Calumet Electronics公司是美国采用加成法及半加成法制造工艺的领先公司。I-Connect007编辑团队特邀Calumet的Todd Brassard和Meredith LaBeau深入探讨这项技术的现状，以及使用该工艺的OEM或PCB工厂所面临的挑战。

Barry Matties：我们看到越来越多的公司采用加成法及半加成法工艺。能否简述这些技术对Calumet的意义？

Todd Brassard：我相信一些读者会对我们使用“加成法”这个词感到有点不可理解。在我看来，纯“加成”制造是基于3D打印或沉积工艺，而在电路板基板领域，“半加成法”涉及铜（A-SAP）种子层™或者是一层很薄的铜箔（mSAP）上有铜走线和特征。

我们理解加成法和半加成法之间的区别；不完全是“增材”工艺，而是用一个专有名词来命名，并将其与“减成法”工艺进行对比，因而用了“加成法”一词。例如，在使用Averatek的A-SAP技术时，种子层非常薄，可以通过简单微蚀去除。对我来说，这个工艺非常接近于纯粹的增材，所以我把它命名为加成法工艺。

Matties：在未来几年，它会成为大多数制造商的必备生产能力吗？还是应用范围仍然有限？

Meredith LaBeau：设计规模和复杂性推动加成法制造需求，下一代电子产品将会更小，尤其是移动设备。传统的减成法制造工艺会有上限，无法应对。

推动半加成法工艺的另一个要素是环保。全球将会有更多关于制造工艺对环境影响的讨论，这些考虑因素将在合同获取中发挥更大的作用。传统的减成法工艺需去除铜，而加成法工艺主要是添加铜。我相信，无论采用何种技术，为了减少废物排放，符合更广泛的环境友好社会责任及公司治理（Environmental、Social、Governance，简称ESG），设计都将发生变化。

Brassard：是的，ESG是environmental and social governance的缩略语，即环境友好、社会责任及企业治理。

Matties：这种需求越来越普遍了吗？

LaBeau：我们开始注意到环境因素渗透到企业层面的沟通和设计中。

Brassard：美国国防部正在考虑更多的环境友好因素，希望向更环保的解决方案过渡。Calumet正在了解联邦资金的投资方向，我们认为任何提案都必须考虑环境因素。过去几年，我们已经看到投标邀请书（Request For Proposal，简称RFP）中增加了这类要求。我们应该关注人类对地球所做的事情，这是常识。

LaBeau：向加成法和半加成法工艺的发展不仅关乎小型化，还关乎系统性能和完整性。加成法和半加成法工艺可生成更好的走线和特征，缩短传输线，提高了信号完整性，可实现更快的传输和更高的频率。例如，当走线壁呈方形且平滑时，雷达和通信系统可达到更高的性能。将特性潜力与高阶材料及化学工艺结合，就会出现各种各样的可能性。例如，Calumet可以在透明基板上镀铜，应用于增强现实领域。

Brassard：Barry，你问行业是否需要转向加成法工艺，这实际上取决于美国电子制造业是否希望在短期内具备与亚洲电子制造业竞争的实力。竞争实力的重点不是产能，而是其所具备的能力和技术。目前，亚洲在其半加成法和组装技术方面显然处于领先地位。亚洲的制造能力在所有重要方面都超过了美国。大多数美国PCB制造商的极限都是75微米的走线，而亚洲制造商的极限通常都达到了18微米的走线，有的制造商甚至可达8微米。

议员们正在投入大量的时间、精力和资金来提高美国芯片制造能力，但这只解决了部分问题。在我们不仅能够生产芯片，而且能够生产将芯片连接到系统中的电子互连之前，美国将继续严重依赖亚洲的高阶载板、电路板、材料、化学制品、配方、工艺和研发。

Matties：那么，政府有责任吗？

Brassard：是的，美国政府很可能会以10亿~30亿美元的资金引导美国PCB和载板制造商，以缩小与亚洲的差距。

Matties：那么单独的PCB工厂呢？

LaBeau：对于投资加成法技术的单个PCB制造商来说，这实际上取决于每个工厂的利益、财务状况、人工和现有能力。重要的是要了解，中小型PCB工厂永远不会大规模生产用于大容量计算微电子产品、CPU或GPU的中介板。正如IPC所述，这是一项价值10亿美元的风险投资。然而，对于那些认为载板投资有风险的制造商来说，多品种小批量到中等批量有机载板的生产是很容易实现的。想想微电子高阶封装，OEM已经在乡村寻找国产IC载板。

