Nella produzione di PCBA ad alto mix e basso volume (HMLV), la progettazione del pannello array ha un effetto diretto e misurabile sul tempo di cambio produzione e sul costo di assemblaggio per unità, un effetto che è facile trascurare nella fase di layout. Quando un array non è adeguato alle effettive capacità di processo della linea SMT, il costo si manifesta sotto forma di tempi di setup più lunghi, scarti evitabili in fase di depanelizzazione e resa al primo passaggio inferiore per le schede più vicine al bordo del pannello.
Perché la strategia di pannellizzazione è importante nella produzione HMLV
Nella produzione HMLV, le dimensioni dei lotti sono generalmente ridotte e i cambi di commessa sono frequenti. I costi fissi che sarebbero trascurabili in una produzione ad alto volume — configurazione e registrazione dei programmi di stampa/dispensazione, caricamento dei programmi di posizionamento, ispezione del primo articolo, carico/scarico dei pannelli — rappresentano una quota molto maggiore del costo totale per unità quando vengono ripartiti su poche decine o qualche centinaio di schede.
La pannellizzazione è uno dei pochi strumenti a disposizione in fase di progettazione che riduce direttamente questo onere di costo fisso, perché modifica il numero di schede che passano attraverso stampa, posizionamento, rifusione e ispezione per ciclo macchina:
• Costi fissi di setup (registrazione di stampa/erogazione, configurazione del programma, controllo del primo articolo) ammortizzati su ogni scheda del pannello invece di essere pagati una volta per scheda
• Riduzione della movimentazione manuale per ogni scheda finita, in particolare per progetti piccoli o di forma irregolare
• Correzione di primo articolo SPI/AOI più coerente, poiché il ciclo viene stabilito una volta per pannello anziché una volta per scheda
Il compromesso è che un pannello ottimizzato esclusivamente per la resa del materiale — il numero massimo di schede ricavate da un foglio — può andare contro questi vantaggi se ignora le sollecitazioni di separazione, la visibilità dei fiducial o l’uniformità termica. La progettazione del pannello per HMLV dovrebbe essere valutata in base all’efficienza di cambio formato e alla resa, non solo al numero di schede.
Taglio a V vs. Instradamento a Linguette: scegliere il giusto metodo di depanelizzazione
I due metodi di separazione più comuni differiscono in termini di produttività, flessibilità nella forma della scheda e sollecitazioni meccaniche esercitate sui componenti ai bordi, il che rende la scelta una vera decisione di progettazione piuttosto che un’impostazione predefinita.
Taglio a V (V-Score)
• Più adatto a schede rettangolari con bordi diritti, senza ritagli interni lungo la linea di incisione
• Più semplice e in genere più veloce da eseguire rispetto alla fresatura: una V-score diritta non richiede la programmazione del percorso utensile CNC né la gestione dell’usura dell’utensile come invece accade per un profilo fresato con linguette
• Concentra lo sforzo di separazione lungo una singola linea retta, che può trasmettere la flessione direttamente alle giunzioni di saldatura e alle piste vicine all’incisione — i condensatori ceramici a chip e le sfere d’angolo BGA vicino a una V-score sono le vittime più comuni
Percorso a linguetta (linguetta perforata / dentellatura tipo “morsura del topo”)
• Richiesto per contorni irregolari della scheda, asole interne o ritagli eforme di schede miste combinate sullo stesso pannello— comune nell'HMLV, dove un singolo ciclo del pannello può dover accogliere più di un lavoro
• Distribuisce la sollecitazione di separazione in punti discreti di linguette anziché lungo una linea continua, il che consente di pianificare il posizionamento delle linguette attorno ai componenti sensibili
• Richiede una pianificazione delle distanze di sicurezza in corrispondenza di ciascun punto di rottura dei tab — per il corpo del componente, le sue giunzioni di saldatura e l’ingombro stesso dell’utensile di fresatura, non solo il contorno visibile del circuito stampato
Logica decisionale
Il V-cut è l’impostazione predefinita ragionevole per semplici schede rettangolari, quando è più importante ridurre al minimo il tempo di separazione e non ci sono componenti vicini al bordo del pannello. Il tab-route è la scelta più sicura ogni volta che il profilo della scheda è irregolare, il pannello combina diversi progetti oppure componenti con giunzioni di saldatura sensibili alla flessione (connettori, condensatori elettrolitici, grandi BGA, parti montate sul bordo della scheda) sono inevitabilmente vicini a una linea di rottura. In entrambi i casi, la distanza minima tra componenti/rame e l’elemento di separazione deve essere definita in fase di layout: non è qualcosa che possa essere corretto durante l’ispezione finale.
I requisiti esatti di distanza dal bordo e di spaziatura variano a seconda dell’assemblatore e del metodo di separazione, quindi verifica quelli attualirequisiti del pannelloper la tua build prima di finalizzare l'array.
Progettazione dei riferimenti e dei bordi di processo per la precisione di posizionamento
La precisione di posizionamento su una matrice pannellizzata dipende da uno schema stratificato di fiducial e da un bordo di processo progettato per mantenere tale schema leggibile lungo tutta la linea.
