PCBA分闆技術髮展及應用

電子産品最終尺寸不衕，決定瞭PCB的物理尺寸大小，便攜式電子産品、穿戴式電子産品、闆卡類電子産品等尺寸較小，PCB及PCBA製程均會採用聯闆生産模式，這就是業界常説的拚闆、聯闆，英文寫作Panel，單闆的英文寫作Pieces。如雙拚闆又稱謂兩連片，多拚闆又叫多連片。

智能手機闆常見的爲4拚闆，也就是每箇Panel有4pcs。拚版的模式又分爲陰陽闆、陽陽闆，如4拚闆，兩箇A麵、兩箇B麵拚在一起，稱謂陰陽拚闆；4箇A麵拚在一起稱謂陽陽闆。實際業界比較少稱呼陽陽闆，非陰陽拚闆，直接換做幾拚闆卽可。

早期陰陽拚闆較多，目的是用衕一條産線完成正反兩麵持續生産:兩箇A麵+兩箇B麵拚在一起生産，反過來仍然是兩箇A麵+兩箇B麵，這樣生産比較連續，不用換線卽可完成産品整體生産。

隨著産品的複雜化，關鍵部件如CPU等要求不得過兩次Reflow、功能模塊等重物料二次過爐時在底部容易掉件，陰陽拚闆使用越來越少，當下僅在部分小闆卡上仍保留陰陽拚闆模式。

衕麵連扳根據拚闆方曏，又分爲平移拚闆、180°拚闆兩種，圖1-拚闆模式。平移拚闆對SMT貼片程序製作比較有利-有方曏性的元件所有拚闆吸取貼裝方曏一緻；180°拚闆對有接插件的産品比較有利，可以充分利用闆邊的空間。

所有拚闆，生産後均需分闆處理。分闆技術常見的有手工掰闆、手工摺闆、V-cut分闆、鍘刀分闆、鑼闆分闆（Router）、衝切分闆（Punch）、激光分闆等。

手工掰闆是最早期單麵闆分闆的模式，當下業界在白色傢電、低單價電源、低單價消耗闆等産品上仍有少量使用。手工掰闆不需要任何設備，無設備投資要求，無分闆治具要求。

手工掰闆會産生較大應力，要求産品焊點尺寸較大、機械強度較大，如紅膠闆（單麵闆）仍存在手工掰闆現象。零件密度較高、有IC等高端器件的産品一般不允許使用手工掰闆作業。

手工掰闆産品一般採用V-cut處理，PCB材質通常爲FR1、FR2、CEM等低強度闆材，連闆通常用V-cut方式，郵票孔、聯橋強度有限，齣現連闆斷裂、受熱闆彎變形嚴重等現象。手工掰闆毛刺較大，有一定報廢機率，産品裝配對尺寸、毛刺不能有太多要求。

手工摺闆分闆模式與手工掰闆類似，有時兩種模式共存-手工摺闆去掉闆邊，手工掰闆分離連片。手工摺闆作業，通常PCB材質強度較純手工掰闆大，如使用FR4的雙麵薄闆。需要使用摺闆卡槽協助分闆，圖2-手工摺闆分闆。

手工摺闆作業需註意，操作人員需手持靠近摺闆卡槽位置，禁製直接搬動頂部。人工搬動頂部摺闆力矩大，便於人員作業，但産生的應力較大，容易導緻焊點斷裂或元件本體斷裂。需要企業明確摺闆作業細節，避免摺闆導緻的品質異常。

人工摺闆基本沒投資，純粹靠人員作業，早期在低端産品上使用，中高端産品禁止使用。人工摺闆作業，毛刺大、應力大，適閤低端、大尺寸元件産品、裝配測試對闆子形狀及尺寸要求不高場景。

V-cut拚闆、走刀或鍘刀分闆在業界應用由來已久，當下仍有一部分企業採用此分闆模式。相對於人工掰闆、人工摺闆，圓走刀及鍘刀分闆應力有大幅度下降，但整體應力控製仍無法與自動鑼闆相提併論。

圖3- V-cut圓走刀、鍘刀分闆。PCB V-cut從角度講有30° 45° 60°三種，V-cut角度越小，佔用的寬度就越小，這樣可以保證V-cut邊緣距離闆邊的元件尺寸較大。

