Influencia en la calidad de impresión de PCB basada en un mal diseño de marcas de referencia

Como portador importante de todo tipo de componentes electrónicos, las placas de circuito impreso brindan un excelente soporte mecánico para los componentes y conectan esos componentes a través de líneas de lámina de cobre con diferentes espesores y almohadillas de soldadura con diferentes tamaños según los circuitos lógicos para implementar el rendimiento eléctrico de los productos. Dado que la mayoría de los productos electrónicos son fabricados por SMT, la calidad del diseño de PCB está directamente relacionada con el funcionamiento normal del rendimiento eléctrico y con el funcionamiento efectivo de la fabricación de ensamblajes de PCB. Con la influencia de Fiducial Mark en la calidad de impresión, este artículo analiza la importante influencia de la capacidad de fabricación de PCB en el campo de la fabricación de productos electrónicos en el método de punto a área.

Funciones de las marcas fiduciales

En el proceso de producción en volumen de productos electrónicos con el método de dispositivos SMT, cada lote de PCB para ensamblaje debe cumplir con los requisitos de la placa correcta y la posición precisa. La operación manual sin un diseño especial puede conducir a una baja eficiencia y precisión, lo que posiblemente cause defectos en los productos.

Las posiciones precisas del tablero generalmente se pueden asegurar a través de orificios de posicionamiento o marcas de referencia. Dado que el diseño de los orificios de posicionamiento se basa en la marca y el número de modelo del equipo de ensamblaje de PCB, los orificios de posicionamiento no se colocan en cada PCB, mientras que la marca de referencia es la necesidad de cada PCB.

Fiducial Mark es un símbolo de posicionamiento óptico especial. Durante la fabricación, los dispositivos de ensamblaje irradian en Fiducial Mark con coordenadas de imagen generadas que luego se comparan con los datos estándar preestablecidos en el sistema. Si las coordenadas son compatibles con los datos estándar o las diferencias están dentro de la categoría permitida, la máquina juzgará la exactitud de los PCB que se enviarán al interior de las máquinas para procedimientos que incluyen impresión, montaje y soldadura. De lo contrario, las PCB se considerarán incorrectas y el envío de la placa se pausará y se transmitirá la alarma.

Por lo tanto, Fiducial Mark juega un papel importante en la corrección de la garantía de los productos electrónicos. Sin embargo, muchos diseñadores de PCB a veces no logran que sus PCB diseñados no sean reconocidos por los dispositivos de ensamblaje, por lo que no se puede implementar la producción normal posterior. Es extremadamente necesario estar al tanto de los requisitos y regulaciones de Fiducial Mark en el proceso de diseño de PCB.

Requisitos del diseño de marca fiduciaria

• Composición de Fiducial Mark y parámetros de diseño

Una marca de confianza integrada contiene marca y autorización, que se muestra en la Figura 1. Los patrones generales de la marca de confianza se muestran en la Figura 2.

En términos generales, el círculo sólido con un diámetro de 1 mm (±0,2 mm) es la opción óptima para la marca fiduciaria que está hecha de cobre desnudo, estañado o niquelado protegido por una capa inoxidable transparente. Para que los dispositivos de ensamblaje reconozcan fácilmente las Marcas de referencia, el color de las Marcas de referencia debe ser obviamente diferente al del área circundante. Además, el espacio libre con el tamaño 1 mm más grande debe reservarse Marcas fiduciales. En general, el radio de espacio libre no es inferior a 2R (R se refiere al radio de la marca de referencia) y cuando el radio de espacio libre es igual a 3R, el efecto de reconocimiento de los dispositivos es el mejor.

• Requisitos de enrutamiento de marcas fiduciales

Basado en la teoría de que 3 puntos no lineales determinan un plano, se deben colocar 3 marcas de referencia con un patrón de "L" en la placa de circuito impreso como se muestra en la Figura 3. Si el espacio de la placa es limitado para que se puedan colocar 3 marcas de referencia no se debe colocar en él, al menos se deben colocar un par de marcas fiduciales en el tablero a lo largo de la línea diagonal, al igual que la Figura 4.

Las marcas de referencia a lo largo de la línea diagonal no deben colocarse de forma completamente simétrica. De lo contrario, los dispositivos no pueden detectar el error cuando las placas no son correctas, por lo que los defectos surgirán con una placa inexacta o un montaje incorrecto. Para componentes con algunos requisitos especiales y posicionamiento preciso, se pueden diseñar marcas de referencia locales para aumentar la precisión del montaje.

