PCB設計需要了解的拼板準則

2020-03-16

通過(guò)遵循常識性PCB處理邊緣和陣列準則，以及了解組裝方法的基本知識，可以避免計劃外的延遲和重新設計。由于一家裝配車(chē)間和另一家裝配車(chē)間的機器技術(shù)不同，因此不可能為所有人制定一套嚴格的規則。此外，PCB的結構和厚度在使用何種規則方面也起著(zhù)重要作用。為了滿(mǎn)足各種裝配車(chē)間和PCB施工技術(shù)的要求，PCB設計必須更堅固—面板更堅固，所有類(lèi)型的間隙更大，更堅固的電路板表面等。當產(chǎn)品設計密度決定需要時(shí)，根據組裝者的獨特能力來(lái)調整一些準則。

PCB處理邊緣或PCB陣列

小板

大多數生產(chǎn)機械，漿糊印刷機，取放機，AOI設備，選擇性焊接機，波峰焊機，傳送帶等，都不能處理2.0英寸以下的板。（50.8mm）輸送機寬度。因此，當矩形PCB的最長(cháng)邊小于2.0英寸時(shí)，您必須添加處理邊緣以使其變大，或者創(chuàng )建一系列電路板，或者將兩者組合。

奇形板

當PCB需要裝在一個(gè)奇形的空間中并且沒(méi)有兩個(gè)平行的邊緣在傳送帶上進(jìn)行處理時(shí)，必須以某種方式添加必要的處理邊緣。這些使一些非常有趣和復雜的陣列設計成為可能，請牢記如何使電路板去面板化，以及如何通過(guò)使它們很好地適合制造商的標準處理面板來(lái)最小化電路板成本。這些注意事項在下面介紹。注意：您確實(shí)可以選擇使用可調式或定制的板載機，但是這些選件非常昂貴且麻煩。它們還可能需要大量維護，并且會(huì )占用大量的地面空間。

板陣列尺寸

您應該設計PCB陣列，以確保在整個(gè)過(guò)程中運行多個(gè)電路板的好處，同時(shí)從PCB制造商的標準處理面板中獲得上限數量的電路板。為了便于將來(lái)的PCB突破而對陣列進(jìn)行的每一次切割都會(huì )在一定程度上削弱面板的性能。因此，還必須限制陣列的尺寸，以防止PCB陣列變弱，這可能會(huì )導致在放置和放置機器中產(chǎn)生振動(dòng)并在波峰焊接機中引起下垂。典型的PCB制造商使用自己選擇的標準面板尺寸，通常為18×24英寸。他們需要1/2英寸的尺寸。處理雙面面板和1英寸面板時(shí)的周界間隙。處理多層PCB時(shí)的間隙。在18-×24-in。面板，這意味著(zhù)雙面和16-×22英寸的可用面板空間為17×23英寸。英寸的多層板空間。他們將在板陣列之間需要約0.1英寸的布線(xiàn)空間，因此這也是無(wú)法使用的面板空間?？梢允褂迷S多“面板計算器”來(lái)幫助您從制造商的標準面板上獲得上限的板數。但是，如果您沒(méi)有獲得70％的使用率，則應該更加努力（圖1）。

圖1

1.在設計面板尺寸時(shí)，請考慮將這些陣列寬度尺寸作為模板，以使傳送帶寬度變化保持最小。這在低數量，高混合環(huán)境中尤其重要。

設計面板尺寸時(shí)要考慮的另一項是將輸送機寬度的變化保持在最小。在我所生活的低數量，高混合的世界中，這一點(diǎn)尤其重要。如果您要沿一條線(xiàn)運行數百萬(wàn)個(gè)相同的板，那么這不是大問(wèn)題。在限制輸送機寬度變化的一個(gè)示例中，開(kāi)發(fā)了以下陣列寬度以使用24英寸輸入。1英寸地制作出的面板尺寸。周邊處理間隙：

