Impact van Foute Fiducial Marks op PCB Printkwaliteit

Als belangrijke drager van allerlei elektronische componenten bieden printplaten uitstekende mechanische ondersteuning en verbinden componenten via koperfoliesporen met verschillende diktes en soldeerpads met verschillende formaten volgens logische circuits om de elektrische prestaties van producten te realiseren. Omdat de meeste elektronische producten via SMT worden geproduceerd, is de kwaliteit van PCB-ontwerp direct gerelateerd aan de normale werking van elektrische prestaties en de effectieve werking van PCB-montagefabricage. Dit artikel bespreekt de belangrijke invloed van PCB-fabricagebaarheid in elektronische productiefabricage vanuit een punt-naar-vlak methode, met focus op de invloed van Fiducial Mark op printkwaliteit.

Functies van Fiducial Marks

In het serieproductieproces van elektronische producten met SMT-apparaten moet elke partij PCBs voor montage voldoen aan de eisen van correct bord en nauwkeurige positionering. Handmatige bediening zonder speciaal ontwerp leidt tot lage efficiëntie en nauwkeurigheid, wat productdefecten kan veroorzaken.

De nauwkeurige posities van het bord worden doorgaans gegarandeerd door positioneringsgaten of Fiducial Marks. Omdat het ontwerp van positioneringsgaten afhangt van merk en modelnummer van PCB-montageapparatuur, worden positioneringsgaten niet op elk PCB geplaatst, terwijl Fiducial Mark een noodzaak is voor elk PCB.

Fiducial Mark is een speciaal optisch positioneringssymbool. Tijdens fabricage bestrahlen montageapparaten de Fiducial Mark, genereren beeldcoördinaten die vergeleken worden met vooraf ingestelde standaarddata in het systeem. Als coördinaten compatibel zijn met standaarddata of verschillen binnen de toegestane categorie, oordeelt de machine de correctheid van PCBs die naar binnen worden gestuurd voor procedures zoals printen, monteren en solderen. Anders worden PCBs als incorrect geoordeeld, bordinzending gestaakt en alarm gegeven.

Fiducial Mark speelt dus een significante rol in de garantie van correctheid van elektronische producten. Toch faillen veel PCB-ontwerpers soms hun ontworpen PCBs niet herkend te laten worden door montageapparaten, waardoor opvolgende normale productie niet kan worden uitgevoerd. Het is extreem noodzakelijk de eisen en voorschriften van Fiducial Mark te kennen tijdens PCB-ontwerp.

Vereisten voor Fiducial Mark Ontwerp

Samenstelling en ontwerpparameters

Een geïntegreerde Fiducial Mark bevat mark en clearance, weergegeven in Figuur 1. De algemene patronen staan in Figuur 2.

Over het algemeen is een vol cirkel met diameter 1 mm (±0,2 mm) de optimale keuze voor Fiducial Mark, gemaakt van naakt koper, tinplating of nikelplating beschermd door transparante anti-oxidatie coating. Om Fiducial Marks gemakkelijk herkenbaar te maken voor montageapparaten, moet de kleur duidelijk verschillen van de omringende oppervlakte. Daarnaast moet een clearance van 1 mm groter worden voorzien rondom Fiducial Marks. Over het algemeen is de straal van de clearance niet minder dan 2R (R = straal van Fiducial Mark) en bij 3R is het herkenningseffect van apparaten het best.

Routingvereisten voor Fiducial Marks

Op basis van de theorie dat 3 niet-lineaire punten een vlak bepalen, moeten 3 Fiducial Marks in een "L"-patroon op de PCB worden geplaatst (Figuur 3). Als bordruimte beperkt is en 3 marks niet kunnen, moeten er ten minste een paar op de diagonaal worden geplaatst (Figuur 4).

Fiducial Marks op de diagonaal mogen niet volledig symmetrisch worden geplaatst. Anders kan de fout niet door apparaten worden ontdekt wanneer borden niet correct zijn, wat leidt tot defecten door onnauwkeurig bord of incorrecte montage. Voor componenten met speciale eisen en nauwkeurige positionering kunnen lokale Fiducial Marks worden ontworpen om montage-nauwkeurigheid te verhogen.