Además, la distancia entre las marcas de referencia y el borde de la placa de circuito impreso debe ser mayor que el requisito de distancia mínima fijado por los dispositivos SMT, para estar dentro de la placa de circuito impreso en lugar de en el borde de la placa y para cumplir con el requisito de espacio libre de la marca de referencia mínima. Además, para aumentar el efecto de reconocimiento del dispositivo de impresión y el dispositivo de montaje, no se deben configurar otros enrutamientos, serigrafías, almohadillas para soldar o cortes en V dentro del espacio libre de la marca de referencia y la distancia entre el espacio libre y otros puntos metálicos (punto de prueba, por ejemplo). ) con tipos similares debe tener al menos 5,0 mm.

• Requisitos de fabricación de marcas fiduciales

En el proceso de fabricación de PCB de placa desnuda, el cambio de tamaño de las marcas fiduciales no debe ser superior a 25 μm. Si el cambio de tamaño es demasiado grande, la desviación de los datos adquiridos por la imagen de la computadora excederá la categoría de cambio de los valores estándar, por lo que tanto el cargador de placa como la alarma se verán afectados y la eficiencia de fabricación se reducirá.

La planitud de la superficie de las marcas fiduciales debe controlarse dentro de los 15 μm y deben compartir el mismo fondo interno. De lo contrario, el bajo grado de planitud posiblemente influirá en el efecto de reconocimiento de los dispositivos o incluso los dispositivos no funcionarán.

Todas las marcas de referencia en los PCB con el mismo número de placa deben ser iguales en términos de tamaño y forma. Se sugiere que todas las marcas fiduciales se marquen como círculos sólidos con un diámetro de 1 mm. Se puede obtener el mejor rendimiento cuando surge un alto contraste entre las marcas de referencia y el material de sustrato de las PCB. Además, las marcas fiduciales deben aislarse con lámina de cobre en tableros de lámina de cobre.

Análisis de casos

Para proporcionar una explicación fácil de entender, el software Protel dibuja un prototipo de PCB con un tamaño de 50 mm x 30 mm con sus marcas fiduciales colocadas a lo largo de la línea diagonal como se muestra en la Figura 5.

Para el diseño de Marcas de referencia en la Figura 5, el dispositivo es capaz de reconocer y comparar parámetros por cámara con la dirección correcta de carga del tablero para garantizar el trabajo de impresión correcto realizado por la impresora.

Sin embargo, una vez que la dirección de carga de la placa es incorrecta, como en la situación que se muestra en la Figura 6, en la que el prototipo se voltea 180°, el dispositivo aún conservará la dirección de carga de la placa y las posiciones correctas de la PCB actual. Bajo esta condición, el trabajo de impresión normal se implementará de acuerdo con el procedimiento establecido.

Esto reducirá en gran medida la eficiencia de fabricación. Lo que es peor, dado que la eficiencia de PCBA es bastante alta, se generarán muchas PCB problemáticas antes de la pausa de fabricación después de la llegada de PCB defectuosas. En esta circunstancia, el tiempo de fabricación y la eficiencia disminuirán y la calidad del producto incluso se verá afectada.

Aparte de la ubicación de las Marcas de referencia que deben evitar la simetría completa, también se debe tener en cuenta la distancia entre el borde de la Marca de referencia y el borde del tablero. La distancia debe establecerse en el rango de 3,5 mm a 5 mm. Además, la marca de Fiducial Marks tiene que ser mediana, ni demasiado grande ni demasiado pequeña. Para el patrón circular, el diámetro debe controlarse en el rango de 1,0 a 3,0 mm. Si el diámetro es demasiado grande, el dispositivo realizará un ajuste de lugar relativamente grande de modo que se producirá una desviación relativamente grande con defectos de impresión. Si el diámetro es demasiado pequeño, es posible que el dispositivo no los reconozca, por lo que se negará a cargar tableros o generar una alarma.

En conclusión, aunque es relativamente sencillo diseñar Marcas Fiduciales, se tiende a descuidar algunos detalles. Si se diseñan incorrectamente, las funciones correspondientes que deberían tener las Marcas fiduciales no se pueden implementar e incluso es posible que surjan algunos problemas, lo que provocará errores de impresión y retrasos en la fabricación. Por lo tanto, los diseñadores de circuitos deben dominar los conocimientos teóricos sobre el diseño de circuitos y los requisitos del dispositivo de ensamblaje en la fabricación de PCB y deben tener en cuenta todos los requisitos enumerados en todos los aspectos de la línea de producción para aumentar la capacidad de fabricación, la eficiencia de fabricación y la economía de los productos.

Recursos útiles
• Requisito de diseño de PCB SMT, parte cuatro:Mark
• Servicio de fabricación de PCB con funciones completas de PCBCart - Múltiples opciones de valor agregado
• Servicio de ensamblaje de PCB avanzado de PCBCart - A partir de 1 pieza