W = 3.75英寸，L≥W

W = 7.25英寸，L≥W

W = 10.75英寸，L≥W

然后，數組的長(cháng)度應為16英寸。18英寸的限制。面板邊緣。

面板化方法

電路板的設計（即在邊緣上提供多少組件間隙，敏感的SMT組件是否靠近邊緣以及連接器或其他組件是否懸垂在邊緣上）將限制從中選擇面板突破方法的選擇。選擇。有時(shí)，在提供可行的突破方法的同時(shí)，可以采用多種方法組合來(lái)確保PCB陣列的強度。

為了提高強度，增加制造商面板上的電路板數量并促進(jìn)自動(dòng)分板，可以在電路板之間以幾乎任何方向使用實(shí)心凸耳來(lái)設計陣列。用于這種面板的去面板方法是去面板銑刀或激光切割機。前者會(huì )產(chǎn)生大量的灰塵，噪音和振動(dòng)，因此需要牢固的固定裝置。后者是資本密集型的并且限于大約1mm的板厚度。盡管如此，這些方法仍在大批量市場(chǎng)中占有一席之地，并且不受后面將概述的許多限制性指南的約束。

可以使用鉤形刀片工具來(lái)移除板之間的實(shí)心接片，但是此過(guò)程可能很麻煩。即使刀片在板子之間的插槽中只有很小的間隙，它也可以旋轉并從板子的主要部分咬一口。如果刀片的切割邊緣是錐形的，以防止損壞板，則它會(huì )留下少量凸耳從優(yōu)質(zhì)板上伸出。這也是一個(gè)非常低效的過(guò)程。

對于小批量/高混合pcb，兩種選擇的脫面板方法是V型槽和穿孔的接片。凸片和V型槽在IPC標準中已經(jīng)很好地涵蓋了。

V型槽拼板法

一般而言，這要求使用30至45度的圓形切割刀片從頂部切割板的厚度為1/3，從底部切割板的厚度為1/3。需要使用機器對面板進(jìn)行拼板處理，因為剩下的1/3的完整原板厚度非常堅固，而用手將其折斷會(huì )給PCB帶來(lái)很大的壓力。

圖2

2. V型槽會(huì )在電路板設計和PCB可制造性方面引起各種各樣的問(wèn)題。 

許多人在可能的情況下更喜歡使用V槽法（圖2）（在該方法中，沒(méi)有任何部件懸在邊緣上），因為在使用經(jīng)過(guò)適當設計的“披薩切刀”機器時(shí)，它效率更高，并且產(chǎn)生的表面應力更少。而且，用于V型槽的比薩餅切割機型去皮機價(jià)格低廉，可以長(cháng)久使用，并且幾乎不需要調整和維護。此外，它們是便攜式的-您可以將分板機安裝在小推車(chē)上，并在需要的地方輕松地將其移動(dòng)到整個(gè)商店。

但是，這是面板化的最嚴格方法。例如，您不能使用V形槽突破方法，其中組件懸垂在邊緣上。即使它們離板的邊緣太近，也不能使用這種方法，除非您一直沿PCB陣列切一條直線(xiàn)。

要清除圓形切割刀片，必須保持0.05英寸。從組件到V型槽刻痕中心的間隙，要考慮到組件的尺寸和安裝變化。由于位置的變化，諸如徑向電容器，徑向電感器和耗能徑向陶瓷電阻器之類(lèi)的高大部件之間的間距必須大于0.05英寸（標稱(chēng)值），而連接器和其他矮型零件的間距應為0.05英寸。 -在。清除。如果與刻痕線(xiàn)之間的距離小于0.25英寸（6.35毫米），則表面安裝的多層陶瓷片式電容器（MLCC）的長(cháng)邊必須平行于V形槽切口，并且無(wú)論距離刻線(xiàn)應保持0.119英寸（3毫米）。 。對于較大尺寸的蓋子和某些蓋子電介質(zhì)，這變得尤為重要。由于迫使分裝板刀片進(jìn)入V形槽而產(chǎn)生的表面應力會(huì )通過(guò)板表面傳遞到剛性焊點(diǎn)，然后傳遞到組件主體。如果它們太靠近V形槽，則可能使它們斷裂。將電容器本體的長(cháng)邊緣平行于邊緣定位可使本體斷裂的風(fēng)險降到很低（再次參見(jiàn)圖2）。

