PCB拼板設(shè)計(jì)對(duì)SMT生產(chǎn)效率到底有多大的影響？

edadoc · 發(fā)表于 2020-9-17 14:51:31

作者：王輝剛，王輝東（一博科技高速先生自媒體團(tuán)隊(duì)成員）
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(diǎn)就是把幾個(gè)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(shè)計(jì)工程師在拼板設(shè)計(jì)時(shí)通常會(huì)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(shè)計(jì)方面如何提升SMT生產(chǎn)效率，把對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響風(fēng)險(xiǎn)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(shí)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(yán)重影響smt加工生產(chǎn)效率

2、實(shí)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(shè)計(jì)的規(guī)則：

拼板設(shè)計(jì)方式有很多種，在新產(chǎn)品試制階段有時(shí)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(shè)計(jì)工程師根據(jù)產(chǎn)品特性（如產(chǎn)品結(jié)構(gòu)限定、外設(shè)接口限高、限位等因素）在設(shè)計(jì)時(shí)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(yàn)總結(jié)，采用拼板方式來提升SMT產(chǎn)線效率，有以下幾個(gè)方面跟大家分享：

在SMT生產(chǎn)線為了提升產(chǎn)線稼動(dòng)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(fù)雜度來考慮，拼板后產(chǎn)線機(jī)臺(tái)貼裝周期平衡率、體積大的元件二次重熔后掉件問題等等。
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采用圖2正反拼設(shè)計(jì) （AABB拼）優(yōu)點(diǎn)是讓SMT產(chǎn)線設(shè)備配置和工藝流程簡(jiǎn)單容易。一張鋼網(wǎng)，一套貼片程序和spi/AOI檢驗(yàn)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(duì)一次完成，在極短的時(shí)間內(nèi)有PCBA成品產(chǎn)出給到下一工序功能測(cè)試。
采用圖2正反拼設(shè)計(jì) （AABB拼）缺點(diǎn)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(huì)導(dǎo)致細(xì)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(shí)掉件風(fēng)險(xiǎn)，在批量生產(chǎn)時(shí)不但沒解決效率提升問題還會(huì)帶來加工難度和質(zhì)量問題，這也是考驗(yàn)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(shè)計(jì)，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(shè)備資源，生產(chǎn)流程穩(wěn)定，很容易提升產(chǎn)線效率。在PCB設(shè)計(jì)時(shí)工程師一定要考慮全面主芯片元件、散熱較大元件、和外設(shè)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(shí)工藝工程比較容易處理解決。
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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(jī)臺(tái)配置和設(shè)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
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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(jī)理論產(chǎn)能27000元件/H

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2、SMT貼片的一款產(chǎn)品單面SMT制程6拼板，在貼裝時(shí)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(jī)臺(tái)配置組合不同，設(shè)備工程師在換線時(shí)平衡各機(jī)臺(tái)的速度，印刷機(jī)、SPI錫膏檢測(cè)速度、貼片速度、回流爐速度和爐后AOI檢測(cè)速度，優(yōu)化整條生產(chǎn)線全自動(dòng)化高速生產(chǎn)，大大提高了機(jī)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(biāo)。對(duì)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(jī)器每小時(shí)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(shè)計(jì)
拼板后PCB最大尺寸(L)300-350mm&nBSP; * （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(shí)，通過旋轉(zhuǎn)拼+工藝邊方式解決，防止焊接后在傳送或搬運(yùn)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(shí)，在SMT生產(chǎn)時(shí)容易導(dǎo)致設(shè)備傳輸軌道上PCB傳感器錯(cuò)誤識(shí)別，產(chǎn)生錯(cuò)誤的動(dòng)作或未感應(yīng)到PCB出現(xiàn)疊板現(xiàn)象，在拼板設(shè)計(jì)時(shí)增加工藝邊把鏤空位置補(bǔ)齊。
拼板設(shè)計(jì)后必須保證大板的基準(zhǔn)點(diǎn)邊緣距離板邊到少3.5mm(機(jī)器在夾持PCB板邊的最小范圍3.5mm),大板上2個(gè)對(duì)角基準(zhǔn)點(diǎn)不能對(duì)稱放置，正反面的基準(zhǔn)點(diǎn)也不要對(duì)稱放置，這樣就可以通過設(shè)備自身的識(shí)別功能防呆PCB反向/反面進(jìn)入機(jī)器。
拼板設(shè)計(jì)過程中，單板之間的連接點(diǎn)的多少和放置位置也非常重要。
對(duì)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(huì)更多一些。
總而言之，拼板設(shè)計(jì)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。
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