Brassard：采用更高阶技术生产PCB的需求已经超出了预期，未来的许多年可能会持续保持这种状态，严重的供需失衡是下一代系统中的复杂PCB。A-SAP等高阶技术使传统PCB制造商能够相对轻松地实现低至18微米的走线，而Merck的Ormet则使PCB复杂性大幅提升。这些非传统制造技术改变了PCB工厂和美国的发展方向。

美国政府需要通过制定有利的法规来启动该行业。如果政府希望能够在不采购或不走出国门的情况下将芯片连接到某个东西上，就要从PCB开始行动。正如美洲印制电路板协会（Printed Circuit Board Association of America，简称PCBAA）所说，“芯片不会在稀薄的空气中漂浮”。

Matties：PCBAA正在华盛顿推动这种意识。你们是否参与了这项活动？这是推动PCB行业发展的部分举措吗？

Brassard：是的，我们是PCBAA的创始成员。PCBAA致力重建美国的PCB行业，会员包括快速增长的PCB制造商及其供应链。

LaBeau：美国安全电子伙伴关系（U.S. Partnership for Assured Electronics，简称USPAE）也在努力为国防部提供行业专家接口和引导项目资金。USPAE领导层提供专家指导、建议和机会，与其他致力解决相同问题的行业和政府组织和人员会面。美国国防部负责PCB和电子互连技术的执行机构也在该行业的关键时刻发挥领导作用。在PCB行业经历了20年的挑战后，这些组织和其他组织的举措有所增加。

Matties：是的，我同意。

Brassard：IPC仍然是将一切结合在一起，建立弹性电子生态系统，并将美国推向“未来工厂”。他们的政府关系团队在提供专业知识和指南方面发挥着至关重要且不断扩大的作用。

Matties：早在IBM和RCA时代，大部分研发都来自于有专属工厂的OEM。对于生产工厂，做了哪些研发工作？

LaBeau：大多数工程师在职业生涯早期都不想在工厂工作，至少现在大学毕业的人是这样。他们认为这类工作既没创新也无趣。我们想要吸引和留住优秀人才的简单想法，在很大程度上推动了加成法和其他前瞻性技术应用。这是一个很好的企业战略，可以找到小众市场，发展有意义的未来。

Matties：经营企业的方式发生了转变？

Brassard：在组织内进行有意义的企业文化变革是挑战。尽管我们公司在过去十年中取得了很大发展，但我们每天都面临挑战。我们确定了需要向何处发展以及必须完成的目标，仍在努力实现，并期待着在高需求市场中，正确的企业文化能够带来效益的增长。

LaBeau：在美国，半加成法和加成法技术属于相对较新的领域，年轻的工程师有机会从零开始学习。这对年轻工程师来说是收获。

Matties：嗯，我同意，在与所有其他行业竞争时，PCB行业存在差距，我们越是关注招聘和培训问题，争夺越具吸引力的人才时，就越具挑战性。

Brassard：与其他PCB制造商一样，Calumet仍是一个生产工厂。但如果模式没有转变，PCB制造商能生存或繁荣发展吗？随着将制造业转移回美国的压力越来越大，OEM正在提出很多产能、交付周期以及在美国制造的成本等相关问题。OEM将需要能够提供专业知识及解决方案的PCB制造商，并与他们一起踏上创新之旅。多年来，我们一直在努力打破这种模式，这就是我们为何投资加成法制造的初衷，希望客户和供应商能一起开拓未来。

LaBeau：是的，Todd类比Calumet为行业焦点，OEM和电子产品供应链通过我们公司紧密合作，开发出新型解决方案。

Brassard：我们正在努力实现工业共享的理念。如果回到30年前，你会看到垂直整合的制造提供了快速的创新。过去30年美国的工业基础已经破裂，分布在全球各地。创新要求制造业紧密合作，以实现快速迭代。公司一直致力将有重大问题的OEM和有重大解决方案的供应链联系在一起，Calumet是完成迭代的熔炉。如果OEM没有向我们提出难以解决的棘手问题，化学、材料和设备供应商没有倾注他们的专业知识，将无法成就今天的Calumet。

Matties：作为制造商，你们走上这条路肯定会更有趣。

Brassard：嗯，这很有趣，也可赢利。赢利将被证明是最重要的。

LaBeau：与其他美国制造商相比，我们首先是一家大批量PCB工厂，产量可能排名美国第五。这是我们赖以生存的根本，产生了用于研发的收入。运营中的研发资金对大多数PCB工厂没有吸引力，许多工厂在目前强劲的市场中20年来首次盈利。他们不需要任何研发，因为他们对传统产品的需求超过了创新。

