Fiducial-маркеры на PCB: назначение, размещение и лучшие практики

Печатные платы (PCB) — жизненно важный компонент большинства электронных устройств. Поэтому дизайнеры должны безупречно проектировать PCB. Для этого добавляют опорные точки (fiducial markers) в дизайн. Эти референс-точки помогают сохранить правильную ориентацию.

Назначение fiducial-маркеров — обеспечить референс-точки для систем машинного зрения. К сожалению, многие начинающие дизайнеры не знают о fiducial-маркерах достаточно. Поэтому мы подготовили это подробное руководство по fiducial-маркерам на PCB. Читайте дальше, чтобы узнать больше.

1. Что такое Fiducial PCB

Термин «fiducial» означает фиксированную опорную точку для сравнения. Fiducial-маркеры — поверхностные метки, используемые как направляющие измерения для индексирующих систем.

В автоматизированной электронной сборке fiducial-маркеры служат маркерами выравнивания, помогающих системам позиционирования ориентировать PCB в правильном скосе и направлении. Особенности позволяют системе зрения точно устанавливать компоненты на цепи.

Fiducial-маркеры — критически важный аспект автоматизации. Единичная ошибка в расположении платы или цепи может привести к аварии на линии сборки.

Fiducial-метка состоит из 3 частей:

• Сплошное медное кольцо на верхнем или нижнем медном слое
• Круг в паяной маске — цель для выравнивания
• Опциональная текстовая метка сбоку

2. Основные эталоны (Benchmarks) Fiducial PCB

Существует три главных эталона fiducial-маркеров. Рассмотрим их и место размещения на плате.

Первый эталон (First Datum)

Помогает монтажным машинам распознать положение PCB в пространстве. Обычно использует измерения по осям X и Y.

Второй fiducial-эталон

Помогает машине распознать ориентацию PCB и её скос в зажимах. Даже незначительный поворот платы может полностью разрушить сборку. Fiducial-маркеры это предотвращают. Машина измеряет угол поворота с точностью до 0,01° и компенсирует все размещения соответственно.

Третий эталон

Помогает монтажной машине компенсировать усадку и растяжение PCB. На больших расстояниях платы могут незначительно варьироваться. Большие PCB подвержены большей усадке/растяжению, чем малые.

В двусторонних SMT-сборках рефлоу первой стороны в печи может вызвать растяжение, усадку, изгиб или деформацию платы. Третий fiducial-эталон нужен для компенсации этих эффектов.

3. Почему Fiducial PCB так важен?

Fiducial-маркеры критичны при автоматизированной SMT-сборке (pick-and-place). В любом автоматизированном процессе точность — ключ. Машины должны знать точное положение платы и где размещать компоненты. Fiducial-маркеры гарантируют правильное направление и выравнивание платы. Высокотехнологичные камеры монтажных машин точно локализуют положение платы. Процесс требует нескольких fiducial-меток в необратимом паттерне.

4. Когда использовать Fiducial PCB

Массовая и мелкосерийная сборка

Fiducial-метки критичны для высокообъемного BOM (Bill Of Materials) при монтаже на плату. Обеспечивают правильное размещение и регистрацию компонентов. В мелкосерийной сборке они не строго обязательны, но всегда рекомендуется их использовать, будь то высокий или низкий объем. Если монтаж ручной — fiducial-маркеры не нужны.

5. Требуют ли современные производственные технологии референс-метки?

Краткий ответ: да. Fiducial-маркеры играют жизненно важную роль в современном WellPCB. Мы предоставляем полный цикл услуг и высококачественные продукты. Пришлите документы для производства и получите котировку немедленно! У нас 10 лет опыта в производстве PCB. Обычно выделяют два типа fiducial-характеристик:

• Глобальные fiducial-маркеры: отличают схему цепи и панель PCB. Должны быть три точки позиционирования сеточной системы: референс в левом нижнем углу (0,0), две остальные — в положительном направлении осей X и Y.
• Локальные fiducial-маркеры: позиционирование с высокой точностью для отдельных компонентов.

В зависимости от размера PCB можно включать или опускать локальные маркеры. На маленьких платах дизайнеры могут отказаться от локальных fiducial для освобождения места под сигнальные трассы. Монтажные машины используют глобальные fiducial-точки для размещения SMT-компонентов.