V型槽還會(huì )削弱PCB陣列，當陣列必須通過(guò)波峰焊接機時(shí)，這是非常不希望的。陣列中的V型槽加劇了在預熱的PCB材料上拉下的焊料波的表面張力。當將電路板下拉時(shí)，突出的引線(xiàn)往往會(huì )碰到，有時(shí)會(huì )掛在波峰焊擋板上。

圖3

3.如果是矩形PCB，則通過(guò)“跳躍刻痕”來(lái)加強陣列。在較短的邊緣或前緣和后緣。 

對于矩形PCB，您可以通過(guò)在較短的邊緣（即前緣和后緣）上“跳躍刻痕”來(lái)增強陣列（圖3）。由于V形槽刀片是圓形的，因此必須切開(kāi)板子的邊緣，以在板子的邊緣獲得完整的V形槽。將切割后的1/4英寸穿過(guò)PCB的邊緣，穿過(guò)1/2英寸。分離邊緣，將留下足夠的前緣和后緣，以增強陣列強度并減小波的下拉效應，同時(shí)在板上實(shí)現所需的全深度V形槽切割。

當使用跳躍得分時(shí)，必須指示分裝操作員在嘗試分離板之前先去除前緣和后緣。您可能會(huì )從PCB制造商那里得到一些幫助，但它可以使陣列更堅固。通過(guò)不給跳躍得分定尺寸來(lái)給制造者一個(gè)休息。很難控制，而且您不知道V槽切割刀片的直徑。因此，您不確切知道切割將在何處結束。

注意：如果需要“干凈”，平滑的板邊緣，則不希望使用V槽方法，但是這種情況很少發(fā)生。

分離制表面板拼版方法

當無(wú)法使用V形槽時(shí)，請設計PCB陣列，并在PCB之間留出打孔的小片，以留出空間。跡線(xiàn)和表面安裝的零件應與凸耳上的穿孔保持1/8英寸或約3毫米的距離，以免在分離電路板時(shí)碎裂和表面應力造成損壞。保持SMT MLCC距離穿孔小孔1/4英寸（6.35毫米）。在大多數制造廠(chǎng)中，標準銑刨機尺寸為3/32英寸或2.5 mm，您想要設計一個(gè)間距，該間距需要銑刨機鉆頭一次通過(guò)。對于V型槽設計，要考慮陣列的脆弱性，而對于穿孔板陣列，則要加倍。

五孔穿孔圖案是可分離凸耳的標準配置。在限制走線(xiàn)或組件邊緣間隙以及必須將凸片放置在懸垂零件下方的情況下，可以使用用于孔口的三孔圖案。三孔突圍要弱得多，與五孔突圍的間距必須更近。

可拆卸的敲除需要填充孔用面積大于或等于0.6英寸2，為了防止焊波從運行到基板的頂部。如果是較小的矩形孔，則可以在任何一側放置一個(gè)五孔孔。由于PC板將在波浪的中間下陷，因此擊倒在板的中間更為重要，而在邊緣則較不重要。如果不需要波峰焊接工藝，則不需要敲除。

圖4

4.接片規格符合IPC-7351，旨在防止接片穿孔后殘留的材料伸出接片后超出PCB邊緣。 

接片規格適用于IPC-7351 （圖4），旨在防止接片穿孔后殘留的材料從接片伸出后超出PCB邊緣。當在電路板邊緣附近走線(xiàn)時(shí)，這可能會(huì )給PCB設計人員帶來(lái)一些麻煩，但通常要從電路板設計開(kāi)始就牢記這一點(diǎn)。

在布線(xiàn)切口中心居中的穿孔會(huì )導致不必要的側板突出（圖5）。

圖5

5.在布線(xiàn)切口中心居中的穿孔會(huì )導致不必要的側板突出。 

當沒(méi)有足夠的空間容納五孔穿孔接片時(shí)，可使用三孔穿孔接片進(jìn)行敲除和板邊緣?？梢栽O計出一個(gè)矩形孔，在任何一個(gè)邊上都帶有一個(gè)五孔的穿孔凸耳（圖6）。

圖6

6.三孔穿孔的接片用于敲孔和板邊緣，沒(méi)有足夠的空間容納五孔穿孔的接片?？梢栽O計出一個(gè)矩形孔，在任何一個(gè)邊上都帶有一個(gè)五孔的穿孔凸耳。 