关于半加成法工艺应用新市场，我们注意到美国设计师缺乏在较小规模上进行设计的经验。正在探索加成法制造的设计师们正应用于复杂的设计。PCB设计师要想全面利用加成法设计的优势，还需要一段时间。

Matties：设计师必须考虑的和可以考虑的临界点是什么？

LaBeau：一个实例是放置具有特别密集I/O的元件，或者必须添加层以调整扇出。在BGA内部，设计师可以布线的20微米走线比75微米走线多得多。重新设计PCB以利用加成法制造优势的能力将取决于设计在OEM生命周期内的位置，尽管元件短缺可能会迫使重新设计。当涉及到新工程设计或制造技术时，例如，直接喷涂阻焊油墨，PCB行业常会规避风险。为了让PCB工厂接受新的制造方法，产品最好不要看起来有太大的不同。相反，冒一点风险可能就会导致PCB工厂开发支持下一代电子产品的制造能力。

Matties：坐在前面比坐在后面好。第一台传真机并没有赚到所有的钱。第二台却实现了这个目标。

Brassard：同样，制造挑战也是创新的一大障碍。我们相信可以打破这些障碍的方式之一是使用多方NDA，允许OEM与供应链CTO和高级工程师进行直接对话，以开发新的解决方案。想在一个拇指大小的载板上有2500或5000个I/O吗？需要材料、化学、光刻、设备供应商和分销商的CTO与OEM共同探讨解决方案。我认为这是一个“微型工业公地”。如果团队能够成功，所有的公司都有新型产品可以销售给他们的客户。

Matties：你是否看到行业对加成法工艺的需求或兴趣呈现增长态势？

LaBeau：是的。事实上，现在我们的车间正在运行3种半加成技术的设计。客户被迫采用它，因为在美国任何地方都找不到采用减成法制造技术的有效解决方案。

Matties：从制造的角度来看，团队采用半加成法比传统技术更具挑战性吗？

LaBeau：例如，A-SAP工艺并不是更具挑战性，但也不是更简单。只是很符合市场发展的需求。不能忽视的是，该工艺需要额外的设备。可能需要一些资金来购买PCB行业中不一定可买到的设备。比如，PCB行业可以做到20微米左右的走线，但是使用光刻设备技术，可以做到8微米的走线。如果想达到更精细的走线，就变成了洁净度和操作问题；即1000级洁净室用于大部分工艺，100级洁净室用于成像。

Matties：真正的投资是为成像部门购买新设备。

LaBeau：当然。此外，还包括为载板购买蚀刻生产线，以及层压机和激光钻孔设备。

Brassard：我们了解各种加成法工艺。例如，A-SAP技术的特征大小不受其化学成分的限制；这种限制源于工厂的成像能力、洁净度、操作和小规模生产能力。

我们正在采用标称可达到25微米的Orbotech LDI设备在环氧树脂/玻纤PCB和ABF积层载板上成功成像到18微米。在微电子技术中，15微米的成像是标准C4凸缘的必要条件，在接下来的几个月里，我们将向下推进到8微米。良率会达到什么水平，我们拭目以待。我们需要80%~90%的标准良率来做这项业务，正如Happy Holden的提醒，工程师必须彻底了解失效模式。

Shaughnessy：如果一家传统的PCB工厂即将开始采用加成法和半加成法工艺，他们可能需要投资什么设备？

Brassard：考虑化学工艺：镀槽、传输、计时器和化学药水。

LaBeau：是的。此外，是否需要购买光刻和AOI设备，取决于工厂想要达到的分辨率。Todd指的是获得适当的化学物质来处理薄材料、内应力和Z轴扩展，这可能与传统的减成法PCB制造略有不同。此外，如果走线越来越小，则需要投资激光钻孔设备和微通孔电镀设备。

Matties：预计需求是多少？

Brassard：预计可达百万美元。

Matties：是整个行业的转型，还是只有几家工厂就能满足需求？作为制造商，如果在这项技术上投资，还需要市场营销，证明采用这项技术的生产能力，以及说服客户端采用这项技术。

Brassard：国内电子行业将继续感受到小型化带来的持续压力。如果美国不能迎头赶上这种需求，我们只会继续落后。随着尖端制造业的发展，亚洲将继续变得更好。目前，他们每天都在制造大量非常高阶的消费类产品（移动设备、高速计算），美国只是在努力获得足够的产能，以满足主要OEM的最低需求，这些OEM正急着在美国寻找任何产能。电子系统越高阶，在美国生产的可能性就越大。OEM必须在美国制造电子系统，才能保持在电子系统领域的霸主地位。有趣的是， Calumet并没有做任何其他PCB工厂无法复制的事情，我们所做的没有涉及任何专有技术。

