作者:王輝剛,王輝東

拼板是一門技術,也是一門藝術。

本期課題跟大家一起分享關于PCB拼板方面的話題。PCB拼板說直接一點就是把幾個小PCB單元用各種連接方式組合在一起。比較常見的拼板有AA順序拼、AB正反拼、AA旋轉拼、AB陰陽拼、ABC混合拼等等多種方式。PCB 設計工程師在拼板設計時通常會考慮到產品的結構尺寸、電氣性能、元件布局等功能方面。在拼板設計方面如何提升SMT生產效率,把對產品質量的影響風險降到最低,本文中的案例是在PCBA生產過程中所遇到的,如PCB外形尺寸不規則、拼板后影響生產效率,同時它也增加生產難度和制造成本。

PCB拼板目的:

1、因PCB外形尺寸太小、不規則嚴重影響SMT加工生產效率

2、實現板材利用率最大化,減少成本 。

3、降低生產難度,提高產品的良率。

常見的幾種拼板方式:

拼板設計的規則:

拼板設計方式有很多種,在新產品試制階段有時候很難確定采用哪種拼板方式、拼板數量是最佳化的。PCB設計工程師根據產品特性(如產品結構限定、外設接口限高、限位等因素)在設計時優先滿足產品的結構要求,其次就是在PCB制板和SMT加工過程中反饋板材利用率和生產效率提出的問題。在生產過程中PCB板材選定后,遇到不同的幾何尺寸和PCB拼板方式過爐后熱膨脹直接影響著產品可靠性和性能,增加了SMT生產的加工難度和制造成本。結合SMT工藝工程師多年的經驗總結,采用拼板方式來提升SMT產線效率,有以下幾個方面跟大家分享:

在SMT生產線為了提升產線稼動率,常見的拼板方式有AAAA拼或AB拼兩大方式,我們不能直接問哪一種拼板方式好呢?這要從產品的工藝復雜度來考慮,拼板后產線機臺貼裝周期平衡率、體積大的元件二次重熔后掉件問題等等。

采用圖2正反拼設計 (AABB拼)優點是讓SMT產線設備配置和工藝流程簡單容易。一張鋼網,一套貼片程序和SPI/AOI檢驗程式以及回流焊接爐溫曲線優化一次等等,提升SMT快速換線速度和首件核對一次完成,在極短的時間內有PCBA成品產出給到下一工序功能測試。

采用圖2正反拼設計 (AABB拼)缺點就是,若產品BOT面與TOP面在元件布局方面差異較大情況下(主芯片體積較大、元件布局密度較高、通孔回流元件腳超出板面等)會導致細間距位置的錫膏印刷不良和不穩定,體積和重量大的元件在二次過爐時掉件風險,在批量生產時不但沒解決效率提升問題還會帶來加工難度和質量問題,這也是考驗工程師在線技術攻關能力。

采用圖1(AAA/BBB拼)非正反拼設計,比較適合目前多數工廠推薦,生產線容易調配和合理安排設備資源,生產流程穩定,很容易提升產線效率。在PCB設計時工程師一定要考慮全面主芯片元件、散熱較大元件、和外設接口元件布局合理性,加工廠僅需要合理安排生產線先生產BOT面(少元件面)再生產TOP面(多元件面),加工過程中遇到質量異常時工藝工程比較容易處理解決。

生產過程中在保證直通率的前提下到底采用哪種拼板方式最佳?就要根據SMT產線的機臺配置和設備的加工能力、制程穩定性等因素綜合考量。

1、首先來熟悉下SMT產線配置和理論產能：

深圳工廠SMT中小批量線體為例

生產線貼片PCB最大尺寸:774mm*710mm

NXT可以貼最小封裝03015、01005元件

NXT模組理論產能35000元件/H

AIM多功能機理論產能27000元件/H

2、SMT貼片的一款產品單面SMT制程6拼板,在貼裝時由原來6拼板優化改為12拼板,減少傳板次數和周期頻率來提升產能。

3、SMT每條線體的機臺配置組合不同,設備工程師在換線時平衡各機臺的速度,印刷機、SPI錫膏檢測速度、貼片速度、回流爐速度和爐后AOI檢測速度,優化整條生產線全自動化高速生產,大大提高了機器利用效率。

總結,高品質、少人員的情況下,高效率的產出是我們追求和持續改善的目標。對于中小批量和研發打樣階段的PCB是多種多樣,為了滿足貼片機器每小時高效率的產出,在PCB拼板方面是非常重要的環節:

單板尺寸任何一邊小于80mm需要拼板設計

拼板后PCB最大尺寸(L)300-350mm * (W)200-250mm 比較適宜

多拼板之間有板邊連接器的外形輪廓超出干涉時,通過旋轉拼+工藝邊方式解決,防止焊接后在傳送或搬運過程中撞件損傷的質量不良。

一些不規則外形的PCB的鏤空面積較大時,在SMT生產時容易導致設備傳輸軌道上PCB傳感器錯誤識別,產生錯誤的動作或未感應到PCB出現疊板現象,在拼板設計時增加工藝邊把鏤空位置補齊。

拼板設計后必須保證大板的基準點邊緣距離板邊到少3．5mm(機器在夾持PCB板邊的最小范圍3．5mm),大板上2個對角基準點不能對稱放置,正反面的基準點也不要對稱放置,這樣就可以通過設備自身的識別功能防呆PCB反向/反面進入機器。

拼板設計過程中,單板之間的連接點的多少和放置位置也非常重要。

對于FPC和軟硬結合板的拼板方式大有不同,拼板要求考慮會更多一些。

總而言之,拼板設計在滿足板材利用率和生產加工效率問題,也要考慮生產過爐后PCBA熱變形和分板效率問題。