TA的每日心情 | 开心
2020-10-12 15:22 |
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一般来说，当设计工程师把印刷电路板(Printed Circuit Board)的外观形状决定下来後，接着就应该马上进行电路板(PCB)的合板／拼板／连板 (panelization)的准备动作。进行连板的目的不外乎下列两个主要因素：
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0 R6 ^, y2 E# ?( \ 增加生产线的产出。尤其是SMT贴片的效率。
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& K. t( w0 x2 ^- m2 L) r5 i 减少板材的损耗。也就是提昇PCB板材的利用率。
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最常见到的连板通常会以两片以上的相同电路板合成一块大电路拼板，比如 2 in 1 (二合一)，3 in 1 (三合一)，4 in 1 (四合一)等。也有用不同形状的电路板合成一块大板子的情形，但不多见，因为「生管(Planner)」在安排生产时较难配合刚好数量的不同板子，而且有时候出现铁板(无法修理的坏板)就更麻烦。9 j' d9 q8 i4 y! |2 n
* C. H: n- r' k7 v" s' i. | 也有将同一片板子作成【阴阳板(mirror-board)】的例子，【阴阳板】大多意谓着将PCB板子做正(top)、反(bottom)面配置於同一面，也就是一正一反组合，而这通常运用在零件较少的电路板上，比如手机板，这样就可以充分利用SMT的长线打板贴片能力，以增加产线的效率，但缺点是贴片打件上会有所限制，而且可能造成零件受热不均的现象，比如说有些电路板会把较重的零件集中设计在某一面，然後该面就会作为第二次贴片打件以避免较重零件重复过回流焊时掉落或重融锡的风险，当然如果有这类状况的板子就比较不建议采用【正反阴阳板】的设计。3 S4 F) r% x! d2 Y' K- u
1 i! [8 b) F" R 还有些板子上面可能有较容易吸热的零件(如大面积的ATM读卡槽)，也比较不适合采用【阴阳板】的设计。当然也有变通的【阴阳板】贴片打件法可以克服这种问题，但先不在此讨论。/ K: C% K% M" ~2 F H# ~4 g6 k
n2 s: q: G1 W7 a# C2 h9 T- R; C' ^ 基本上，在设计PCB需要多少连板时，应该要考虑下列几个因素：, G* E6 }6 @5 z$ c; K
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其实不论如何生产或设计，最终都离不开金钱的考量，所以应该把所有的因素转化成金额来作最後衡量标准才能选出一个最合适的拼板方法。
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考虑电路板材的最佳使用率6 n" E' G! s* f. c, C5 K+ a; _; }
! R: P' K/ b" n* w# ~ 一般的电路板厂商为了快速量产及压低成本，都会有其基本的标准板材大小，比如说 16.16"x16.16", 18.32"x18.32", 20.32"x20.32",…等，我们要做的就是尽量把这些板材全部用完，也就是说要选择一张合适的标准板材大小，尽量在一片大板内塞进最多的单板，来达到板材最佳利用率的目的。
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+ d+ r) p Z! X) Q 因为单片电路板的价钱一般会随着板材的大小来定价钱，同样一张板材可以塞得下越多单片电路板，则电路板的价钱就会越便宜。当然，电路板的价钱还得考虑是几层板、钻几个孔、有没有HID…等。4 g! ]- t$ B M8 ^% S
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考虑 SMT 的打件/贴件效率, H5 \1 T& ]: F' |2 D4 p7 V
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SMT产线通常有所谓的长线及短线配置之分，短线就是线短一点，大多只有一部快速机及一台慢速机，最多就是再多加一部快速机；长线就是线长一点，快速机及慢速机多摆几部。但是不论长短线，锡膏印刷机总是有的，一般来说，以板长150mm的拼板为例，印刷一次锡膏的时间约需30～40秒，如果仅以 2 in 1 的拼板来投入SMT短线，那麽可能每一台机器所分配到的时间约为10～26秒，很明显的时间全都低於锡膏印刷的时间，也就是说後面的贴片机应该都有一定的时间在等锡膏印刷机，这样就造成了昂贵的SMT贴片机器闲置，也减少了产能。
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如果把 2 in 1的拼板改为 4 in 1，那麽效率马上就提昇 (每小时的产出增加)
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+ s0 j( d- w# o; v3 @" O| 2 in 1 board | 錫膏印刷(秒) | 快速機一(秒) | 快速機二(秒) | 慢速機(秒) | 瓶頸時間(秒) | 每小時# N6 W/ F# e0 U2 y; N+ L3 w0 t6 A4 j
產出 | | Top | 38 | 26 | 26 | 10 | 38 | 188片 | | Bottom | 40 | 34 | 35 | 24 | 40 | 180片 |
| 4 in 1 board | 錫膏印刷(秒) | 快速機一(秒) | 快速機二(秒) | 慢速機(秒) | 瓶頸時間(秒) | 每小時
) Q8 u/ z9 s; @; L: t- U( A4 t產出 | | Top | 38 | 52 | 52 | 20 | 52 | 276片 | | Bottom | 40 | 68 | 70 | 48 | 70 | 204片 |
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注：
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1. 每小时的产出： { [ 60(秒/分钟) x 60(分钟/小时) ] / 瓶颈时间(秒) } x 合板数量。
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' e7 R% P$ c; |, [) A s 考虑SMT锡膏印刷及SMT打件的品质
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; a# U+ T' e$ ?- { PCB拼版後会有一个很严重的问题，那就是板子的涨缩率，当板子越拼越大时，单板到单板之间的尺寸公差就会变成影响到後续SMT锡膏印刷与打件品质的一个致命伤。) K6 Q x9 t* Q% ]
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有些板厂因为选择的板材及本身制程的限制，无法将单板到单板间的公差限制得更小，这在以前贴片打件的零件还很大时不会有太大问题，但是在0402以下及细间脚零件普及後就很容易出问题。
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* h9 m9 P" L( r" I( s3 |: D( t 因为在钢板上面印刷锡膏的开孔位置都是固定的，如果连板的单板间尺寸差异过大，就会造成锡膏印刷整体偏移的情形，锡膏一旦印刷偏移，墓碑、短路、空焊…等问题就会跟着出现。 r9 K: ~) Y3 f. Z" A6 f
3 `9 H- N+ e5 x4 x( Q3 K 这种问题特别容易出现在不同板厂生产同一片PCB的情况，因为各家PCB板厂的生产工艺有所差异，於是不同板厂所生产的PCB就会有不同的涨缩，单板与单板间的公差也会有所差异，但是SMT产线用的却都是同一片钢板，就容易出现锡膏印刷偏移的问题。
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另外，就工作熊个人的了解，电路板厂商会比较希望连板的数目越少越好，因为这样可以避免所谓 cross board (X-board) 的损失。所谓 cross board 就是拼板中有一片以上的不良板子，一般的SMT打件工厂都不喜欢接受这种板子，因为会造成生产效率上的损失，但这种电路板在制程中又无法绝对避免，所以连板数越多，电路板厂报废的数量就会越多，相对的成本就会提高。
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就如同一开始工作熊说过的，最终的结果还是要换算成金钱，来计算采用几连板材是最佳的连板数。而且可能不同的板厂及不同的 SMT 工厂的结果都会稍有所不同。
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其次还需要考虑电路板组成後的後制程中的去板边该采用V-cut或是 router 制程，这些也会影响到连板的设计，有机会再讨论…
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发表于 2020-7-8 14:02
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