ในการผลิตแผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์แบบประกอบบนแผงวงจรพิมพ์ (PCBA) ที่มีความหลากหลายของรุ่นสูงแต่ปริมาณการผลิตต่อรุ่นต่ำ (HMLV) การออกแบบพาเนลอาร์เรย์มีผลโดยตรงและสามารถวัดได้ต่อเวลาเปลี่ยนรุ่นการผลิตและต้นทุนการประกอบต่อชิ้น ซึ่งเป็นปัจจัยที่มักถูกมองข้ามในขั้นตอนการจัดวางเลย์เอาต์ เมื่ออาร์เรย์ไม่ได้ถูกออกแบบให้สอดคล้องกับขีดความสามารถของกระบวนการจริงบนไลน์ SMT ต้นทุนจะปรากฏออกมาในรูปของเวลาตั้งเครื่องที่ยืดเยื้อ เศษงานที่สามารถหลีกเลี่ยงได้ในขั้นตอนตัดแยกพาเนล และอัตราผ่านครั้งแรกที่ต่ำลงของบอร์ดที่อยู่ใกล้ขอบพาเนลมากที่สุด
เหตุใดกลยุทธ์การจัดแผงจึงมีความสำคัญในการผลิตแบบ HMLV
ในการผลิตแบบ HMLV ขนาดล็อตมักมีขนาดเล็กและมีการเปลี่ยนงานบ่อยครั้ง ต้นทุนคงที่ซึ่งอาจถือว่าเล็กน้อยในการผลิตปริมาณสูง เช่น การตั้งค่าโปรแกรมการพิมพ์/การจ่ายและการลงทะเบียน การโหลดโปรแกรมการวางชิ้นส่วน การตรวจสอบชิ้นงานแรก การโหลด/นำแผงออก จะกลายเป็นสัดส่วนที่มากขึ้นของต้นทุนต่อหน่วยทั้งหมดเมื่อเฉลี่ยกับเพียงไม่กี่สิบหรือไม่กี่ร้อยแผงเท่านั้น
การทำแผงรวม (Panelization) เป็นหนึ่งในไม่กี่ปัจจัยที่สามารถปรับได้ในขั้นตอนการออกแบบซึ่งช่วยลดภาระต้นทุนคงที่นี้ได้โดยตรง เนื่องจากเป็นการเปลี่ยนจำนวนบอร์ดที่ผ่านกระบวนการพิมพ์ การวางชิ้นส่วน การรีโฟลว์ และการตรวจสอบในแต่ละรอบการทำงานของเครื่อง
• ต้นทุนการตั้งค่าคงที่ (การลงทะเบียนการพิมพ์/การจ่าย การตั้งค่าโปรแกรม การตรวจสอบชิ้นงานตัวอย่างแรก) จะถูกเฉลี่ยกระจายไปยังทุกแผงวงจรในพาเนล แทนที่จะจ่ายต่อบอร์ดทีละแผ่น
• ลดการจัดการด้วยมือสำหรับแผงสำเร็จรูปแต่ละแผง โดยเฉพาะสำหรับดีไซน์ที่มีขนาดเล็กหรือมีรูปทรงไม่สม่ำเสมอ
• การแก้ไขชิ้นงานแรกของ SPI/AOI ที่มีความสม่ำเสมอมากขึ้น เนื่องจากวงรอบถูกตั้งขึ้นต่อแผงหนึ่งครั้งแทนที่จะเป็นต่อบอร์ด
