PCB拼板的步骤及有哪些小技巧？

电子产品从设计完成到加工制造其中最重要的一个环节就是PCB电路板的加工。而PCB加工出来的裸板绝大部分情况是要过贴片机贴片装配的。

PCB拼板是指将多个相同或不同的小电路板（单板）组合成一个较大的生产板（Panel），以优化SMT贴片、插件焊接等自动化生产流程。以下是主要步骤和一些实用小技巧：

一、PCB拼板的主要步骤：

确定拼板方案：
- 评估需求： 根据板子尺寸、形状、数量、生产工艺要求（SMT、波峰焊、测试等）确定是否需要拼板。
- 选择连接方式： 确定使用 V-Cut (直边规则形状) 还是 邮票孔 (不规则形状、圆形板或需要较高强度) 连接，或两者结合。
- 计算排版： 在面板面积内，最大化利用率，合理安排小板的数量和方向（考虑元件布局、走刀路径、应力方向等）。尽量做到规则、对称排列。
- 确定工艺边： 在Panel四周（或两侧）预留足够宽度的工艺边，用于SMT设备夹持、自动光学检测、贴片定位Mark点、拼版Mark点、测试点等。工艺边在最后会被切除。
设计工艺边与辅助工具：
- 添加工艺边： 画出工艺边轮廓，宽度通常为5mm-10mm（具体根据设备要求）。
- 添加定位Mark点：
  - 全局Mark点： 在Panel的对角或四角添加，用于整板定位。尺寸通常为直径1mm，周围留出3mm禁铜区。
  - 局部Mark点： 在需要精确定位的关键小板（如高密BGA）或需要精准拼版的位置添加。
- 添加光学定位靶标： 在工艺边上添加用于AOI等设备的识别标记。
- 添加测试点/V割测试点： 在合适位置添加测试点，方便后续飞针测试或夹具测试。为V割线设计专门的测试过孔。
设计板间连接：
- V-Cut设计：
  - 确定V割线位置和方向。
  - V割深度：通常为板厚的1/3。确保残余厚度足够支撑生产，又易于分板（通常0.3mm - 0.5mm残余）。
  - 间距：板与板之间沿V割线的间距为0mm（直接相连），或预留微小的间隙（如0.3mm - 0.5mm）避免应力集中或分板毛刺过大。
  - 延伸：V割线需延伸超出小板边沿一小段（几mm），并确保在工艺边内终止（避免分板时伤到工艺边）。
  - 禁布区： 在V割线两侧（通常各1mm以上）设置禁止布线、放置元器件、打孔的禁布区，避免分板损伤。
- 邮票孔设计：
  - 排列：在相邻小板边缘的间隙内，均匀交错排列邮票孔。
  - 孔径：通常为0.3mm - 0.5mm直径的过孔（需要钻孔）。
  - 孔间距：孔中心距为0.8mm - 1.5mm（孔径的1.5 - 3倍）。
  - 孔到板边距：确保孔与小板外轮廓有合理距离（如≥0.3mm）。
  - 铣槽（关键）： 在邮票孔上下（或左右）铣出连接桥的槽（通常是邮票孔直径的2倍宽）。
  - 禁布区： 在邮票孔周围设置禁止布线、放置元器件、打孔的禁布区。
添加其他辅助信息与图形：
- 拼版尺寸标注： 在板边或Mechanical层标注最终Panel的尺寸（长宽厚）。
- 板号、版本号、日期： 添加在整个Panel的工艺边上。
- 定位孔： 在工艺边上添加用于固定整个Panel的安装孔。
- 分板提示线/箭头： 在工艺边或V割线末端添加指示分板方向的线条或箭头。
- 层压方向标记： 如果板材有方向性（如CCL经纬向），标注在Panel上。
- 公司信息。
生成Gerber文件：
- 将所有设计（拼好的Panel、工艺边、连接、标记等）转换为标准的Gerber文件格式（如RS-274X）。
- 包含所有必要的层：顶层铜、底层铜、丝印、阻焊、钻孔文件、外形层、V割层（如果单独输出）等。
生成钻孔文件：
- 导出标准钻孔文件，包含所有邮票孔和安装孔的坐标、孔径大小等信息。
设计评审与沟通：
- 内部评审： 检查设计的合规性（禁布区、标记完整性、连接强度等）。
- 与制造商沟通： 将Gerber文件、钻孔文件发给PCB制造商，务必沟通拼版要求（如工艺边宽度、连接方式细节、特殊板材需求），确认他们的设备能力和工艺窗口是否满足。获取制造商的拼板认可意见。
生产与分板：
- 制造商按照Panel图生产出整板。
- SMT厂在Panel上进行元件贴装和焊接。
- 最终通过专业的设备（如V割分板机、铣床、邮票孔冲压机）将Panel分割成单个小板。

二、PCB拼板实用小技巧：

间隙抗应力：
- 对于V-cut拼板，在板与板之间预留一个非常小的间隙（0.3mm - 0.5mm），而不是紧密无缝连接。这个间隙可以释放制造和分板时的应力，大大降低微小裂纹的产生风险，提高分板边缘平整度。
V割位置优化：
- 让V割线尽量通过小板边缘的中心位置，避免过于靠近元件的焊盘或过孔，保证禁布区要求。
- 避免V割线设计在需要承受较大机械应力的区域附近（如接线端子、连接器）。
邮票孔强度与分板：
- 邮票孔的强度比V-cut高。在需要更稳固连接的地方（比如形状不规则、尺寸大、元件重）优先选择邮票孔。
- 务必设计铣槽： 铣槽使连接桥变窄变弱，是邮票孔拼板易于分板的关键。否则需要很大的外力才能掰断，极易损坏边缘。
工艺边设计：
- 宽度足够： 确认SMT设备夹爪所需最小间距，在此基础上至少增加2mm作为安全裕量。
- Mark点保护： Mark点周围做“禁止布线覆盖窗” 防止锡膏或阻焊覆盖，保持表面平整高对比度。
- 双工艺边： 对于尺寸小、密度高的板子，可以在Panel长边两侧都加工艺边，提高SMT设备的稳定性。
方向与对称：
- 方向统一： 尽量让所有小板的主要器件方向（如所有QFP芯片的方向）在贴片机上保持一致，减少吸嘴更换和程序调整时间。
- 对称排布： 布局尽可能对称平衡，避免重心偏移，减少生产过程中因振动或受力不均导致的变形和精度问题。
板间距优化：
- 平衡利用率和可操作性。板间距太小（特别是V-cut无间隙）影响分板效果；太大则浪费板材。根据板厚和强度需求（0.5mm - 3.0mm常见）。
文件标注清晰：
- 明确标注： 在Gerber文件的技术图纸层（Mechanical）清晰标注最终拼版尺寸、工艺边宽度、连接方式（V-cut位置、邮票孔区域）、MARK点位置等关键信息。
- 层命名规范： Gerber各层文件名包含明确含义（如.GKO或.GM1为板框/挖空层，.GML为V割层）。
沟通是王道：
- 提前沟通： 设计初期就与计划使用的PCB工厂和SMT贴片厂沟通他们的具体要求和建议。
- 提供拼版图： 除了Gerber文件，额外提供一张清晰展示拼版整体布局、工艺边、连接方式、Mark点的PDF文件供各方参考确认。