則是生產排程或生產線設計有瓶頸，造成某些機台容易處於閒置狀態。生產排程跟產線的改良，都可以靠大數據分析來精進，藉由排程最佳化或針對生產瓶頸進行產線重新配置，來提高機台的使用效率，但歲修或故障所造成的無預警停機，則必須靠預防性維護來予以改善。
整體來說，PCB關鍵製程有曝光、鑽孔、蝕刻與烘烤四大程序，每類機台的關鍵零組件健康狀況，都會影響到機台的正常運作。因此，曝光機的光源元件、鑽孔設備的機械耗損、蝕刻設備的幫浦與烘烤設備的溫度變化，都必須密切監控。
而且，當這些設備即將故障停機時，上述關鍵零組件的數值常常會先出現異常。因此，藉由收集、監控這些關鍵零組件的數值，往往可以提早發現問題，進而避免故障所造成的無預警停機(圖5)。
圖5 由PCB設備廠針對中小型板廠提出的智慧化曝光、鑽孔、蝕刻、烘烤設備
不過，由於資料分析必須建立在可靠的數據模型基礎上，而數據模型又必須經過實戰驗證，通過大量累積數據的檢驗，才能證明其可靠度。
因此參與此一PCB智慧製造推動計畫的機台供應商，雖然都將預兆監診、預防性維護當作智慧PCB機台的一大主打賣點，但實際上要讓這些功能發揮效益，還是需要讓機台上線，開始蒐集跟累積資料，才能讓預防性維護越來越精準。
而這也是20家、100台PCB智慧製造機台推廣計畫最重要的價值之一，藉由累積實戰經驗，讓設備跟PCB板廠的智慧製造系統越來越聰明。