PCB拼板方式與技巧及注意事項
發(fā)布日期：2021-08-24
PCB設(shè)計完成到線路板制作階段前，還有一個非常重要的步驟未完成，那就是PCB拼板。拼板有時候由客戶自行提供，有時候則是線路板廠的工程師拼板完成后給到客戶進行確認，確認無誤后再投入生產(chǎn)制作。
PCB拼板不僅牽涉到PCB電路板的質(zhì)量，更能影響PCB生產(chǎn)的成本，如何在確保PCB電路板的質(zhì)量前提下，進行合理有效的拼板，從而節(jié)省原材料，是PCB設(shè)計公司、PCB廠家需要特別注意的一個問題。
什么是PCB拼板？
現(xiàn)在的電子產(chǎn)品都在向小型輕便化方向發(fā)展。當(dāng)你的設(shè)計PCB電路板特別特別小，有的電子產(chǎn)品模塊小到幾厘米見方那么的小塊時，PCB加工制造倒還好說，但是到了PCB裝配環(huán)節(jié)，那么小的面積放在貼片機上進行裝配就帶來了問題，沒有辦法上裝配生產(chǎn)線！
這里就需要對小塊PCB進行拼版，拼成符合裝配上機要求的合適的面積，或者拼成陰陽板，更加便于貼片裝配。一般情況下，線路板廠家會提供拼板的服務(wù)。
圖1 拼板制作的PCB電路板（還未分板）
PCB拼板，就是把多個單獨的線路板（相互沒有連線的板子）合并成一塊板子一起制作。這樣的話可以一次生產(chǎn)多種板子，速度很快，而且一般價格都會比單獨PCB打樣便宜。
PCB拼板的前提是需要拼板的電路板的層數(shù)以及制作工藝是一致的，否則無法制作。
PCB拼板名詞術(shù)語解釋
1、Mark點
用來幫助SMT貼片機的光學(xué)定位有貼片器件的PCB板對角至少有兩個不對稱基準(zhǔn)點，整塊PCB光學(xué)定位用基準(zhǔn)點一般在整塊PCB對角相應(yīng)位置；分塊PCB光學(xué)定位用基準(zhǔn)點一般在分塊PCB對角相應(yīng)位置；對于引線間距≤0.5mm的QFP方形扁平封裝和球間距≤0.8mm的BGA球柵陣列封裝的器件，為提高貼片精度，要求在IC兩對角設(shè)置基準(zhǔn)點。
圖2 PCB電路板上的Mark點
圖3 PCB拼板中的Mark點分布
2、工藝邊
為了輔助生產(chǎn)插件走板、焊接過波峰焊在PCB板兩邊或者四邊增加的部分，主要為了輔助生產(chǎn)，不屬于PCB板的一部分，生產(chǎn)完成需去除的部分。
圖4 PCB工藝邊
線路板制作前為什么要拼板？
PCB拼板的原因主要有兩點：
1、PCB拼板有利于節(jié)省成本與方便線路板廠生產(chǎn)
PCB制作所用的覆銅板（CCL覆銅板，PCB制作過程中的基礎(chǔ)材料，欲了解更多請參見這兩篇文章：PCB板材原料的區(qū)別你了解多少？和【干貨】你想了解的PCB板材基礎(chǔ)知識都在這里）在出廠時都是統(tǒng)一的規(guī)格，但是不同客戶的不同線路板的規(guī)格卻是千差萬別的。線路板有大有小，有長有短，有規(guī)則的外型也有不規(guī)則外型，如何在相同的覆銅板尺寸的情況下，最有效的利用覆銅板的利用率，節(jié)省原材料的成本即是線路板拼板的意義所在。
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2、PCB拼板有利于后續(xù)的SMT貼片生產(chǎn)