Matties：但你们所做的这项工作为公司在其他方面创造了机会，对吗？

Brassard：商机在于扩展研发带来的新技术，为PCB工厂创造新的、更好的收入来源。但Meredith是对的，市场采用还需要一些时间。我们需要2—3家PCB工厂采用半加成工艺，因为OEM需要多个供应商，这将有助于加快行业采用，并提供采购选项。OEM想要竞争、选择和冗余产能。当OEM和供应链遵循类似知识共享创新模式共同合作时，整个行业都会向前发展。

今天，我们几乎可以与任何OEM进行对话，5年前不是这样。如果OEM在美国制造HDI或IC载板存在制造问题，我们将可提供解决方案。我们公司作为 “创新制造商”在打破模式方面非常活跃。

Matties：此次疫情显然改变了整个供应链的思维方式。

Brassard：毫无疑问，这场疫情证明了美国对离岸制造业的过度依赖，以及落后程度。我谁能生产出最多的产品，谁就能击败对手，除非有一种决定性的技术使工业产能变得不那么重要。

Matties：关于加成法和半加成法技术，我们应该向行业传递的重要信息是什么？

LaBeau：我真的认为人们需要了解加成法技术，以及如何采用该工艺。也许他们尚未准备好。机会是什么？他们从哪里开始涉足加成法技术？

如果一家公司能够预见未来，并开始考虑面向制造和工程设计，以及下一步如何利用加成法技术和使用更薄的箔材，这是mSAP的第一步。只需使用一些更薄的箔材，开始设定Cpks的基点。

除非资本支出预算允许快速扩张，否则没有人能轻易做出决策。一家已经开始营业的小工厂来说，添加特殊材料、特殊成像设备，大约需要几百万美元。

归根结底，需要低应力化学药水，以及根据附着力需要不同的蚀刻药水。加成法技术与目前工艺并不遥远,不是完全的改变，仍然可使用很多传统的方法来实现。

Nolan Johnson：你能预见未来加成法和减成法一样经济吗？ 

Brassard：也许重点不在于加成法与减成法一样经济，而是说有什么新的机会让工厂向更可获利的业务转移。当然，减成法和加成法制造之间存在成本权衡，包括升级工厂的设备投资成本、专用化学药水和直接材料的消耗；这实际上取决于加成法技术在产品实现中的应用。

例如，设计师可能会采用现有设计，但需要走线从75微米降至55微米，以实现高密度I/O芯片所需的扇出。将多层从减成法转换为加成法工艺可以实现这一需求，但这纯增加成本，没有利用加成法技术以实现规模经济优势。

另一方面，充分利用加成法实现小规模铜走线及特征，设计师可以减少电路板尺寸、消除层和运行更少的层压周期来显著降低成本。如果标准的18英寸x 24英寸PCB最初安装了6个部件，则新的较小PCB板可安装80个部件。

加成法虽然增加了工艺成本，但通过减少尺寸、层数和周期来降低成本，并且面板被切割成更多的部件，以通过从相同材料中获得更多部件来重置利润率。其结果是成本节约和外形因数降低，这可能有利于放置最终PCBA的终端系统。

Johnson：对于加成法生产线的运营成本，你能预测在未来的某个时候，它能与减成法达到齐平吗？

Brassard：我们对加成法PCB所做的90%的处理与对减成法相同。在某些情况下，还是通过蚀刻形成走线，其余用加成法。

LaBeau：我认为当把它投入生产环境时，运营成本不会有太大的变化。

Brassard：学习加成法制造需要克服挑战。就像任何新事物一样，它需要多次迭代，不断完善，并与OEM和供应链合作伙伴合作。几年时间，Calumet已经掌握了这项技术。接下来，公司将扩大产能，以满足国内市场需求。美国政府希望看到许多具有高科技制造能力的PCB工厂通过竞争降低风险和降低成本。

Matties：与OEM的合作逐渐增多，他们为此提供了大量资金。你预测到这种合作了吗？

LaBeau：还没有达到我们希望看到的水平。

Brassard：没有什么比供应链短缺或中断更能引起OEM的注意。随着对在美国生产复杂产品的需求不断增加，可能会带来更多融资机会。

Matties：过去我见过他们投资设备。

LaBeau：但通常一家工厂只能在OEM的项目中使用这些设备，这对建立一个强大的工厂并没有特别大的帮助。也许在更大范围内更有效。

Matties：谢谢两位抽出时间接受采访，非常精彩。

LaBeau：我们总是乐于支持行业增长知识，谢谢你们。

Brassard：谢谢。很荣幸。

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