如圖4- V-cut角度與槽寬的關繫，2.5mm厚的PCB， V-cut殘厚0.5mm，則C-cut深單邊1mm，30°的V-cut寬度爲0.53mm，60°的V-cut槽寬爲1.14mm。窄的V-cut分闆時容易夾刀，導緻分闆應力超標。V-cut角度越小，分闆過程越需要嚴格管控刀刃磨損程度及上下刀口對齊程度。V-cut分闆需記録刀口次數，定時校準上下刀口對齊程度，PCBA需放置水平，以降低分闆時應力絶對值。

需要指齣的是，V-cut結構，PCB殘厚與闆材有關，且與PCB闆厚也有直接關繫。如FR1、CEM類闆材，PCB殘厚可達1mm, FR4及以上闆材，PCB殘厚通常爲0.4mm~0.6mm，併非業界有些衕仁所述的三分之一闆厚。如某産品闆厚3.2mm，使用FR5闆材，如果按照闆厚的三分之一留V-cut厚度就是1mm，這麽厚的V-cut很難用鍘刀或圓刀正常分闆。關於圓刀及鍘刀角度、刃口長度等細節，筆者有在視頻課程中詳細講解，感興趣的衕仁可以看看視頻課程。

Router（鑼闆機）分闆是當下硬闆中應用最廣泛、最普遍的方式。其基本原理是使用高速镟轉的銑刀，將PCB連闆的郵票孔或連接橋銑削掉，圖5-鑼闆機分闆。相衕切削速度的前提下，銑刀轉速越高，産生的應力越小，邏輯很容易理解——轉速越高，每轉切削的進刀量越小。Router分闆機從下刀方式分爲上走刀、下走刀兩種。

衆所週知，鑽頭鑽孔，退屑槽將闆屑帶齣殘留在闆麵。銑刀分闆衕樣會産生闆屑，智能手機、智能手錶等産品元件密度高，闆屑的殘留會導緻後工序的異常如底部填充膠品質異常。自動鑼闆機一般會自帶真空清闆屑功能，但很難徹底將闆屑清除。下走刀鑼闆機銑刀下刀在底部，分闆時闆屑受重力作用自動下落、加上振動及真空吸、防靜電毛刷、離子風扇等功能協助，可以有效將闆屑清潔帶離闆麵。

對於闆麵高清潔度要求的産品，下走刀分闆機是更好的選擇。早期的鑼闆機多爲離線式作業，當下On-line全自動分闆應用十分成熟且廣泛。在線全自動分闆機一般包含自動上闆（支持防靜電週轉颱車、防靜電吸塑盤、皮帶線、普通傳送軌道等所中方式）、自動分闆清潔、自動拋闆邊、自動下闆（自動擺盤、自動傳齣等多種方式）。

全自動在線分闆機技術的成熟，將原來的人員取放闆作業直接改爲機械手作業，避免瞭人員作業疲勞、精神狀態不佳、責任心等因素導緻的撞件、破損、異物等現象的齣現。全自動分闆因不需要人員操作，所以噪聲環境等因素都可以得到良好的處理。

部分在線分闆機配閤機械手作業，實現自動分闆、測試、擺盤等一繫列複雜動作，徹底解放一線員工，堪爲自動化工廠標桿性環節。全自動鑼闆分闆應力小，可以控製在300µε以下，適用於穿戴式電子産品、便攜式電子産品、軍工、航天、汽車、醫療、艦船、軌道交通、通訊基站、服務器、工作站、金融繫統等高可靠性要求産品領域。可以穫得較精準的尺寸及光滑的分闆界麵。

需要説明的是，鑼闆機不適閤分切金屬基闆如鋁基闆、銅基闆等金屬基闆。金屬基闆分切時銑刀與金屬材質之間摩擦，導緻銑刀快速磨損，産生粗糙的切麵及較大的分闆應力。

FPC（柔性線路闆）及薄闆分闆通常採用兩種模式，衝切（Punch）與激光分闆。早期FPC分闆多採用Punch模式，製作對應的衝切模具，將FPC放置於模具內，閤模衝切完成FPC分闆。高端的FPC還要求衝切模具具備真空吸平功能，以確保FPC在模具上的平整度。

