PCBA分板技术发展及应用

电子产品最终尺寸不同，决定了PCB的物理尺寸大小，便携式电子产品、穿戴式电子产品、板卡类电子产品等尺寸较小，PCB及PCBA制程均会采用联板生产模式，这就是业界常说的拼板、联板，英文写作Panel，单板的英文写作Pieces。如双拼板又称谓两连片，多拼板又叫多连片。

智能手机板常见的为4拼板，也就是每个Panel有4pcs。拼版的模式又分为阴阳板、阳阳板，如4拼板，两个A面、两个B面拼在一起，称谓阴阳拼板；4个A面拼在一起称谓阳阳板。实际业界比较少称呼阳阳板，非阴阳拼板，直接换做几拼板即可。

早期阴阳拼板较多，目的是用同一条产线完成正反两面持续生产:两个A面+两个B面拼在一起生产，反过来仍然是两个A面+两个B面，这样生产比较连续，不用换线即可完成产品整体生产。

随着产品的复杂化，关键部件如CPU等要求不得过两次Reflow、功能模块等重物料二次过炉时在底部容易掉件，阴阳拼板使用越来越少，当下仅在部分小板卡上仍保留阴阳拼板模式。

同面连扳根据拼板方向，又分为平移拼板、180°拼板两种，图1-拼板模式。平移拼板对SMT贴片程序制作比较有利-有方向性的元件所有拼板吸取贴装方向一致；180°拼板对有接插件的产品比较有利，可以充分利用板边的空间。

所有拼板，生产后均需分板处理。分板技术常见的有手工掰板、手工折板、V-cut分板、铡刀分板、锣板分板（Router）、冲切分板（Punch）、激光分板等。

手工掰板是最早期单面板分板的模式，当下业界在白色家电、低单价电源、低单价消耗板等产品上仍有少量使用。手工掰板不需要任何设备，无设备投资要求，无分板治具要求。

手工掰板会产生较大应力，要求产品焊点尺寸较大、机械强度较大，如红胶板（单面板）仍存在手工掰板现象。零件密度较高、有IC等高端器件的产品一般不允许使用手工掰板作业。

手工掰板产品一般采用V-cut处理，PCB材质通常为FR1、FR2、CEM等低强度板材，连板通常用V-cut方式，邮票孔、联桥强度有限，出现连板断裂、受热板弯变形严重等现象。手工掰板毛刺较大，有一定报废机率，产品装配对尺寸、毛刺不能有太多要求。

手工折板分板模式与手工掰板类似，有时两种模式共存-手工折板去掉板边，手工掰板分离连片。手工折板作业，通常PCB材质强度较纯手工掰板大，如使用FR4的双面薄板。需要使用折板卡槽协助分板，图2-手工折板分板。

手工折板作业需注意，操作人员需手持靠近折板卡槽位置，禁制直接搬动顶部。人工搬动顶部折板力矩大，便于人员作业，但产生的应力较大，容易导致焊点断裂或元件本体断裂。需要企业明确折板作业细节，避免折板导致的品质异常。

人工折板基本没投资，纯粹靠人员作业，早期在低端产品上使用，中高端产品禁止使用。人工折板作业，毛刺大、应力大，适合低端、大尺寸元件产品、装配测试对板子形状及尺寸要求不高场景。

V-cut拼板、走刀或铡刀分板在业界应用由来已久，当下仍有一部分企业采用此分板模式。相对于人工掰板、人工折板，圆走刀及铡刀分板应力有大幅度下降，但整体应力控制仍无法与自动锣板相提并论。

图3- V-cut圆走刀、铡刀分板。PCB V-cut从角度讲有30° 45° 60°三种，V-cut角度越小，占用的宽度就越小，这样可以保证V-cut边缘距离板边的元件尺寸较大。

如图4- V-cut角度与槽宽的关系，2.5mm厚的PCB， V-cut残厚0.5mm，则C-cut深单边1mm，30°的V-cut宽度为0.53mm，60°的V-cut槽宽为1.14mm。窄的V-cut分板时容易夹刀，导致分板应力超标。V-cut角度越小，分板过程越需要严格管控刀刃磨损程度及上下刀口对齐程度。V-cut分板需记录刀口次数，定时校准上下刀口对齐程度，PCBA需放置水平，以降低分板时应力绝对值。

需要指出的是，V-cut结构，PCB残厚与板材有关，且与PCB板厚也有直接关系。如FR1、CEM类板材，PCB残厚可达1mm, FR4及以上板材，PCB残厚通常为0.4mm~0.6mm，并非业界有些同仁所述的三分之一板厚。如某产品板厚3.2mm，使用FR5板材，如果按照板厚的三分之一留V-cut厚度就是1mm，这么厚的V-cut很难用铡刀或圆刀正常分板。关于圆刀及铡刀角度、刃口长度等细节，笔者有在视频课程中详细讲解，感兴趣的同仁可以看看视频课程。

Router（锣板机）分板是当下硬板中应用最广泛、最普遍的方式。其基本原理是使用高速旋转的铣刀，将PCB连板的邮票孔或连接桥铣削掉，图5-锣板机分板。相同切削速度的前提下，铣刀转速越高，产生的应力越小，逻辑很容易理解——转速越高，每转切削的进刀量越小。Router分板机从下刀方式分为上走刀、下走刀两种。

众所周知，钻头钻孔，退屑槽将板屑带出残留在板面。铣刀分板同样会产生板屑，智能手机、智能手表等产品元件密度高，板屑的残留会导致后工序的异常如底部填充胶品质异常。自动锣板机一般会自带真空清板屑功能，但很难彻底将板屑清除。下走刀锣板机铣刀下刀在底部，分板时板屑受重力作用自动下落、加上振动及真空吸、防静电毛刷、离子风扇等功能协助，可以有效将板屑清洁带离板面。