電路板制作完成以后需要上SMT貼片流水線貼上元器件，每個SMT的加工工廠都會根據(jù)流水線的加工要求，規(guī)定電路板的最合適的尺寸規(guī)定，比如尺寸太小或者太大，流水線上固定電路板的工裝就沒法固定。那么問題來了，如果我們的電路板本身尺寸小于工廠給的尺寸規(guī)定時怎么辦？那就是需要我們把電路板拼板，把多個電路板拼成一整塊。拼板無論對于高速貼片機還是對于波峰焊都能顯著提高效率。
PCB拼板的方式選擇
PCB拼板的方式主要有V-CUT、沖槽、郵票孔這三種方式。拼板尺寸不能太大，也不能太小，一般很小的板子可以拼板加工或者方便焊接而拼板。
1、PCB拼板方式之一—V-CUT（V形槽）
V割，又稱V-CUT，是在兩個板子的連接處畫一個槽，這個地方板子的連接就比較薄，容易掰斷。在拼板時將兩個板子的邊緣合并在一起就可以。另外V割一般都是直線，不會有彎曲圓弧等復(fù)雜的走線，所以在拼版時可以盡量在一條直線上。注意在兩個板子之間給V割留有間隙，一般0.4mm就可以。V割線可以使用2D線放在所有層進行表示。V-CUT是如今比較流行的PCB拼板方式。
V形槽適合于分離邊為一條直線的PCB板，如外形為矩形的PCB。V形槽的設(shè)計要求如下圖：
圖5 PCB拼板V形槽的設(shè)計要求
如圖所示，開V形槽后，剩余的厚度X應(yīng)為（?~?）板厚L，但最小厚度X須≥0.4mm。對承重較重的板子可取上限，對承重較輕的板子可取下限。V型槽上下兩側(cè)切開的錯位S應(yīng)小于0.1mm；由于最小有效厚度的限制，對厚度小于1.2mm的板子，不宜采用V槽拼板方式，如需加工V型槽，必須在加工單上說明V形槽加工要求。
2、PCB拼板方式之二—沖槽
沖槽指的是在板與板之間或者板子內(nèi)部按需要用銑床銑空，相當(dāng)于挖掉。
3、PCB拼板方式之三—郵票孔
由于V割只能走直線，所以只適用于規(guī)則PCB板的拼板連接。對于不規(guī)則的PCB板，比如圓形的，就需要使用到郵票孔來進行拼板連接。
所謂郵票孔的PCB拼板方式就是采用很小的孔把板與板之間連接起來，看起來像郵票上面的鋸齒形，所以叫郵票孔連接。郵票孔連接是板與板之間的四周都需要高控制毛刺，即只能使用一點郵票孔來代替V線。
郵票孔的拼板方式一般在異形板中使用的較多，且由于郵票孔非常小，用手也很容易掰斷。
一般過孔的直徑為0.65mm，一排5個過孔（當(dāng)然可以根據(jù)自己的需求增加，可以增強穩(wěn)固性），兩個過孔的間距（中心距離）為1mm。上下兩排過孔的距離為2mm。在PCB中只需要使用2D線畫出過孔，且過孔有1/3進入板子。然后在兩個板子之間畫一個框?qū)⑦^孔全部包住。2D線需要設(shè)置為所有層即可。
郵票孔拼板設(shè)計的三種連接方式
1、郵票孔與工藝邊連接，中間不穿導(dǎo)線時設(shè)置要求如圖-a
圖a
2、郵票孔與工藝邊連接，中間穿導(dǎo)線時設(shè)置要求如圖-b，要求過孔兩邊的導(dǎo)線不在同一層布線，線寬要求0.3mm
圖b
3、當(dāng)兩拼板連接時，如不采用V型槽時，設(shè)置如圖-c
圖c
以上三種連接方式兩個相鄰連接鍵之間的距離要求為6mm～40mm之間。
PCB拼板工藝要求
1、對于不規(guī)則PCB拼板后會有空隙在拼板兩邊，角落不得有掏空情況（至少一邊不掏空），否者SMT機器的定位錘無法定位，造成無法貼片。
2、對于PCB雙面板一定要注意焊盤過孔金屬化(PHT)與非金屬化(NPTH)。
PCB拼板的十大拼板技巧