Другой случай опускания локальных маркеров — использование SMD-компонентов с крупным шагом (≥1 мм). Современные машины не требуют локальных fiducial для их размещения.

6. Меры предосторожности при использовании Fiducial PCB в дизайне

Базовые принципы дизайна fiducial PCB

Для лучших результатов при машинной сборке дизайнеры должны правильно разместить fiducial-маркеры. Основные правила:

1. Сохраняйте круглую форму непробуранного медного слоя. Fiducial-маркеры должны быть свободны от паяной маски.
2. Оптимальный размер fiducial-маркеров — 1–3 мм. Зона очистки (clearance) должна быть равна диаметру метки.
3. При создании глобальных fiducial размещайте три маркера по краям платы для максимальной точности. Если места мало — минимум один глобальный маркер.
4. Обеспечьте расстояние 0,3 дюйма (7,62 мм) от края платы до fiducial-маркера (исключая зону очистки).
5. Для локальных fiducial размещайте минимум два маркера по диагонали на краях планов поверхностно-монтируемых компонентов.

Оптимизация дизайна Fiducial

Четыре фактора при проектировании fiducial-маркеров:

Форма: как будут выглядеть маркеры? Некоторые машины распознают квадраты, ромбы, песочные часы. Другие — нет. Лучше придерживаться круглых — универсально распознаются.

Размер: fiducial-пэды обычно 1–3 мм. Размер облегчает распознавание камерой и оборудованием.

Размер fiducial-метки на одной PCB не должен превышать 25 мкм. Рекомендуется: минимальный размер зоны зазора — удвоенный радиус центральной метки.

Материал: fiducial-пэд должен быть из того же материала, что и остальная плата. Никакой паяной маски или шелкографии, закрывающих маркеры.

Вырезка / Зона очистки (Cutout / Clearance): критично обеспечить зазор вокруг пэда. Открытое пространство позволяет камере фиксировать fiducial без интерференций. Диаметр зоны очистки ≥ 2× размер пэда. Форма зазора может быть круглой или квадратной.

7. Проблемы при проектировании Fiducial PCB

Как и любые процессы сборки PCB, при проектировании fiducial могут возникать проблемы:

7.1 Позиционное отклонение (Position Deviation)

Если fiducial на обеих сторонах платы расположены симметрично, монтажная машина может не зафиксировать ошибку 180°-поворота инвертированной платы. При перевороте на 180° симметричные fiducial меняются местами и обманывают оптическую систему линии сборки. Линия продолжает размещать компоненты неверно без аварийного сигнала. Результат — брак, потеря времени, денег, материалов.

7.2 Прямой свет может создавать блики

Жесткий прямой свет сверху от системы зрения создает блики, сбивающие детекцию. Причина — неровная паяная поверхность, образующая тени.

Решение: снизить уровень освещения. Если не помогает — запрограммируйте fiducial с детекционным смещением в одну сторону. Это изменит угол и рассеет свет.

7.3 Нужен ли Fiducial на обеих сторонах PCB?

Важность fiducial-маркеров неоспорима. Если SMD-компоненты на обеих сторонах — fiducial нужны на обеих сторонах. Убедитесь, что паяная маска не закрывает маркеры — система зрения должна легко их находить.

Резюме

Размещение fiducial-маркеров — критическая часть WellPCB. Мы предоставляем полный цикл услуг и высококачественные продукты. Пришлите документы для производства и получите котировку! 10 лет опыта в производстве PCB. Качество выполнения определяет: бесшовная линия сборки или постоянные корректировки. Правильно интегрируйте fiducial в дизайны, даже если поставщик заявляет, что их машины работают без маркеров. При переделке или тестировании эти маркеры могут стать бесценны.

Хотите узнать больше о fiducial-маркерах? WellPCB предлагает профессиональное руководство и инновационные предложения для ваших дизайнов. Наши эксперты помогут с кастомными PCB-решениями. Узнайте о дефектах и решениях PCB-проблем? Свяжитесь с нами сегодня для глубокого и удовлетворительного сотрудничества.