請勿將分離式突舌放在懸垂的組件下方（圖7）。

圖7

7.不要將分離式標簽放在懸垂的組件下面。 

凸耳必須放置在盡可能靠近面板末端的位置，以防止“鯨魚(yú)鰭” （圖8），此后，對于5孔圖案，應每2到3英寸；對于三孔穿孔凸耳，則應每1.5英寸。三孔圖案分接板用于板邊緣，其空間和間隙會(huì )阻止使用五孔分接板。

圖8

8.波峰上焊料的表面張力會(huì )拉低PCB上不受支撐的部分，并導致頂部焊料溢流。在處理邊緣的末端附近放置分接凸耳，以防止“鯨魚(yú)劃傷”。 

三孔圖案分接板用于板邊緣，其空間和間隙會(huì )阻止使用五孔分接板。分離式面板的設計必須使一次斷開(kāi)的所有凸舌共線(xiàn)。陳述的另一種方式是，斷裂軸必須與任何一個(gè)斷裂中涉及的凸耳孔共線(xiàn)。如果在斷開(kāi)操作過(guò)程中突舌的穿孔不是共線(xiàn)的，則某些突舌會(huì )承受垂直于板表面的力，從而在表面層壓板上造成撕裂作用（圖9）。

圖9

9.如果在斷開(kāi)操作過(guò)程中突舌的穿孔不是共線(xiàn)的，則某些突舌會(huì )承受垂直于板表面的力，從而對表面層壓板造成撕裂作用。 

可能只是阻焊層分層并與走線(xiàn)分開(kāi)，或者實(shí)際上可能是電路板的表面層，它會(huì )撕裂并拉動(dòng)走線(xiàn)。這是針對穿孔制片法的主要抱怨。在AMETEK，我們發(fā)現了一種永遠不會(huì )損壞電路板的折斷方法，如下所述。但是，實(shí)際上，這種方法并非萬(wàn)無(wú)一失。

組合面板化方法

將有關(guān)V形槽和穿孔板鑲板方法的準則放在一起，讓我們看一下同一塊板的兩種陣列設計（圖10）。

圖10

10.在本例中，雖然組合拼板方法減少了電路板數量，但值得多花一點(diǎn)錢(qián)增加更多的PCB，以防止在突破期間不斷發(fā)生的電路板損壞，以及反復出現的波峰焊溢出問(wèn)題。 

良好的設計減少了制造商面板上的板數。但是，為防止在開(kāi)孔期間不斷發(fā)生的電路板損壞和波峰焊溢出的問(wèn)題，為PCB多付一些錢(qián)是值得的。

穿孔板的重要說(shuō)明

不管您設計穿孔板式PCB陣列的質(zhì)量如何，如果使用不良的打孔方法，都可能會(huì )撕裂或分裂PCB的阻焊層或有源表面層。下面是一種安全的方法，用于打孔穿孔的標簽陣列，以最小化PCB損壞以及在打孔過(guò)程中將應力從PCB表面轉移到組件上的情況（圖11和12）。

圖11

11.彎曲邊緣上的每個(gè)凸耳，直到聽(tīng)到裂痕為止，但沒(méi)有進(jìn)一步的聲音。我們不希望這時(shí)的邊緣完全斷裂

 

圖12

12.以相反方向彎曲處理邊緣，以將其從板上完全卸下。 

多板陣列的面板強度注意事項

保持整體面板強度的主要原因是要避免在波峰焊和選擇性焊接過(guò)程中在取放機中產(chǎn)生振動(dòng)和下垂。如果不對面板進(jìn)行任何形式的通孔機焊接，則可以將以下概述的規則放寬50％。如果將面板焊接在支撐托盤(pán)上，它們也可能會(huì )松弛。以下是一些準則，以確保面板強度足以承受加工應力。

V形槽刻痕或帶有在板之間布線(xiàn)的突舌會(huì )導致面板強度顯著(zhù)降低。必須限制多個(gè)圖像托盤(pán)上各板之間的V形槽或布線(xiàn)的數量，具體取決于：