Daarnaast moet de afstand tussen Fiducial Marks en PCB-rand groter zijn dan de minimale afstandsvereiste van SMT-apparaten, binnen het PCB liggen in plaats van aan de rand, en aan de clearance-vereiste van de minimale Fiducial Mark voldoen. Om het herkenningseffect van print- en montageapparaat te verhogen, mogen geen andere routing, silkscreen, soldeerpad of V-cut binnen de Fiducial Mark clearance worden geplaatst, en de afstand tussen clearance en andere metalen punten (bijv. testpunt) met vergelijkbare typen moet minstens 5,0 mm zijn.

Fabricagevereisten voor Fiducial Marks

Tijdens naakte PCB-fabricage mag de grootteverandering van Fiducial Marks niet meer dan 25 µm bedragen. Als de verandering te groot is, overschrijdt de afwijking in computerbeeld de verandercategorie van standaardwaarden, wat zowel bordlader als alarm beïnvloedt en de fabricage-efficiëntie verlaagt.

De oppervlaktevlakheid van Fiducial Marks moet binnen 15 µm worden gecontroleerd en ze moeten dezelfde interne achtergrond delen. Anders kan de lage vlakheid het herkenningseffect beïnvloeden of apparaten zelfs laten stoppen.

Alle Fiducial Marks op PCBs met hetzelfde bordnummer moeten identiek zijn in grootte en vorm. Aanbevolen: alle marks als vol cirkels met diameter 1 mm. Beste prestatie bij hoge contrast tussen Fiducial Marks en PCB-substraatmateriaal. Daarnaast moeten Fiducial Marks geïsoleerd zijn met koperfolie op koperfolieborden.

Case Analyse

Voor een gemakkelijke uitleg is een PCB-prototype van 50 mm × 30 mm getekend in Protel-software met Fiducial Marks op de diagonaal (Figuur 5).

Voor het ontwerp in Figuur 5 kan het apparaat parameters herkennen en vergelijken via camera met correcte bordlaadrichting om correct printwerk te garanderen.

Echter, zodra de bordlaadrichting incorrect is (zoals Figuur 6 waar het prototype 180° omgekeerd is), blijft het apparaat vasthouden aan de correctheid van de laadrichting en posities van het huidige PCB. Normaal printwerk wordt dan uitgevoerd volgens vaste procedure.

Dit verlaagt de fabricage-efficiëntie drastisch. Erger nog: aangezien PCBA-efficiëntie hoog is, worden veel problematische PCBs gegenereerd voordat de fabricage stopt na defecte PCBs. Fabricagetijd en efficiëntie dalen en productkwaliteit wordt beïnvloed.

Naast plaatsing van Fiducial Marks (volledige symmetrie vermijden), moet de afstand tussen Fiducial Mark rand en bordrand worden gelet: 3,5–5 mm. De mark moet medium zijn, noch te groot noch te klein. Voor cirkelpatroon: diameter 1,0–3,0 mm. Te groot: apparaat maakt grote plaatscorrectie, grote afwijking, printdefecten. Te klein: apparaat herkent ze niet, weigert borden te laden of geeft alarm.

Concluderend: hoewel Fiducial Mark-ontwerp relatief simpel is, worden details vaak verwaarloosd. Bij onjuist ontwerp kunnen de functies niet worden geïmplementeerd en kunnen problemen ontstaan, leidend tot printfouten en vertraagde fabricage. Schakelontwerpers moeten theoretische kennis van schakelontwerp beheersen, de eisen van montageapparatuur aan PCB-fabricage, en alle vereisten van alle productielijnaspecten overwegen om fabricagebaarheid, efficiëntie en economie van producten te verhogen.

Nuttige bronnen:
• Ontwerpvereiste SMT PCBs Deel Vier: Mark
• Full Feature PCB Fabricageservice van PCBCart – Meerdere Value-added opties
• Advanced PCB Assembly Service van PCBCart – Start vanaf 1 stuk