ข้อแลกเปลี่ยนคือ แผงที่ถูกปรับให้เหมาะสมเพื่อให้ได้ผลผลิตวัสดุสูงสุดเพียงอย่างเดียว — คือจำนวนแผ่นวงจรที่บรรจุลงบนแผ่นได้มากที่สุด — อาจขัดขวางประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นเหล่านี้ หากมองข้ามความเค้นในการแยกชิ้น การมองเห็นฟิดูเชียล หรือความสม่ำเสมอของอุณหภูมิ การออกแบบแผงสำหรับ HMLV ควรได้รับการประเมินเทียบกับประสิทธิภาพในการเปลี่ยนรุ่นการผลิตและอัตราผลได้ ไม่ใช่ดูแค่จำนวนแผ่นวงจรเท่านั้น
V-Cut กับ Tab-Route: การเลือกวิธีการแยกแผง PCB ที่เหมาะสม
วิธีการแยกชิ้นงานที่พบได้บ่อยที่สุดสองวิธีมีความแตกต่างกันในด้านปริมาณการผลิต ความยืดหยุ่นของรูปทรงแผงวงจร และความเค้นทางกลที่กระทำต่อชิ้นส่วนบริเวณขอบ ซึ่งทำให้การเลือกวิธีเป็นการตัดสินใจด้านการออกแบบอย่างแท้จริง ไม่ใช่แค่ตัวเลือกมาตรฐานโดยอัตโนมัติ
ร่องวี (วีสกอร์)
• เหมาะที่สุดสำหรับแผ่นบอร์ดขอบตรงทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้าที่ไม่มีช่องตัดภายในตามแนวรอยบาก
• ง่ายกว่าและโดยทั่วไปแล้วดำเนินการได้รวดเร็วกว่าการทำรูทติ้ง — รอยบากแบบ V ตรงๆ ไม่ต้องการการเขียนโปรแกรมเส้นทางเครื่องมือ CNC หรือการจัดการการสึกหรอของคัตเตอร์เหมือนกับโปรไฟล์แท็บที่ทำรูทติ้ง
• ทำให้ความเค้นจากการแยกตัวกระจุกตัวอยู่ตามเส้นตรงเส้นเดียว ซึ่งสามารถส่งผ่านแรงดัดโดยตรงไปยังข้อต่อบัดกรีและลายวงจรที่อยู่ใกล้รอยบาก — ตัวเก็บประจุชิปเซรามิกและลูกบอลมุมของ BGA ที่อยู่ใกล้รอยบากแบบ V-score มักเป็นชิ้นส่วนที่เสียหายบ่อยที่สุด
แท็บรูต (แท็บเจาะรู / รอยกัดเมาส์)
• จำเป็นสำหรับรูปทรงบอร์ดที่ไม่เป็นสี่เหลี่ยมผืนผ้า ร่องภายใน หรือช่องตัด และรูปร่างบอร์ดแบบผสมรวมอยู่ในแผงเดียวกัน— พบได้บ่อยใน HMLV ซึ่งการรันพาเนลเดียวอาจต้องรองรับงานมากกว่าหนึ่งงาน
• ช่วยกระจายความเค้นจากการแยกตัวไปยังตำแหน่งแท็บแบบจุด ๆ แทนที่จะกระจายตามเส้นต่อเนื่อง ซึ่งช่วยให้สามารถวางตำแหน่งแท็บโดยคำนึงถึงชิ้นส่วนที่มีความไวต่อแรงได้
• ต้องมีการวางแผนระยะเคลียร์แรนซ์ที่จุดแบ่งแท็บแต่ละจุด — สำหรับตัวถังคอมโพเนนต์ จุดบัดกรี และขอบเขตการทำงานของทูลสำหรับการกัดร่อง ไม่ใช่แค่ตามเส้นขอบบอร์ดที่มองเห็นเท่านั้น
ตรรกะการตัดสินใจ
