Hướng dẫn ghép bảng mạch PCB cho lắp ráp

Ghép bảng mạch PCB, hay bố trí bảng mạch PCB ghép, là quá trình kết hợp nhiều bảng mạch PCB riêng lẻ thành một bảng lớn hơn. Điều này cho phép quy trình lắp ráp tự động, giảm thời gian xử lý và cải thiện hiệu quả sản xuất.

Ghép bảng mạch đặc biệt quan trọng đối với các bảng nhỏ, phức tạp nơi việc xử lý thủ công sẽ không hiệu quả hoặc dễ xảy ra lỗi.

Yêu cầu về bảng mạch

Ghép bảng mạch PCB là quá trình kết hợp nhiều bảng mạch PCB thành một bảng hoặc mảng để tối ưu hóa sản xuất, lắp ráp và kiểm tra. Thiết kế bảng mạch đúng cách đảm bảo hiệu quả cao hơn, năng suất tốt hơn và giảm chi phí.

Yêu cầu về bảng mạch chủ yếu được quyết định bởi quy trình lắp ráp PCB, khả năng sản xuất và các thông số kỹ thuật của sản phẩm cuối cùng. Các yếu tố quan trọng bao gồm:

• Kích thước bảng: Kích thước bảng tiêu chuẩn thường dựa trên khả năng của máy pick-and-place, lò reflow và dây chuyền hàn sóng. Kích thước bảng điển hình dao động từ 300×400 mm đến 460×610 mm, mặc dù kích thước tùy chỉnh có thể cần thiết cho thiết bị cụ thể.
• Độ dày vật liệu: Bảng mạch thường giữ nguyên vật liệu cơ bản như PCB riêng lẻ nhưng phải duy trì độ phẳng để tránh lỗi hàn hoặc lắp ráp.
• Khoảng cách cạnh: Duy trì khoảng cách đủ tại các cạnh bảng để cho phép công cụ, xử lý và tách bảng mà không làm hỏng các bảng mạch.
• Dấu định vị: Bao gồm các dấu định vị trên mỗi PCB để căn chỉnh chính xác trong quá trình lắp ráp tự động. Khuyến nghị ít nhất ba dấu định vị cho mỗi PCB, lý tưởng là một ở mỗi góc hoặc trục định hướng.
• Đường dẫn và tab tách: Quyết định giữa V-scoring hoặc tab-routing để tách bảng sau khi lắp ráp. Các tab phải đủ mạnh để giữ bảng mạch trong quá trình xử lý nhưng dễ dàng tách sau sản xuất.

Đáp ứng đúng yêu cầu về bảng mạch là cần thiết để ngăn ngừa lỗi lắp ráp và tối ưu hóa thông lượng.

Hướng dẫn ghép bảng mạch PCB cho lắp ráp

1. Đặt dấu định vị

Dấu định vị giúp máy móc xác định vị trí linh kiện và căn chỉnh bảng mạch chính xác. Các thực hành được khuyến nghị:

• Bao gồm ba dấu định vị cho mỗi PCB: hai dọc theo một đường chéo và một lệch ở phía đối diện.
• Dấu định vị nên có đường kính ít nhất 1,5 mm với khoảng cách tối thiểu 0,5 mm từ bất kỳ đồng hoặc mặt nạ hàn nào.

2. Tab tách và V-Scoring

Có hai phương pháp chính để tách bảng:

• V-Scoring: Lý tưởng cho các hình dạng đơn giản. Các rãnh hình chữ V được khắc trên cả hai mặt của PCB. Sau khi lắp ráp, các bảng có thể dễ dàng tách ra. Đảm bảo bán kính góc ≥ 1 mm để tránh điểm căng thẳng.
• Tab-Routing: Được sử dụng cho các hình dạng phức tạp. Các tab nhỏ giữ PCB tại chỗ trong quá trình lắp ráp. Các tab sau đó được cắt hoặc tách ra. Thiết kế với 3–6 tab mỗi cạnh, tùy thuộc vào kích thước bảng và vị trí linh kiện.

3. Lỗ công cụ và Mouse Bites

Lỗ công cụ cho phép bảng mạch được định vị chính xác trong thiết bị lắp ráp. Các thực hành tốt nhất bao gồm:

• Sử dụng lỗ có đường kính 0,8–1,2 mm.
• Đặt lỗ gần các góc bảng và dọc theo các cạnh để đảm bảo ổn định cơ học.
• Mouse bites là các lỗ nhỏ dọc theo các tab để cho phép tách dễ dàng. Duy trì khoảng cách 1,0–1,5 mm giữa các bites.

4. Khu vực không có đồng

Để tránh các vấn đề hàn, duy trì khu vực không có đồng tối thiểu xung quanh các cạnh bảng và xung quanh lỗ công cụ. Thông thường, khoảng cách 1–1,5 mm là đủ để ngăn ngắn mạch hoặc cầu hàn.