1、PCB拼板的外框（夾持邊）應(yīng)采用閉環(huán)設(shè)計，確保PCB拼板固定在夾具上以后不會變形(一般不允許在這個邊上開V槽)；
2、PCB拼板寬度≤260mm（SIEMENS線）或≤300mm（FUJI線），根據(jù)產(chǎn)線的不同而不同，因為我們可能有很多物料，本身加工設(shè)備一個料槍對應(yīng)一個模組，因此如果拼板超過了模組的范圍，加工速度會變得非常慢。；如果需要自動點膠，PCB拼板寬度×長度≤125mm×180 mm；
圖6 PCB拼板需要考慮SMT貼片物料與模組的因素
3、PCB拼板外形盡量接近正方形，推薦采用2×2、3×3、……拼板；但不要拼成陰陽板；
圖7 PCB陰陽拼板
4、尺寸較小的線路板之間的中心距控制在75 mm～145 mm之間；
5、設(shè)置基準(zhǔn)定位點時。為了保證檢測板的位置和水平，我們需要在板的邊沿設(shè)置三個以上的定位點，通過光學(xué)檢測這三個點，可以得到整個加工的基準(zhǔn)坐標(biāo)和板的水平度。通常在定位點的周圍留出比其大1.5 mm的無阻焊區(qū)，正確做法為，離邊沿5mm，且行進方向不一致的時候間距不同(便于區(qū)分進入方向)；
圖8 PCB拼板時需要在電路板邊緣設(shè)置三個以上的定位點
圖9 PCB拼板時基準(zhǔn)定位點的設(shè)置
6、對于元器件的布置，首先需要注意的是所有的朝向要一致，不能出現(xiàn)鏡像這樣的情況，這樣會引起加工的坐標(biāo)定位問題；其次就是在邊緣(拼板外框與內(nèi)部小板、小板與小板之間)不能有連接器伸出的情況發(fā)生，如果存在這種情況會妨礙焊接完成后刀具分板。
圖10 PCB拼板需要注意的是元器件的朝向要一致
圖11 PCB拼板的邊緣不能有連接器伸出的情況
7、在拼板外框的四角開出四個定位孔，孔徑4mm±0.01mm；孔的強度要適中，保證在上下板過程中不會斷裂；孔徑及位置精度要高，孔壁光滑無毛刺；
8、PCB拼板內(nèi)的每塊小板至少要有三個定位孔，3≤孔徑≤6 mm，邊緣定位孔1mm內(nèi)不允許布線或者貼片(防止誤判斷)；
圖12 PCB拼板小板上的定位孔的設(shè)置
9、用于PCB的整板定位和用于細間距器件定位的基準(zhǔn)符號，原則上間距小于0.65mm的QFP應(yīng)在其對角位置設(shè)置；用于拼板PCB子板的定位基準(zhǔn)符號應(yīng)成對使用，布置于定位要素的對角處；
10、大的元器件要留有定位柱或者定位孔，重點如I/O接口、麥克風(fēng)、電池接口、微動開關(guān)、耳機接口、馬達等。
PCB拼板其他注意事項
1、PCB在拼板時要注意留邊和開槽
留邊是為了再后期焊接插件或者貼片時能有固定的地方，開槽是為了把PCB板拆分開來。留邊的工藝要求一般在2-4MM，元器件要根據(jù)最大寬度進行PCB板放置。開槽就是在禁止布線層，或者材料層，具體跟PCB廠家商定，進行處理加工，設(shè)計人員進行標(biāo)示就可以了。PCB拼板是為了方便生產(chǎn)，提高工作效率，你可以自行選擇。
2、v型槽和開槽都是銑外型的一種方式
在做拼版時可以很容易的將多個板子分離，避免在分離時傷害到電路板。根據(jù)你拼版的單一品種的形狀來確定使用哪種方式，v-cut需要走直線，不適合尺寸不一的四種板子。
3、拼版要求
一般是不超過4種，每種板的層數(shù)、銅厚、表面工藝要求相同，另外與PCB廠家工程師協(xié)商，達成最合理的拼版方案。
