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PCB拼板設(shè)計對SMT生產(chǎn)效率到底有多大的影響?

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發(fā)表于 2020-9-17 14:51:31 | 只看該作者 回帖獎勵 |正序瀏覽 |閱讀模式
作者:王輝剛,王輝東(一博科技高速先生自媒體團隊成員)8 ^. Z  ^9 d& M. B
拼板是一門技術(shù),也是一門藝術(shù)。5 z) p( C4 N  C% r) f* d
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(shè)計工程師在拼板設(shè)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(shè)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(fēng)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。
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PCB拼板目的:
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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。
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常見的幾種拼板方式:
拼板設(shè)計的規(guī)則:, S9 H, V- @1 p: Z! d7 e% U  F
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拼板設(shè)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(shè)計工程師根據(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:% u" E$ o' Z( i, m* U
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  • 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(fù)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。
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  • 采用圖2正反拼設(shè)計 (AABB拼)優(yōu)點是讓SMT產(chǎn)線設(shè)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(shè)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(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掉件風(fēng)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(shè)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(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(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)線的機臺配置和設(shè)備的加工能力、制程穩(wěn)定性等因素綜合考量。" H3 |) J4 P. e  }
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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- f2 i% _# t" o7 w* g3 `& m
  • 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
    . x- Q$ u5 K% N
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。5 i2 r4 l" ]# p2 p$ r" c: E9 ~# \2 A

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3、SMT每條線體的機臺配置組合不同,設(shè)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。+ Q# N' t7 @9 ~" N
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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):
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4 T' d% }4 h  ]- I  @- M% \% N$ E
  • 單板尺寸任何一邊小于80mm需要拼板設(shè)計
  • 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,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(dǎo)致設(shè)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(yīng)到PCB出現(xiàn)疊板現(xiàn)象,在拼板設(shè)計時增加工藝邊把鏤空位置補齊。
  • 拼板設(shè)計后必須保證大板的基準(zhǔn)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(zhǔn)點不能對稱放置,正反面的基準(zhǔn)點也不要對稱放置,這樣就可以通過設(shè)備自身的識別功能防呆PCB反向/反面進入機器。
  • 拼板設(shè)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(shè)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。

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