对于板面高清洁度要求的产品，下走刀分板机是更好的选择。早期的锣板机多为离线式作业，当下On-line全自动分板应用十分成熟且广泛。在线全自动分板机一般包含自动上板（支持防静电周转台车、防静电吸塑盘、皮带线、普通传送轨道等所中方式）、自动分板清洁、自动抛板边、自动下板（自动摆盘、自动传出等多种方式）。

全自动在线分板机技术的成熟，将原来的人员取放板作业直接改为机械手作业，避免了人员作业疲劳、精神状态不佳、责任心等因素导致的撞件、破损、异物等现象的出现。全自动分板因不需要人员操作，所以噪声环境等因素都可以得到良好的处理。

部分在线分板机配合机械手作业，实现自动分板、测试、摆盘等一系列复杂动作，彻底解放一线员工，堪为自动化工厂标杆性环节。全自动锣板分板应力小，可以控制在300µε以下，适用于穿戴式电子产品、便携式电子产品、军工、航天、汽车、医疗、舰船、轨道交通、通讯基站、服务器、工作站、金融系统等高可靠性要求产品领域。可以获得较精准的尺寸及光滑的分板界面。

需要说明的是，锣板机不适合分切金属基板如铝基板、铜基板等金属基板。金属基板分切时铣刀与金属材质之间摩擦，导致铣刀快速磨损，产生粗糙的切面及较大的分板应力。

FPC（柔性线路板）及薄板分板通常采用两种模式，冲切（Punch）与激光分板。早期FPC分板多采用Punch模式，制作对应的冲切模具，将FPC放置于模具内，合模冲切完成FPC分板。高端的FPC还要求冲切模具具备真空吸平功能，以确保FPC在模具上的平整度。

冲切模具的工作原理类似于剪刀剪切纸张，当剪刀刃口磨损时，无法顺利将纸张剪开，产生挤压扭曲力，导致冲切边缘不整齐、甚者元件焊点开裂、PCB变形起皱等异常现象。图6-冲切分软板、薄板。Punch制程，模具需及时清洁、保养维护，不得出现粘胶、异物、生锈、氧化现象，也不能出现切口崩损现象。

0.5mm以上硬板不建议采用冲切方式分板。冲切自动作业实施困难，原因是上下模具间空间有限，机械手难以作业，增加上下模具间高度会影响合模精准度且受限于液压缸行程。

大批量的FPC分板作业，可以采用激光分板。激光分板可以实现全自动在线作业：焊接完成的FPC随同磁性载具送入激光分板机，分板机识别Fiducial mark定位产品，激光分板；真空吸取装置取下不锈钢片、捡板摆盘、抛板边，载具自动回收。激光分板技术成熟，应用广泛，不需要制作分板治具，在FPC分板领域应用广泛。

需要注意的是，二氧化碳激光属于热光，分板时产生的热量会出现碳化现象，在一些特殊条件下会导致漏电。因FPC分板需要的功率较小，所以通常建议采用UV光分板。UV属于冷光，分板时不易出现碳化现象，可以有效避免碳化带来的品质异常现象。激光分板效率高、品质佳、转产快、使用成本低，可以实现全自动无人化生产，是FPC生产分板的首选方案。

激光分板的另一用途是金属基板成型与分板。Mini LED、Micro LED、普通照明产品、IGBT等产品，使用铝基板、铜基板、氮化铝基板等。金属基板厂商制造基板时，使用锣板机对金属进板成型，锣板机铣刀寿命耗损严重，增加了金属基板的成本。锣板机铣刀尺寸太小，铣刀容易断裂、磨损，寿命严重降低；铣刀尺寸增加，金属基板材料利用率下降；即便使用大尺寸铣刀作金属基板成型，锣板机成型效率也很低。

激光分板机可以完美取代板厂锣板成型设备。激光分板成型效率是一般锣板机的2~5倍，因激光光板尺寸占用的空间有限，所以成型占用的金属基板尺寸有限，以400x1200的铝基板为例，激光成型板材利用率可以提升5%~20%。

金属基板产品焊接完成后使用激光分分板是首选，激光分板可以实现全自动无人化生产，获得的分切片平整光滑，分板效率是传统锣板机的2倍以上。不存在断针、分切面毛刺超标现象。是金属基板产品制造商的优选方案。图7-金属基板激光成型与金属基板PCBA分板。

降本、增效、减员、自动化是产业发展的趋势，每个环节的自动化、信息化都会为解放人力、提效增质提供价值。电子产品生产环节繁杂、精密，自动化、信息化、智能化是不可逆的趋势，这也再次诠释了“科学技术是第一生产力”的意义。

业界有众多自动化的创新成果及“保密、竞限”方案，同仁倘若有具体的自动化困扰，不妨提出可以一起讨论，兴许行业已经有成熟的应用方案供您参考，避免从头来过，自行从头研究“车轮是三角形、四边形、菱形、圆形，哪一种更优秀”，态度固然可嘉，时效、成本、效果则不免令人唏嘘。成长是踩在前人的肩膀上前行，这样更快、准、稳。

同仁可以根据产品特征，选用不同的分板方式，分板方式选错，结果就会事倍功半。

图8-分板工艺不当导致的瑕疵，铜基板使用锣板机分板，使用钨钼合金刀，分板道具损伤严重，分板毛刺不合格，理想方案是激光分板；IC封装用载板，内部增强材料为超强石英纤维，选用二氧化碳激光分板，无法有效切割分开，应该选用锣板机分切处理。没有什么是完美的方案，选用对的方案就是完美。

愿与诸君共勉。

【本文转自《一步步新技术》杂志，作者是杂志技术总顾问。】