5. Đánh dấu bảng mạch

Bao gồm các đánh dấu cấp bảng mạch để truy xuất nguồn gốc và kiểm tra:

• Số phần và phiên bản PCB
• Mã ngày hoặc số lô
• Nhận dạng lắp ráp hoặc khách hàng
• Chỉ báo định hướng

6. Cân nhắc về nhiệt

Các khu vực đồng lớn hoặc phân bố đồng không đều có thể dẫn đến cong vênh trong quá trình hàn reflow. Để giảm thiểu điều này:

• Sử dụng các mẫu giảm nhiệt cho các pad kết nối với các vùng đồng lớn.
• Cân bằng mật độ đồng trên toàn bộ bảng.
• Xem xét sử dụng các thanh gia cố bảng hoặc vật liệu cơ bản dày hơn cho các bảng rất lớn.

7. Giữ các hạn chế lắp ráp trong tâm trí

Thiết kế bảng mạch phải xem xét thiết bị pick-and-place, chiều rộng lò reflow và quy trình xử lý. Ví dụ:

• Tránh đặt linh kiện quá gần cạnh bảng (5 mm), vì điều này có thể gây lệch.
• Giữ các linh kiện tương tự gần nhau để cải thiện hiệu quả máy móc.
• Đảm bảo khoảng cách đủ cho các đầu dò thử nghiệm và camera kiểm tra.

9 Yếu tố quan trọng cho ghép bảng mạch PCB

Dưới đây là 9 hướng dẫn thiết yếu cho ghép bảng mạch PCB hiệu quả:

1. Khung bảng mạch kín:

Khung ngoài của bảng mạch nên tạo thành một vòng kín để giữ bảng cố định trên đồ gá mà không bị cong vênh trong quá trình lắp ráp.

2. Hình dạng bảng mạch:

Bảng mạch nên càng vuông càng tốt. Các bố trí điển hình là lưới 2×2, 3×3 hoặc tương tự. Tránh tạo hình dạng bảng không đều, có thể gây ra vấn đề xử lý.

3. Kích thước bảng mạch:

• Chiều rộng ≤ 260 mm cho dây chuyền SIEMENS hoặc ≤ 300 mm cho dây chuyền FUJI.
• Đối với phân phối tự động, chiều rộng × chiều dài bảng mạch ≤ 125 mm × 180 mm.

4. Lỗ định vị cho các bảng con:

• Mỗi bảng con nên có ít nhất ba lỗ định vị.
• Đường kính lỗ: 3–6 mm.
• Không có đường dẫn hoặc đặt linh kiện trong vòng 1 mm từ lỗ định vị cạnh.

5. Khoảng cách giữa các bảng:

Duy trì khoảng cách từ tâm đến tâm giữa các bảng con ở mức 75 mm–145 mm để cho phép tách bảng và xử lý.

6. Khu vực dấu định vị tham chiếu:

Khi thiết lập các điểm tham chiếu để căn chỉnh, để lại khu vực không có hàn 1,5 mm xung quanh các dấu định vị để ngăn ngắn mạch hàn hoặc can thiệp linh kiện.

7. Đặt linh kiện gần cạnh bảng:

• Tránh đặt các linh kiện lớn hoặc nhô ra gần cạnh bảng hoặc khung.
• Duy trì khoảng cách ≥0,5 mm giữa các linh kiện và cạnh PCB để đảm bảo công cụ cắt hoạt động đúng cách.

8. Lỗ công cụ góc:

• Khoan bốn lỗ góc trên khung bảng, đường kính 4 mm ± 0,01 mm.
• Lỗ phải đủ mạnh để chịu được xử lý nhưng chính xác về vị trí và mịn trong thành lỗ để ngăn ngừa hư hỏng trong quá trình lắp ráp.

9. Dấu định vị và ký hiệu định vị bảng con:

• Các linh kiện QFP với khoảng cách 0,65 mm nên có dấu định vị ở các góc chéo.
• Các ký hiệu tham chiếu bảng con nên được sử dụng theo cặp ở các vị trí chéo đối diện.
• Các linh kiện lớn như giao diện I/O, micro, kết nối pin, công tắc, jack tai nghe hoặc động cơ nên bao gồm các pin hoặc lỗ định vị chuyên dụng.

Câu hỏi thường gặp

1. Mục đích của ghép bảng mạch PCB là gì?

Nó cho phép nhiều bảng mạch được sản xuất và lắp ráp cùng nhau, cải thiện hiệu quả và giảm lỗi xử lý.

2. Cần bao nhiêu lỗ định vị cho mỗi bảng con?

Ít nhất ba lỗ định vị cho mỗi bảng con, với đường kính 3–6 mm.

3. Có thể đặt linh kiện gần cạnh bảng mạch không?

Các linh kiện nên cách ít nhất 0,5 mm từ cạnh bảng mạch để ngăn ngừa can thiệp với việc cắt hoặc tách bảng.

4. Hình dạng bảng mạch được khuyến nghị là gì?

Bảng mạch nên gần vuông, thường được sắp xếp trong lưới 2×2 hoặc 3×3, tránh các hình dạng không đều.

5. Tại sao cần để khu vực không có hàn xung quanh các dấu định vị?

Khu vực không có hàn 1,5 mm ngăn ngắn mạch hàn và đảm bảo căn chỉnh chính xác cho máy pick-and-place tự động.