PCB拼板設計對SMT生產(chǎn)效率的影響有多大

作者:王輝剛,王輝東

拼板是一門技術(shù),也是一門藝術(shù)。

本期課題跟大家一起分享關(guān)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(zhuǎn)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(chǎn)品的結(jié)構(gòu)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(chǎn)效率,把對產(chǎn)品質(zhì)量的影響風險降到最低,本文中的案例是在PCBA生產(chǎn)過程中所遇到的,如PCB外形尺寸不規(guī)則、拼板后影響生產(chǎn)效率,同時它也增加生產(chǎn)難度和制造成本。

PCB拼板目的:

1、因PCB外形尺寸太小、不規(guī)則嚴重影響SMT加工生產(chǎn)效率

2、實現(xiàn)板材利用率最大化,減少成本 。

3、降低生產(chǎn)難度,提高產(chǎn)品的良率。

常見的幾種拼板方式:

拼板設計的規(guī)則:

拼板設計方式有很多種,在新產(chǎn)品試制階段有時候很難確定采用哪種拼板方式、拼板數(shù)量是最佳化的。PCB設計工程師根據(jù)產(chǎn)品特性(如產(chǎn)品結(jié)構(gòu)限定、外設接口限高、限位等因素)在設計時優(yōu)先滿足產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)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(chǎn)效率提出的問題。在生產(chǎn)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(chǎn)品可靠性和性能,增加了SMT生產(chǎn)的加工難度和制造成本。結(jié)合SMT工藝工程師多年的經(jīng)驗總結(jié),采用拼板方式來提升SMT產(chǎn)線效率,有以下幾個方面跟大家分享:

在SMT生產(chǎn)線為了提升產(chǎn)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(chǎn)品的工藝復雜度來考慮,拼板后產(chǎn)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(yōu)點是讓SMT產(chǎn)線設備配置和工藝流程簡單容易。一張鋼網(wǎng),一套貼片程序和SPI/AOI檢驗程式以及回流焊接爐溫曲線優(yōu)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(nèi)有PCBA成品產(chǎn)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(chǎn)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(wěn)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(chǎn)時不但沒解決效率提升問題還會帶來加工難度和質(zhì)量問題,這也是考驗工程師在線技術(shù)攻關(guān)能力。

采用圖1(AAA/BBB拼)非正反拼設計,比較適合目前多數(shù)工廠推薦,生產(chǎn)線容易調(diào)配和合理安排設備資源,生產(chǎn)流程穩(wěn)定,很容易提升產(chǎn)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(chǎn)線先生產(chǎn)BOT面(少元件面)再生產(chǎn)TOP面(多元件面),加工過程中遇到質(zhì)量異常時工藝工程比較容易處理解決。

生產(chǎn)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(jù)SMT產(chǎn)線的機臺配置和設備的加工能力、制程穩(wěn)定性等因素綜合考量。

1、首先來熟悉下SMT產(chǎn)線配置和理論產(chǎn)能：

深圳工廠SMT中小批量線體為例

生產(chǎn)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(chǎn)能35000元件/H

AIM多功能機理論產(chǎn)能27000元件/H

2、SMT貼片的一款產(chǎn)品單面SMT制程6拼板,在貼裝時由原來6拼板優(yōu)化改為12拼板,減少傳板次數(shù)和周期頻率來提升產(chǎn)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(yōu)化整條生產(chǎn)線全自動化高速生產(chǎn),大大提高了機器利用效率。

總結(jié),高品質(zhì)、少人員的情況下,高效率的產(chǎn)出是我們追求和持續(xù)改善的目標。對于中小批量和研發(fā)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(chǎn)出,在PCB拼板方面是非常重要的環(huán)節(jié):

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(zhuǎn)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(zhì)量不良。

一些不規(guī)則外形的PCB的鏤空面積較大時,在SMT生產(chǎn)時容易導致設備傳輸軌道上PCB傳感器錯誤識別,產(chǎn)生錯誤的動作或未感應到PCB出現(xiàn)疊板現(xiàn)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(jié)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(chǎn)加工效率問題,也要考慮生產(chǎn)過爐后PCBA熱變形和分板效率問題。