V-cut เป็นค่าเริ่มต้นที่เหมาะสมสำหรับแผ่นวงจรสี่เหลี่ยมผืนผ้าธรรมดา ที่ให้ความสำคัญกับการลดเวลาในการแยกบอร์ดมากที่สุด และไม่มีอุปกรณ์ใดอยู่ใกล้ขอบแผงเกินไป ส่วนการกัดร่องแบบแท็บ (tab-route) เป็นตัวเลือกที่ปลอดภัยกว่าเมื่อใดก็ตามที่เส้นรอบรูปของบอร์ดไม่เป็นสี่เหลี่ยม แผงเดียวกันมีงานออกแบบหลายแบบปะปนกัน หรือมีอุปกรณ์ที่มีจุดบัดกรีไวต่อการงอ (เช่น คอนเนกเตอร์ คาปาซิเตอร์อิเล็กโทรไลต์ BGA ขนาดใหญ่ ชิ้นส่วนที่ติดตั้งบนขอบบอร์ด) อยู่ใกล้แนวหักแยกอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ในทั้งสองกรณี ระยะห่างขั้นต่ำระหว่างอุปกรณ์/ลายทองแดงกับส่วนที่ใช้แยกบอร์ดจำเป็นต้องถูกกำหนดไว้ตั้งแต่ขั้นตอนการออกแบบเลย์เอาต์ — ไม่ใช่สิ่งที่จะมาแก้ไขได้ในขั้นตอนการตรวจสอบขั้นสุดท้าย
ข้อกำหนดช่องว่างขอบและระยะห่างที่แน่นอนจะแตกต่างกันไปตามผู้ประกอบและวิธีการแยก ดังนั้นโปรดตรวจสอบให้แน่ใจว่าเป็นข้อกำหนดปัจจุบันข้อกำหนดของแผงสำหรับการบิลด์ของคุณก่อนที่จะทำการสรุปอาร์เรย์
การออกแบบฟิดูเชียลและขอบกระบวนการเพื่อความแม่นยำในการวางตำแหน่ง
ความแม่นยำในการวางชิ้นส่วนบนแผงแบบแบ่งพาเนลขึ้นอยู่กับโครงร่างเฟิดูเชียลแบบหลายชั้น และขอบเขตของกระบวนการที่ออกแบบมาเพื่อให้โครงร่างดังกล่าวยังคงสามารถอ่านได้ตลอดทั้งไลน์
• ฟิดูเชียลระดับแผง (ทั่วทั้งแผง): อย่างน้อยสามจุด จัดเรียงแบบไม่สมมาตรเพื่อให้สามารถตรวจจับได้หากแผงถูกใส่กลับด้าน 180°
• ฟิดูเชียลระดับบอร์ด (ภายในบอร์ดเดียวกัน): มักใช้สองถึงสามจุดต่อบอร์ดหนึ่งแผ่น วางไว้ที่มุมตามแนวทแยง เพื่อแก้ไขการเยื้องและการหมุนของบอร์ดในระดับบอร์ดภายในพาเนล
• ฟิดูเชียลเฉพาะระดับคอมโพเนนต์: เพิ่มไว้ข้างแพ็กเกจ BGA และ QFN ระยะพิชชิ่งละเอียด เพื่อใช้สำหรับการแก้ไขพิกัดเฉพาะบริเวณ เนื่องจากฟิดูเชียลระดับแผงและระดับบอร์ดเพียงอย่างเดียวไม่แม่นยำเพียงพอสำหรับการวางคอมโพเนนต์ระยะพิชชิ่งละเอียด
• ขอบ/รางสำหรับกระบวนการ: ใช้สำหรับติดตั้งจุดอ้างอิง (fiducials) และรูสำหรับจับยึดเครื่องมือ และต้องไม่รบกวนวงจรที่ใช้งานอยู่ เพื่อให้แคลมป์ของสายพานลำเลียงและระบบกล้องตรวจสอบของเครื่องจักรสามารถเข้าถึงขอบแผงที่ใช้ลำเลียงได้โดยไม่มีสิ่งกีดขวาง
