如何从PCB成本角度考虑优化PCB拼板设计？（上集）

本文所涉及的PCB拼板是指PCB设计时所做的拼板。一个优化的拼板尺寸应使PCB在制做生产拼板时，能够获得尽可能高的板材利用率，因而获得较低的PCB价格。这里主要讨论在如何通过控制拼板上所加边条、PCB单元数量、PCB单元排列方式、拼板方式等来实现优化的拼板尺寸，从而达到降低PCB成本的目的。

一、PCB拼板设计的意义

在PCB完成布线后，由于PCBA组装流程的要求，需要对于一些具有特殊外形的PCB进行拼板设计，从而使后续的PCBA组装流程能够顺利进行。拼板设计时通常需要增加边条，并将一个或若干PCB单元与边条以一定的方式连接在一起，形成满足PCBA组装要求的PCB外形。拼板的尺寸会对PCB生产时的材料利用率和生产拼板尺寸产生直接影响，甚至是显著影响PCB的价格。而拼板中边条的数量、宽度、位置、PCB单元的数量、PCB单元的排列方式、连接的方式、槽宽都将影响到拼板尺寸。

本文主要讨论拼板设计过程中，在满足PCB和PCBA组装流程要求的前提下，如何通过控制这些影响因素，来优化拼板的尺寸，使其能在形成PCB生产拼板时产生高的板材利用率和合适的生产拼板尺寸，从而获得较低的PCB报价。

二、什么情况下需要做拼板设计

以下情况需要对PCB进行拼板处理，形成拼板，以满足PCBA组装需求：

（1）设计本身的机械结构需求

（2）元器件焊盘靠PCB板边太近，顶层小于4.06 mm，底层小于5.08 mm（顶层小于0.16英寸、底层小于0.2英寸）

（3）需要焊锡的测试点靠板边太近，顶层小于4.06 mm，底层小于5.08 mm（顶层小于0.16英寸、底层小于0.2英寸）

（4）不规则外形或尺寸过小，不能顺利通过PCBA组装生产线

（5）为提高PCBA组装生产效率

三、关于拼板的术语和定义

介绍关于拼板的术语和定义，以方便说明如何从成本角度出发，优化拼板。

1、什么是拼板

拼板是指为满足PCBA组装要求，必要时对PCB单元增加边条，并将一个或若干PCB图形与边条用一定的方式连接在一起，形成较大的、规则的PCB外形。常用的拼板方式有两种：连接筋（图1）和V-CUT（图2）。[编者注：此拼板是交付单元]

2、什么是生产拼板

生产拼板是指在生产PCB时，为提高生产效率和满足制程需要，增加工艺边并将一个或若干个拼板与工艺边连接在一起，如图3所示。[编者注：此生产拼板是生产在制品（Panel）]

3、什么是板材利用率

板材利用率＝（拼板面积 * 拼板数量 / 生产拼板面积）×100%，即板材利用率＝（X×Y×n/AxB）*100%

4、什么是标准生产拼板

（1）标准生产板尺寸。

PCB用覆铜板尺寸是固定的，PCB生产拼板是由其裁剪而成，所以生产拼板通常具有标准尺寸A×B，如表1所示。因为覆铜板尺寸及各PCB公司生产设备能力等差异，表1中没有囊括所有的标准尺寸。

（2）生产拼板中的常规参数。

生产拼板上的常规参数各家PCB公司可能存在差异，表2中是一些典型值（指最小值）。

四、PCB设计拼板过程中的成本控制

在PCB生产拼板中（图3），最小拼板之间间距（a1，a2）、工艺边尺寸（b1，b2）相对比较固定，拼板尺寸（X×Y）的改变，可能使生产拼板中拼板总数量（n）增加，或使生产拼板尺寸（A×B）减小，提高板材利用率。因此，拼板尺寸会对PCB生产时的板材利用率和生产拼板尺寸产生直接影响，从而影响PCB的价格。以下介绍在设计拼板过程中，如何优化拼板尺寸。

1、拼板边条和槽宽标准化

在满足PCB制程和PCBA组装制程的前提下，应拼板的边条和槽宽最小化，这样可以使拼板的整体尺寸减小，提高生产拼板选择的灵活性和板材利用率。

总结形成如下图4所示的边条宽度和槽宽。

图4

当PCB图形中有可供PCB生产、PCBA组装时利用的安装孔，则拼板的边条上没有必要增加安装孔，这时可进一步缩小所加边条的尺寸。例如，将边条宽度进一步缩减为2.007 mm（0.079英寸），而边条与PCB单元之间的槽宽仍保持2.007 mm（0.079英寸），这样就保证了元器件到板边的最小间距即4.064 mm（0.16英寸）。这种较窄的边条应在充分评估边条刚性及PCBA组装要求的条件下使用。而当PCB图形中没有设计供PCBA组装对位使用的反光点时，则需要在边条上增加反光点，此时在拼板时需要使用较宽尺寸的边条。因此，从这一点上来看，PCB图形中不设计反光点是不可取的。

以下为拼板中优化边条和槽宽的应用实例：

（1）PCB相关参数与拼板。

PCB为6层板，尺寸mm（in）182.4×198.91（7.181×7.831），有阻抗控制要求，需拼板原因是元器件离板边小于4 mm、外形不规则。

如图5所示是使用不同边条宽度和槽宽的拼板，拼板1使用了标准边条宽度和槽宽，而拼板2则采用了较大的边条和槽宽，拼板方式均为连接筋。

图5

（2）在生产拼板中的排列。

如图6是两种拼板在相应生产拼板中的排列的示意图。

图6

（3）拼板优劣分析和价格对比

这两个拼板所需的生产拼板尺寸、板材利用率等如表3所示。