?板的材料和厚度

?要安裝在板上的零件的重量

?是否將使用剛性焊臺通過(guò)焊錫機處理電路板

必須以某種方式設計多個(gè)面板，以提供前后的未刻痕的加勁肋邊緣。如有必要，請使用本文前面所述的跳轉評分。如果由于不能承受自動(dòng)焊接過(guò)程或由于它們位于電路板的底部而必須手工焊接較重的零件，則它們并不是面板設計決策中的考慮因素。

對于厚度大于或等于0.06英寸（1.5毫米）的FR4或HTFR4 PCB，并排最多可容納1.5英寸的五個(gè)板。板寬，四塊板最大為2.5英寸。板寬，三塊板，最大4英寸。板寬，兩個(gè)用于7.5英寸以下的板。板寬。最長(cháng)6.65英寸的板可在面板上旋轉90°，并沿著(zhù)陣列的長(cháng)軸并排放置，以適合標準的7.25英寸。寬度。僅當結果面板的長(cháng)度大于寬度時(shí)，這才有意義，因此您可以將板子添加到陣列中以有效利用制造商的面板（圖13）。

圖13

13.長(cháng)板可以沿著(zhù)整個(gè)面板的長(cháng)軸并排放置。 

您也可以嘗試旋轉更長(cháng)的木板，最大10英寸長(cháng)，90°，以充分利用制造商的面板。但是，這通常會(huì )導致在通孔機焊接過(guò)程中出現過(guò)多的陣列下垂。在較厚，更堅固的PCB上，旋轉較長(cháng)的板更為實(shí)用。設計標準的0.09英寸厚的PCB時(shí)，超出這些準則的陣列中的板數可能會(huì )增加。

對于厚度小于0.06英寸（1.5毫米）的FR4或HTFR4 PCB，最多可并排放置三個(gè)板，最大1.5英寸。板寬和兩塊板，最大3英寸。板寬。請注意，這些面板將非常脆弱，并且在沒(méi)有波浪板支撐的情況下仍無(wú)法進(jìn)行波峰焊接。

為避免在加工機中下垂，PCB陣列設計中的另一個(gè)考慮因素是板上零件的重量。如果板上有重磁性物質(zhì)（大于半磅或1.1千克）或其他重物，則盡量不要在面板上放置多個(gè)板。如果最終的面板寬度不超過(guò)7.25英寸，則可以并排放置兩塊帶有重零件的板。在這種情況下，盡量指定較厚的PCB，例如0.09英寸。

其他注意事項

奇怪形狀的PCB：奇怪形狀的板可以彼此相對旋轉，以減少PCB原料的浪費，從而降低板的成本?？梢詫D像彼此交替90度到180度以實(shí)現PCB材料的節省，只要您不違反關(guān)于分頁(yè)凸耳穿孔與每個(gè)分頁(yè)軸共線(xiàn)的規則即可。

工具孔：為了方便進(jìn)行釘床測試，請在分離式處理邊緣上的板陣列的任何三個(gè)角附近提供工具孔。工裝孔通常為0.125英寸，+ 0.004 / -0.00，并且未電鍍。同樣，工具孔通常放置在距離板陣列邊緣約5毫米的位置。

基準標記：包含具有表面安裝部件的PCB的陣列必須具有基準標記，通常在每個(gè)工具孔附近都有一個(gè)基準標記?；鶞蕵擞浉袷接泻芏噙x擇，因此您應該向匯編程序咨詢(xún)其偏好?；鶞蕵擞浀倪吘壉仨毰c板的邊緣至少相距0.157英寸（4毫米），以使它們不會(huì )被基準對準攝像系統的加工機中的傳送帶頂部夾具遮蓋。陣列處理邊緣基準標記并不排除在陣列內各個(gè)板上提供基準標記的必要性。

結論

沒(méi)有設計者可以忽略這些PCB面板化注意事項。PCB陣列設計可能會(huì )對PCB組裝過(guò)程產(chǎn)生積極或消極的影響。各種考慮因素都很復雜，并且會(huì )受到PCB幾何形狀以及無(wú)數PCB組裝服務(wù)供應商的眾多機器功能的影響。陣列設計也會(huì )極大地影響PCB成本。