ลำดับชั้นของฟิดูเชียลนี้คือสิ่งที่เครื่องพิมพ์เจ็ต MYCRONIC และระบบ 3D SPI ของเราใช้สำหรับการจัดตำแหน่งการพิมพ์ครีมบัดกรีและการแก้ไขแบบวงปิด หากฟิดูเชียลถูกปิดทับด้วยโซลเดอร์มาสก์ อยู่ใกล้เส้นตัดเกินไป หรือถูกวางในตำแหน่งที่แคลมป์ของสายพานลำเลียงจะครอบทับในขั้นตอนกระบวนการใดขั้นตอนหนึ่ง การวางตำแหน่งหรือออฟเซ็ตของการพิมพ์ที่ควรจะถูกตรวจจับก็จะไม่ได้รับการแก้ไข — และระบบ AOI แบบ 3 มิติจะไปตรวจพบผลลัพธ์ในขั้นตอนถัดไป แทนที่จะป้องกันปัญหาตั้งแต่ต้นทาง
การกำหนดขนาดพาเนล: ความสม่ำเสมอของการรีโฟลว์และเวลาไซเคิลของ SPI/AOI
ขนาดของแผงวงจรส่งผลมากกว่าการใช้วัสดุให้คุ้มค่า — ยังมีผลต่อความสม่ำเสมอของอุณหภูมิระหว่างกระบวนการรีโฟลว์และระยะเวลาในรอบการตรวจสอบต่อหนึ่งล็อตด้วย
• แผงขนาดใหญ่สามารถเกิดความต่างอุณหภูมิระหว่างกึ่งกลางแผงกับขอบรางได้มากขึ้นขณะเคลื่อนผ่านโซนต่าง ๆ ของเตารีโฟลว์ ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับแผง HMLV ที่มีความหนาผสมกันซึ่งรันผ่านเครื่อง JTR-1200D-N
• แผงวงจรที่บางหรือมีขนาดใหญ่มีแนวโน้มเกิดการบิดงอภายใต้ความร้อนของการรีโฟลว์ได้มากกว่า ตรงนี้คือจุดที่อุปกรณ์หินสังเคราะห์ใช้เพื่อรักษาความเรียบของแผงและปกป้องความระนาบร่วมของ BGA/QFN บนบอร์ดที่ไวต่อการโก่งงอ
• แผงวงจรทุกแผ่นที่ถูกจัดตำแหน่งด้วย 3D SPI และ 3D AOI จะเพิ่มขั้นตอนการตรวจสอบแบบตายตัวโดยไม่คำนึงถึงขนาดของแผง ดังนั้นแผงที่มีขนาดเล็กมากจะเพิ่มจำนวนรอบการจัดตำแหน่งต่อหนึ่งล็อต ในขณะที่แผงขนาดใหญ่มากจะเพิ่มพื้นที่ที่ต้องตรวจสอบ — และจำนวนข้อบกพร่องที่อาจเกิดขึ้น — ต่อหนึ่งรอบ
เป้าหมายในทางปฏิบัติคือขนาดพาเนลที่สามารถรักษาโปรไฟล์ความร้อนและการโก่งตัวให้อยู่ภายในกรอบกระบวนการสำหรับโครงสร้างลามิเนตและส่วนผสมของคอมโพเนนต์ที่กำหนดไว้ ขณะเดียวกันก็ยังคงให้จำนวนครั้งในการจัดตำแหน่ง/อ้างอิงของ SPI/AOI อยู่ในระดับที่สมเหตุสมผลตามอัตราการผลิตที่ต้องการของล็อตนั้น การเอกซเรย์แบบออฟไลน์เพื่อตรวจสอบโพรงอากาศของ BGA/QFN โดยทั่วไปจะถูกจัดลำดับขั้นตอนและอ้างอิงตำแหน่งในลักษณะเดียวกับ SPI/AOI คือทำในระดับพาเนลก่อนที่บอร์ดแต่ละแผ่นจะถูกแยกออกจากกัน ดังนั้นการแลกเปลี่ยนข้อดีข้อเสียเรื่องขนาดพาเนลจึงใช้เกณฑ์เดียวกันในส่วนนี้ การตรวจสอบความสามารถในการเข้าถึงเพื่อรีเวิร์กหลังการแยกบอร์ดยังคงต้องทำตั้งแต่ขั้นตอนการออกแบบ ไม่ใช่มาพบปัญหาภายหลัง
