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PCB拼板组合设计


整体PCB拼板尺寸需符合与满足印刷机、SPI、贴片机、回流炉、AOI、AI自动插件机、波峰炉等自动化设备的加工生产能力,一般整体布局外形尺寸最大为:450×330mm,最小50×50mmm。个别PCB在外形设计尺寸较小又无法拼板时,只能采用做辅助载具进行辅助生产。然而,如果在拼板时设计人员在整体PCB制造商及SMT加工商方面全面考虑不足,那么不仅不能达到制造成本效益最大化,而且对产品的可制造性影响也较大。越来越多的产品设计电子工程师只设计单板图纸,而不设计拼板图纸,原因就在于要让基板厂商与SMT加工制造商一同商讨,以最低加工成本来设计出拼板方式,而实际上双方在这方面的沟通方面不足,造成制造成本的增加、生产效率的影响及品质也无法提升。

在基板供应商设计拼板数量时更多的考虑板材利用最大化,尽量减少分割下来的板材报废。而在SMT加工制造商也有同样的思考,拼板数多,产品在制造过程中周转与搬运成本也会降低,贴片机等设备的利用率也较高。不同的方式对制造影响与成本控制有所不同,因此在选择时结合实际情况再设计拼板方式及数量,下面介绍几种常见拼板方式。

一、顺拼板

顺拼板式(如图1)是目前运用最广泛且常见通用的拼板方式,此方式完全不用考虑SMT制造商的生产情况及产品组合情况,各种场合都适应,基本不会受生产数量的影响。它可以根据SMT设备的最大尺寸能力有效布局不同数量进行拼板,可制造性也是最高。另外,在印刷钢网设计时也不会受到特殊元件的焊盘方向而影响到最佳印刷质量,各个工序在生产时不会受到不同拼板方向而提升工作难度等。对于PCB制造厂商的生产与成本也较合适,不会增加加工、制造难度,品质控制与处于最高水平。

图 1 顺拼板

二、旋转角度拼板

适应环境:考虑到板材的最佳利用,减少板材的浪费,以及板上特殊元件占据了空间无法正常顺接式拼板,因此一般采用转换90度或者180度方式组合拼板(如图2)。

图 2 旋转角度拼板

缺点:①转换角度后对设备贴装时的效率及贴装品质稳定性会有轻微影响;②在SMT后外观检查及手工插件时对员工的作业强度有一定的影响,因为每次都需要转换方向作业,造成易出错的机率;③针对辅助生产用的工装治具的设计与制作也提升了一定的难度。

三、阴阳板

阴阳板的拼接方式如图3所示,即将AB两面同时拼接在一面上进行生产。这类拼板方式主要是集中在双面都没有体积较大及弱耐热差的元件,经过二次回流焊接时不会造成背面体积与重量偏大的元件的脱落及由于高温烧坏耐热差的元件。

图 3 阴阳板

优点:这种拼板方式对SMT整体效率、成本控制都较高,完成双面板的生产只需一次工艺就可以完成,节省了一块印刷钢网与无需产品切换,节省了一次产品切换造成的所有工时,大大提升了贴片机的利用率。另外,针对回流焊接与波峰焊接时都只需一块曲线标本,节省了曲线标本材料的浪费。最后,对制造现场的管理力度也不会造成过多的浪费,这类方式较适应于大批量生产模式。

缺点:①若产品上有BGA元件,则尽量少考虑这种拼板方式,返修时会带来较大的困难;②在安排生产数量时也会受到一定的局限,只能是以偶数量来安排,否则会造成一块板的报废、处理消点时的工时损耗或做成成品造成在库积压等;③在AI部份及DIP部份只能先进行分割才可以实施,这样即影响到插件的效率及DIP的利用率;④对基板制造商来说生产难度也提升了,主要在于品质控制难度增加,在实际生产中单板报废率较其它拼板方式要高。

四、配套组合拼板

配套组合式拼板(如图4)也称为个性组合式,将不同类型的PCB根据配套原则组合在一起。

图 4 组合拼板

优点:配套组合拼板适应家电、玩具类产品由多类PCB组合组装的生产模式。对SMT生产来说,原来分配到多块板上的集中组合到一起,可以减少多次工艺文件资料的准备与作成、程序的作成、产品的切换及印刷网板,大大提升了生产效率及降低了管理成本。特别是组装现场的小单元生产模式,效率更高,大大减少了产品的周转及半成品的堆积,可以快速满足客户对出货的紧急需求。

缺点:流水线作业时增加了产品区分的管理难度,特别容易造成产品混乱,另外套件中某块板由于不良或报废时会造整体数量的减少,也不利用生产补数,整体在管理难度上有一定的提升。特别是在分割后的产品区分方面建议在管理上做好产品区分盒进行防呆化,可以有效降低这类拼板方式造成的影响,更大的提升效率。另外针对订单量大,SMT加工制造商仅做PCBA部份,不进行成品组装也不太适应使用配套组合拼板方式,因为在产品分割后增加了管理的难度与不利用生产线的美观管理。

以上各类拼板的组合方式,主要根据生产最高效率、加工难度与成本来设计,而各种拼接方式中的板与板的连接方式是非常重要与关键。目前最常见的用邮票孔、V槽连接。在设计连接方式时尽量考虑受力影响问题,防止回流焊接的形变及分割的便利性。针对厚度为1.0mm以下、产品上有BGA等特殊受外力敏感元件时尽量采用邮票孔连接,降低回流焊接变形而影响品质与效率及降低分割外力影响等。针对FPC及金属板,拼板方式尽量采用顺拼式及直接连接,邮票孔、V槽连接都不太适应,一般采用冲压分割式。

总结

最佳的拼板的方式与数量的设计,需要根据板料的利用最大化、SMT设备生产模式、产品生产时的订单量、出货包装方式、是否配套生产出货、客户的需求紧急程度等进行综合评估后也基板供应商进行协商后设计,实现各方面效益最大化,降低SMT制造成本,成而能占据SMT加工市场,引领同行向更高层次发展。

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