Влияние неисправных фидуциальных марок на качество печати на печатных платах

Как важный носитель электронных компонентов, печатные платы обеспечивают отличную механическую поддержку и соединяют компоненты медными проводниками разной толщины и контактными площадками разного размера согласно логическим схемам для реализации электрических функций изделия. Поскольку большинство электронных изделий производится методом SMT, качество проектирования ПП напрямую связано как с нормальной работой электрических функций, так и с эффективной работой производственного монтажа. Эта статья методом «точка-область» обсуждает важное влияние технологичности ПП в производстве электронных изделий через влияние фидуциальных марок на качество печати.

Функции фидуциальных марок

При серийном производстве электронных изделий методом SMT каждая партия ПП для сборки должна соответствовать требованиям: правильная плата и точное позиционирование. Ручная операция без специального дизайна приводит к низкой эффективности и точности, что может вызвать дефекты изделий.

Точные позиции платы обычно обеспечиваются позиционными отверстиями или фидуциальными марками (Fiducial Marks). Поскольку дизайн позиционных отверстий зависит от бренда и модели монтажного оборудования, они не ставятся на каждую ПП, а фидуциальная марка — необходимость для каждой ПП.

Фидуциальная марка — специальный оптический позиционный символ. При производстве монтажные установки облучают марку, генерируют изображение с координатами, которые сравниваются с эталонными данными в системе. Если координаты совпадают или отклонения в допуске, машина считает плату правильной и отправляет на печать, монтаж и пайку. Иначе — плата неверная, подача останавливается с тревогой.

Следовательно, фидуциальная марка играет значительную роль в гарантии правильности электронных изделий. Однако многие проектировщики иногда не учитывают требования, из-за чего их ПП не распознаются монтажными установками и последующее нормальное производство невозможно. Необходимо знать требования и правила фидуциальных марок при проектировании ПП.

Требования к дизайну фидуциальных марок

Состав и параметры дизайна

Целостная фидуциальная марка содержит метку и клиренс (зону очистки), показано на рис. 1. Общие шаблоны на рис. 2.

  

Оптимальный выбор — сплошной круг диаметром 1 мм (±0,2 мм) из голой меди, оловянного или никелевого покрытия, защищенного прозрачным антиоксидационным покрытием. Для легкого распознавания цвет марки должен четко отличаться от окружающей области. Вокруг марки выделяют клиренс размером на 1 мм больше. Радиус клиренса не менее 2R (R — радиус марки), а при 3R эффект распознавания лучший.

Требования к трассировке фидуциальных марок

По теории, что 3 нелинейные точки определяют плоскость, 3 фидуциальные марки размещают по схеме «Г» на ПП (рис. 3). Если места мало и 3 марки не помещаются, минимум пара по диагонали (рис. 4).

Марки по диагонали не должны быть полностью симметричными. Иначе при неправильной ориентации платы устройство не обнаружит ошибку, что приведет к дефектам неточной платы или неправильного монтажа. Для компонентов со специальными требованиями и точным позиционированием можно проектировать локальные фидуциальные марки для повышения точности монтажа.

Кроме того, расстояние между марками и краем ПП должно быть больше минимального расстояния захвата SMT-устройств, находиться внутри платы, а не на краю, и удовлетворять требованию минимального клиренса. Для повышения эффекта распознавания печатающего и монтажного устройств в клиренсе марки не должно быть другой трассировки, шелкографии, паяных площадок или V-реза. Расстояние от клиренса до других металлических точек (например, тестовых точек) похожего типа — минимум 5,0 мм.

Производственные требования к фидуциальным маркам

При производстве голой ПП изменение размера марок не более 25 мкм. При большем изменении отклонение данных компьютерного зрения выйдет за допуск эталонных значений, влияя на загрузчик плат и тревогу, снижая эффективность производства.

Поверхностная ровность марок контролируется в пределах 15 мкм, они должны иметь общий внутренний фон. Иначе низкая ровность может повлиять на распознавание или устройство не сработает.

Все марки на ПП с одинаковым номером платы должны быть одинаковыми по размеру и форме. Рекомендуется сплошные круги диаметром 1 мм. Лучшая производительность при высоком контрасте марок и материала подложки ПП. Кроме того, марки должны быть изолированы медной фольгой на фольгированных платах.

Анализ случая

Для наглядного объяснения прототип ПП 50×30 мм нарисован в Protel с фидуциальными марками по диагонали (рис. 5).

Для дизайна на рис. 5 устройство способно распознать и сравнить параметры камерой с правильным направлением загрузки платы для корректной работы принтера.

Однако при неправильном направлении загрузки, например, перевернутом на 180° (рис. 6), устройство все равно считает правильность направления и позиции текущей платы. При этом нормальная печать выполнится по установленной процедуре.

Это сильно снизит эффективность производства. Хуже того, из-за высокой эффективности PCBA много дефектных ПП будет произведено до остановки производства после обнаружения брака. В этом случае производственное время и эффективность снизятся, качество продукции пострадает.

Помимо размещения марок (избегание полной симметрии), нужно учитывать расстояние от края марки до края платы: 3,5–5 мм. Размер марки — средний, не слишком большой и не слишком маленький. Для круга диаметр 1,0–3,0 мм. Слишком большой — устройство сделает крупную коррекцию позиции, приведя к большим отклонениям и дефектам печати. Слишком маленький — устройство может не распознать, откажет в загрузке или подаст тревогу.

В заключение, хотя дизайн фидуциальных марок относительно прост, некоторые детали упускаются. При неправильном дизайне соответствующие функции не выполняются, возможны проблемы, приводящие к ошибкам печати и задержкам производства. Поэтому схемотехники должны владеть теоретическими знаниями проектирования схем, требованиями монтажных устройств к производству ПП и учитывать все требования со всех аспектов производственной линии для повышения технологичности, эффективности и экономичности изделий.

Полезные ресурсы
• Design Requirement of SMT PCBs Part Four: Mark
• Full Feature PCB Manufacturing Service from PCBCart - Multiple Value-added options
• Advanced PCB Assembly Service from PCBCart - Start from 1 piece