รายการตรวจสอบการออกแบบการจัดวางแผง
• จำนวนบอร์ดต่อแผงถูกกำหนดตามความถี่ในการเปลี่ยนรุ่น ไม่ได้อิงเพียงแค่การใช้วัสดุให้ได้ผลผลิตสูงสุดเท่านั้น
• วิธีการแยกชิ้น (V-cut หรือ tab-route) ให้ตรงกับโครงร่างบอร์ดและความไวต่อแรงกระแทกของชิ้นส่วนที่อยู่ขอบ
• มีการรักษาระยะห่างขั้นต่ำระหว่างชิ้นส่วน/ทองแดงกับคุณลักษณะการแยกทุกประเภท
• มีการระบุจุดอ้างอิงระดับแผง (≥3 จุด และไม่สมมาตร) พร้อมทั้งจุดอ้างอิงระดับบอร์ดและจุดอ้างอิงเฉพาะตำแหน่งสำหรับระยะพินละเอียดทั้งหมด
• ขอบกระบวนการ/รางมีความกว้างเพียงพอสำหรับรูสำหรับอุปกรณ์และปราศจากการรบกวนจากระยะการเคลื่อนที่ของแคลมป์สายพานลำเลียง
• ได้ตรวจสอบขนาดแผงเทียบกับความสม่ำเสมอของอุณหภูมิการรีโฟลว์สำหรับโครงสร้างเลเยอร์ที่กำหนดแล้ว
• ได้ประเมินความแข็งแรงของแผงและความเสี่ยงต่อการบิดงอแล้ว พร้อมระบุการใช้ฟิกซ์เจอร์รองรับหากจำเป็น
• ปริมาณการทำดัชนีของ SPI/AOI ได้ถูกเปรียบเทียบกับอัตราการผลิตตามเป้าหมายของล็อตแล้ว
• ทดสอบและปรับปรุงการเข้าถึงหลังจากยืนยันการแยกแผงวงจรแล้ว
ส่งไฟล์ Gerber ของคุณเพื่อตรวจสอบการทำแผง (Panelization)
การตัดสินใจทำพาเนลในขั้นตอนเลย์เอาต์เป็นเรื่องที่ย้อนกลับได้ยากและมีต้นทุนสูงเมื่อแผงเริ่มเข้าสู่การผลิต หากคุณกำลังสรุปแบบบอร์ดสำหรับการประกอบแบบ HMLV ให้ส่งไฟล์ Gerber ของคุณเพื่อตรวจสอบการทำพาเนลและ DFM ก่อนปล่อยผลิตจริง — เราจะตรวจสอบวิธีการแยกบอร์ด การจัดวาง fiducial ระยะห่างจากขอบ และขนาดพาเนลให้สอดคล้องกับขีดความสามารถของกระบวนการในไลน์ SMT ที่งานของคุณจะถูกนำไปผลิตจริง
แหล่งข้อมูลที่เป็นประโยชน์
•รายการตรวจสอบ DFM สำหรับ PCBA อุตสาหกรรม: 38 กฎการออกแบบที่ช่วยลดอัตราการทำงานแก้ไข
•เอกสารอ้างอิงการยอมรับอัตราฟองพรุน BGA: เกณฑ์ตามมาตรฐาน IPC-7095D และ IPC-A-610
•คู่มือการตรวจสอบด้วยสายตาตามมาตรฐาน IPC-A-610 ระดับคลาส 3 สำหรับชุดประกอบอุตสาหกรรมและการแพทย์