衝切模具的工作原理類似於剪刀剪切紙張，當剪刀刃口磨損時，無法順利將紙張剪開，産生擠壓扭麴力，導緻衝切邊緣不整齊、甚者元件焊點開裂、PCB變形起皺等異常現象。圖6-衝切分軟闆、薄闆。Punch製程，模具需及時清潔、保養維護，不得齣現粘膠、異物、生鏽、氧化現象，也不能齣現切口崩損現象。

0.5mm以上硬闆不建議採用衝切方式分闆。衝切自動作業實施睏難，原因是上下模具間空間有限，機械手難以作業，增加上下模具間高度會影響閤模精準度且受限於液壓缸行程。

大批量的FPC分闆作業，可以採用激光分闆。激光分闆可以實現全自動在線作業：焊接完成的FPC隨衕磁性載具送入激光分闆機，分闆機識彆Fiducial mark定位産品，激光分闆；真空吸取裝置取下不鏽鋼片、撿闆擺盤、拋闆邊，載具自動迴收。激光分闆技術成熟，應用廣泛，不需要製作分闆治具，在FPC分闆領域應用廣泛。

需要註意的是，二氧化碳激光屬於熱光，分闆時産生的熱量會齣現碳化現象，在一些特殊條件下會導緻漏電。因FPC分闆需要的功率較小，所以通常建議採用UV光分闆。UV屬於冷光，分闆時不易齣現碳化現象，可以有效避免碳化帶來的品質異常現象。激光分闆效率高、品質佳、轉産快、使用成本低，可以實現全自動無人化生産，是FPC生産分闆的首選方案。

激光分闆的另一用途是金屬基闆成型與分闆。Mini LED、Micro LED、普通照明産品、IGBT等産品，使用鋁基闆、銅基闆、氮化鋁基闆等。金屬基闆廠商製造基闆時，使用鑼闆機對金屬進闆成型，鑼闆機銑刀壽命耗損嚴重，增加瞭金屬基闆的成本。鑼闆機銑刀尺寸太小，銑刀容易斷裂、磨損，壽命嚴重降低；銑刀尺寸增加，金屬基闆材料利用率下降；卽便使用大尺寸銑刀作金屬基闆成型，鑼闆機成型效率也很低。

激光分闆機可以完美取代闆廠鑼闆成型設備。激光分闆成型效率是一般鑼闆機的2~5倍，因激光光闆尺寸佔用的空間有限，所以成型佔用的金屬基闆尺寸有限，以400x1200的鋁基闆爲例，激光成型闆材利用率可以提陞5%~20%。

金屬基闆産品焊接完成後使用激光分分闆是首選，激光分闆可以實現全自動無人化生産，穫得的分切片平整光滑，分闆效率是傳統鑼闆機的2倍以上。不存在斷針、分切麵毛刺超標現象。是金屬基闆産品製造商的優選方案。圖7-金屬基闆激光成型與金屬基闆PCBA分闆。

降本、增效、減員、自動化是産業髮展的趨勢，每箇環節的自動化、信息化都會爲解放人力、提效增質提供價值。電子産品生産環節繁雜、精密，自動化、信息化、智能化是不可逆的趨勢，這也再次詮釋瞭“科學技術是第一生産力”的意義。

業界有衆多自動化的創新成果及“保密、競限”方案，衕仁倘若有具體的自動化睏擾，不妨提齣可以一起討論，興許行業已經有成熟的應用方案供您蔘考，避免從頭來過，自行從頭研究“車輪是三角形、四邊形、菱形、圓形，哪一種更優秀”，態度固然可嘉，時效、成本、效果則不免令人唏噓。成長是踩在前人的肩膀上前行，這樣更快、準、穩。

衕仁可以根據産品特徵，選用不衕的分闆方式，分闆方式選錯，結果就會事倍功半。

圖8-分闆工藝不當導緻的瑕疵，銅基闆使用鑼闆機分闆，使用鎢鉬閤金刀，分闆道具損傷嚴重，分闆毛刺不閤格，理想方案是激光分闆；IC封裝用載闆，內部增強材料爲超強石英纖維，選用二氧化碳激光分闆，無法有效切割分開，應該選用鑼闆機分切處理。沒有什麽是完美的方案，選用對的方案就是完美。

願與諸君共勉。

【本文轉自《一步步新技術》雜誌，作者是雜誌技術總顧問。】