名詞解釋:V-Cut是什麼?為何PCB上面要有V-Cut?

V-Cut是什麼?為何PCB上面要有V-Cut?所謂【V-cut】是印刷電路板(PCB)廠商依據客戶的圖紙要求,事先在PCB的特定位置用轉盤刀具切割好的一條條分割線,其目的是為了方便後續SMT電路板組裝完成後的「分板(De-panel)」之用,因為其切割後的外型看起來就像個英文的【V】字型,因此得名。

之所以需要在電路板上設計出V-Cut,是因為電路板(PCB)本身具有一定的強度與硬度,如果你想純粹用手來扳開或掰斷PCB是不太可能的事,就算你是大力士可以扳斷,最後也會將電路板上面的零件弄壞掉,因此需要有這類事先預先切割好的V-Cut線路來方便作業員順利將原先的拼板裁切成為單板,這就是【分板(De-panel)】。







因為一般電路裸板的生產都會先做拼板(panelization)與加板邊(break-away)的作業,所以當電路板打(貼)上所有零件並完成組裝後,當然就要在進行「分板」作業,才能將板子安裝到機器中,因為通常整機產品不會安裝兩片以上相同的組裝板(PCBA),至於為什麼電路板要先做拼板(panelization)與加板邊的作業,就留待後面的文章再繼續解說吧!

設計【V-cut】的目的與V-Cut分板的作業

就如同前面篇幅說過,設計【V-cut】的主要目的在幫助電路板組裝後方便作業員分板(De-panel)之用,PCBA分板的時候一般會利用【V-Cut分板機(Scoring machine)】(如左圖),把PCB事先切割好的V型溝槽對準Scoring的圓形刀片,然後用力的推過去,有些機器會有自動送板的設計,只要一個按鈕,刀片就會自動移動並劃過電路板V-Cut的位置把板子切斷,刀片的高度可以上下調整以符合不同V-Cut的厚度。(註:PCBA分板除了使用V-Cut的Scoring之外,還有其他的方法,如Routing、郵票孔…等方式。)

雖然PCB上面的V-Cut也可以使用手動的方式來折斷或掰斷V-Cut的位置,但工作熊強烈建議不要使用手動的方式折斷或掰斷V-Cut,因為手動的時候會因為施力點的關係對PCB造成彎曲,這非常容易造成PCBA上面的電子零件破裂(crack, micro-crack),尤其是電容類零件,進而降低產品的良率與信賴性,有些問題甚至要使用一段時間後才會漸漸顯現出來。

參考文章:
電路板去板邊—V-Cut 分板機
影片:V-Cut電路板分板機作業

V-Cut設計及使用上的限制

V-Cut雖然可以方便我們輕易的將板子分開並去掉板邊,但V-Cut可是有設計及使用上的限制。

首先,V-Cut只能切直線,而且一刀到底,也就是說V-Cut只能切割成一條線直直的從頭切到尾,它無法轉彎改變方向,也不能像裁縫線一樣切一小段後跳掉一小段。

這是因為V-Cut的凹槽是使用上下兩片圓盤的電鋸所切出來的,有看過木工師傅裁切木頭吧,意思大概就是那樣,因為PCB的裁切都要很精準(毫米計算),所以無法做到只切一半就退刀的作業,其實也不是做不到,而是沒有必要大費周章這麼做,我們只要放棄V-Cut分板的製程,改用Routing去板機來裁切板子就可以達成了。所以一般如果是比較複雜的切斷路徑,就會改用Routing機來分板。

其次,PCB厚度太薄也不適合做V-Cut凹槽,一般如果厚度在1.0mm以下的板子,工作熊就不建議做V-Cut了,這是因為V-Cut凹槽會破壞原本PCB的結構強度,當有設計V-Cut的板子上面放置有比較重的零件時,會因為重力的關係而使得板子變得容易彎曲,這非常不利SMT的焊接作業(容易造成空焊或短路)。

另外,PCB在行經回焊爐的高溫時,板子本身就會因為高溫超過玻璃轉移溫度(Tg)而軟化變形,如果V-Cut位置及凹槽深度設計得不好,會使得PCB變形更會嚴重,不利二次回焊製程。

名詞解釋:V-Cut是什麼?為何PCB上面要有V-Cut?

V-Cut的殘留厚度設計與建議

一般來說,我們在定義V-Cut的凹槽尺寸時都只會定義其殘留厚度(Remained thickness),也就是在V-Cut凹槽兩個倒V口中間剩下的板厚,因為這個厚度決定了板子是否容易被折斷與變形的嚴重度。

最普遍的V-Cut殘留厚度建議為板子厚度的1/3,但是最小不建議小於0.35mm,再薄就容易發生板子於製程中有提前斷裂的風險。V-Cut最厚不建議大於0.8mm,再厚的話V-Cut切割機(Scoring)可能無法一次就完全將其切斷,而且也會增加V-Cut切割機刀片的損壞程度,降低其使用壽命。

V-Cut的角度定義

最後是V-Cut的V字形夾角角度定義,一般來說V-Cut有30°、45°、60°三種角度可以定義,最常用的為45°

V-Cut的角度越大,表示板子邊緣被V-Cut吃掉的板材就越多,相對的PCB上的線路就必須更往內縮,以避免被V-Cut切割到,或是裁切V-Cut的時候受損。

V-Cut的角度越小,理論上越有利PCB的空間設計,可是卻不利PCB板廠的V-Cut鋸片壽命,因為越小的V-Cut角度,就意味著電鋸的刀頭就要越細薄,也就越容易磨損與折斷其刀片。另外,板子的厚度越厚時,因為必須切割得比較深,所以一般V-Cut的角度就得越大,如果是1.6mm以上的板厚時,板廠通常都不願意接受30°角的V-Cut角度,除非你夠大咖,否則就改用Router切割設計吧。

既然Router切割幾乎可以解決所有V-Cut切割所帶來的不利因素,那為什麼還要設計V-Cut?因為價錢不一樣啊!這個世界就是這樣,絕對沒有便宜又好用的東西,要有的話就稱霸了,也就不會有其他選擇了,不是嗎!

參考文章:電路板去板邊—Router 切割機


延伸閱讀:
電路板去板邊—總整理
電路板去板邊—手動去板邊
電路板去板邊—V-Cut 分板機
電路板設計需要預留板邊及溝槽給router(路徑切割機/成型機)?

訪客留言內容(Comments)

聽說有 “push-back” 的分板方法,是嗎?
如: 15cmX15cm的 panel PCB 上,平均分佈 9片直徑 3cm的小圓板. 事先在 15cm的panel上以雷射或其他方式,完全切斷(100% cut through),再 push-back這9片直徑 3cm的小圓板,依然固定在15cmx15cm的panel上的原來位置,de-panel過程就只要PUSH DOWN….. 可行嗎?業界有此技術和作法嗎?

Daniel,
目前沒有見過這種de-panel的方式,但理論上可行。不過PCB厚度是一個關鍵。


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