• Fiducial a livello di pannello (globali): minimo tre, disposti in modo asimmetrico, così che il pannello non possa essere caricato con un orientamento ruotato di 180° senza che ciò venga rilevato
• Fiducial (locali) a livello di scheda: in genere da due a tre per singola scheda, posizionati sugli angoli diagonali per correggere lo scostamento e la rotazione della scheda all’interno del pannello
• Local fiducial a livello di componente: aggiunti adiacenti ai package BGA e QFN a passo fine per la correzione locale delle coordinate, poiché i fiducial a livello di pannello e di scheda da soli non sono sufficientemente precisi per il posizionamento a passo fine
• Bordo / guida di processo: contiene fiducial e fori di attrezzaggio e rimane libero da circuiteria attiva, in modo che i morsetti del trasportatore e i sistemi di visione delle macchine abbiano accesso senza ostacoli ai bordi di trasporto del pannello
È su questa gerarchia di fiducial che si basano la nostra stampante a getto MYCRONIC e il sistema SPI 3D per l’allineamento della stampa della pasta saldante e la correzione in anello chiuso. Se un fiducial è sotto la soldermask, troppo vicino a una linea di spezzatura o posizionato in un punto in cui una pinza del trasportatore lo coprirà durante una determinata fase del processo, lo scostamento di posizionamento o di stampa che avrebbe dovuto intercettare non viene corretto — e l’AOI 3D rileva il risultato a valle invece di prevenirlo a monte.
Dimensionamento del pannello: uniformità del reflow e tempo di ciclo SPI/AOI
Le dimensioni dei pannelli influiscono non solo sulla resa del materiale, ma anche sull’uniformità termica durante il reflow e sul tempo di ciclo di ispezione per lotto.
• I pannelli più grandi possono sviluppare una differenza di temperatura maggiore tra il centro del pannello e i bordi delle guide mentre attraversano le zone del forno di rifusione, il che è particolarmente importante per i pannelli HMLV a spessore misto che passano attraverso il JTR-1200D-N
• I pannelli sottili o di grande formato sono più soggetti a deformazioni sotto il calore del riflusso; è qui cheAccessori in pietra sinteticavengono utilizzati per mantenere la planarità del pannello e proteggere la coplanarità dei BGA/QFN su schede sensibili alla deformazione
• Ogni pannello indicizzato tramite 3D SPI e 3D AOI aggiunge una fase di ispezione fissa indipendentemente dalle dimensioni del pannello, quindi i pannelli molto piccoli moltiplicano il numero di cicli di indicizzazione per lotto, mentre i pannelli molto grandi aumentano l’area ispezionata — e il potenziale numero di difetti — per ciclo
L’obiettivo pratico è una dimensione del pannello che mantenga il profilo termico e l’imbarcamento entro la finestra di processo per il particolare stack-up e la combinazione di componenti, mantenendo allo stesso tempo il numero di indicizzazioni SPI/AOI ragionevole rispetto al target di produttività del lotto. Il controllo a raggi X off-line per la verifica delle cavità (voiding) in BGA/QFN è in genere organizzato e indicizzato nello stesso modo dello SPI/AOI — a livello di pannello, prima che le singole schede vengano separate — quindi lo stesso compromesso sulla dimensione del pannello si applica anche in questo caso. L’accessibilità per il rework dopo la separazione dovrebbe comunque essere verificata in fase di progettazione, non scoperta a posteriori.
Elenco di Controllo per la Progettazione di Pannellizzazione
• Il numero di schede per pannello è impostato in base alla frequenza di cambio formato, non solo al massimo rendimento del materiale
• Il metodo di separazione (V-cut o tab-route) corrisponde al profilo della scheda e alla sensibilità dei componenti sul bordo
• È mantenuta la distanza minima tra i componenti/rame e ogni elemento di separazione
• Sono specificati tutti i riferimenti di livello pannello (≥3, asimmetrici), di livello scheda e locali a passo fine
• Il bordo/processo del binario è sufficientemente ampio per i fori degli utensili e libero dal percorso di scorrimento del morsetto del trasportatore
• Le dimensioni del pannello sono state verificate rispetto all’uniformità termica di rifusione per l’impilamento assegnato
• La rigidità del pannello e il rischio di deformazione sono stati valutati, con il supporto di fissaggio specificato se necessario
• Il conteggio di indicizzazione SPI/AOI è stato confrontato con il throughput target del lotto
• Verificare e rielaborare l’accesso dopo che il depaneling è stato confermato
Invia i tuoi file Gerber per una revisione della pannellizzazione
Le decisioni di pannellizzazione prese in fase di layout sono difficili e costose da modificare una volta che il pannello è in produzione. Se stai finalizzando il design di una scheda per l’assemblaggio HMLV, invia i tuoi file Gerber per una revisione di pannellizzazione e DFM prima del rilascio: verificheremo il metodo di separazione, il posizionamento dei fiducial, la distanza dal bordo e le dimensioni del pannello rispetto alle capacità di processo della linea SMT su cui il tuo lavoro verrà effettivamente eseguito.
Risorse utili
•Riferimento per l’accettazione del tasso di vuoti BGA: Criteri di classe IPC-7095D e IPC-A-610
•Guida di ispezione visiva IPC-A-610 Classe 3 per assiemi industriali e medicali