拼板就是為了節(jié)省成本，如果生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，批量較大建議單獨生產(chǎn)，拼板還要承擔(dān)廢品率10%-20%不等。
PCB拼板的具體操作步驟
下面以Altium Designer09為基礎(chǔ)講解PCB板的拼版方法，圖13是用到的PCB板（長80mm,寬63mm），把其拼版成2行3列的效果。
圖13
1、按住左鍵不松，拖拽鼠標(biāo)，選中PCB板，如圖14和圖15。
圖14
圖15
2、按下Ctrl+C組合鍵，此時出現(xiàn)十字圖形，用來選擇基準(zhǔn)點，這里我們將其中心對準(zhǔn)右下角，單擊鼠標(biāo)左鍵，如圖16。
圖16
3、這時按照如圖17步驟操作
圖17
點擊Paste Special（特殊粘貼）之后會出現(xiàn)如圖18下對話框，第一個復(fù)選框不能勾選，如果勾選只能復(fù)制你所在的當(dāng)前層，例如：你現(xiàn)在在Toplayer層，那么你復(fù)制的只是Toplayer上的東西，其他層的東西將不會被復(fù)制。第二個也不能選，如果選上，會出現(xiàn)如圖19所示情況，這里我們直接將第三個復(fù)選框選上就好。（可使用快捷鍵E—A進行操作）
圖18
圖19
4、完成步驟3，這是我們點擊圖18中的Paste Array,出現(xiàn)如圖20所示對話框。
圖20
Place Variables選項中的Item Count是設(shè)置粘貼的個數(shù)，Array Type是用來設(shè)置粘貼PCB板的排列類型，有2種，Circular是環(huán)形排列，linear是線型排列，根據(jù)自己的需要選擇，這里我們選擇Linear，Linear Array是用來設(shè)置粘貼的每塊PCB板之間的相對位置，參考點是步驟2點下去的那一點，這里我們選擇X坐標(biāo)為80mm（這里的單位我們可以在第2步中點擊Q在mm和mil之間切換），y坐標(biāo)為0mm設(shè)置好后我們點擊OK，這時出現(xiàn)十字圖形，這個十字圖形的中心對應(yīng)與3塊PCB板的第一塊PCB板的位置就相當(dāng)于步驟2中點下去的哪一點相對于原PCB板的位置，點擊左鍵，即可放置3塊PCB板，根據(jù)自己的需要放置3塊PCB板，放置時出現(xiàn)如圖21所示，意思是需不需要從新敷銅，這里點擊選擇NO不需要，不然結(jié)果如圖22。如果在圖20中的Array Type中我們選擇Circular并把CircularArray下面的復(fù)選框選中，并在Spacing(degrees)后寫45，點擊Ok，這時出現(xiàn)十字圖形，這個十字圖形的中心對應(yīng)與3塊PCB板的第一塊PCB板的位置就相當(dāng)于步驟2中點下去的那一點相對于原PCB板的位置，這時粘貼的3塊PCB板之間的相對夾角是45度，如圖21。
圖21
圖22
圖23
5、重復(fù)上述第2步,第3步,第4步操作，注意此時在2步驟中的左鍵點擊的那一點，點在右上角，此時完成2行3列的拼板現(xiàn)象如圖24，最后要加上工藝板邊(工藝板邊加在線路板的長邊)，切換到Keep-Out-Layer繪制，同時加上mark點如圖25所示。
圖24
圖25
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