Diseño de Fiduciales en PCB: Propósito, Colocación y Mejores Prácticas

Las placas de circuito impreso (PCB) son un componente vital de la mayoría de dispositivos electrónicos y eléctricos. Por eso los diseñadores deben acertar al diseñar una PCB. Para ello, los diseñadores de PCB añaden puntos de referencia al diseño. Estos puntos de referencia te ayudan a mantener la orientación correcta.

El propósito de los marcadores fiduciales es proporcionar puntos de referencia para sistemas de imagen. Desafortunadamente, muchos diseñadores principiantes no tienen conocimientos profundos sobre marcadores fiduciales. Por esta razón, hemos preparado esta guía completa sobre marcadores fiduciales en PCB. Sigue leyendo para aprender más.

1. ¿Qué es un Fiducial en PCB?

El término fiducial se refiere a un punto fijo de referencia. Su propósito es para comparación. Los marcadores fiduciales son marcas superficiales que los diseñadores usan como medidas direccionales para sistemas de indexación.

En industrias de ensamblaje electrónico que usan automatización, los marcadores fiduciales funcionan como marcas de alineación que ayudan a los sistemas de indexación a orientar la PCB en la inclinación y dirección correctas. Las características permiten al sistema de visión insertar componentes en circuitos con precisión.

Los marcadores fiduciales en PCB son un aspecto vital de todo el proceso automatizado. Por tanto, un solo error en la ubicación de la placa o circuito puede causar un desastre en la automatización.

La marca fiducial consta de 3 partes.

• Anillo de cobre sólido en la capa de cobre superior o inferior
• El círculo en la máscara de soldadura es el objetivo que necesitamos alinear
• Etiqueta de texto opcional en el lateral

2. Los Puntos de Referencia de Nuestros Fiduciales PCB Comunes

Hay tres puntos de referencia principales de los marcadores fiduciales PCB comunes. Veamos estos puntos de referencia y dónde debes colocarlos en la placa.

Primer Dato (First Datum)

El primer dato es útil para ayudar a las máquinas de montaje a reconocer la ubicación de la PCB en su espacio. Típicamente, este punto de referencia usa las dimensiones X e Y.

Segundo Punto de Referencia Fiducial

Este punto de referencia ayuda a tu máquina a reconocer la orientación de la PCB. También revela la inclinación de la PCB en los sujetadores. Incluso una ligera rotación de la PCB puede resultar en la ruina total de todo el ensamblaje. Los marcadores fiduciales PCB aseguran que esto no ocurra. Típicamente, la máquina mide el ángulo de rotación de la placa al 0,01 grados más cercano. Después, compensa todas las colocaciones en consecuencia.

El Tercer Punto de Referencia

El punto de referencia fiducial final ayuda a la máquina de montaje a compensar encogimientos y estiramientos presentes en la PCB. En muchos casos, las PCBs a larga distancia pueden variar en pequeñas cantidades. Por esa razón, es esencial identificar estas variaciones en PCBs más grandes. Dichas PCBs experimentan un grado mayor de estiramiento o encogimiento que sus contrapartes más pequeñas.

En ensamblajes SMT de doble cara, el reflujo del primer lado en el horno puede causar que la placa se estire, encoja, curve o flexione. Por esta razón, necesitas un tercer punto de referencia fiducial para ayudar a compensar eso.

3. ¿Por Qué es Tan Importante el Fiducial en PCB?

Los marcadores fiduciales son esenciales durante el ensamblaje de PCB por máquinas pick-and-place. En cualquier proceso que use automatización, la precisión es vital. En resumen, las máquinas necesitan saber la ubicación exacta de la placa y dónde colocar los componentes. Los marcadores fiduciales aseguran que la orientación de la placa esté en la dirección y alineación correctas. Al usar cámaras de alta tecnología, las máquinas de ensamblaje pueden localizar la ubicación precisa de la placa. Por tanto, todo el proceso necesita varios marcadores fiduciales en un patrón irreversible.

4. Cuándo Usar Fiduciales en PCB

Ensamblaje Masivo y Ensamblaje en Pequeños Lotes

Los marcadores fiduciales son cruciales para que un alto volumen de Lista de Materiales (BOM) de una PCB se ajuste a una placa. Ensamblaje de PCB. Eso es porque estas marcas aseguran la colocación correcta de piezas y registro; el ensamblaje de bajo volumen no requiere necesariamente estas marcas. Sin embargo, usar caracteres fiduciales siempre es una gran idea, ya seas ensamblador de PCB de alto o bajo volumen. Por supuesto, si colocas tus piezas manualmente, entonces las marcas PCB son completamente innecesarias.

5. ¿Requiere la Tecnología de Fabricación Moderna Marcas de Referencia?

La respuesta simple es sí. Los marcadores fiduciales juegan un papel vital en el WellPCB actual. WellPCB te proporcionará servicio integral y productos de alta calidad. Puedes enviarnos los documentos que necesitas fabricar y obtener una cotización inmediata. ¿Qué esperamos? Tenemos diez años de tecnología de fabricación de PCB. Generalmente, hay dos tipos de características fiduciales:

• Marcadores fiduciales globales: Sirven para distinguir el patrón de circuito y la referencia de panel PCB. Deben ser tres basados en sistema de cuadrícula, donde el punto de referencia está ubicado en el extremo inferior izquierdo 0,0, y los otros dos en dirección positiva de ejes X e Y.
• Marcadores fiduciales locales: El posicionamiento requiere mayor precisión de la posición de componentes individuales.

Dependiendo del tamaño de tus PCBs, puedes optar por incluir u omitir marcadores fiduciales locales. Donde las PCBs son pequeñas, los diseñadores pueden omitir fiduciales locales para aumentar espacio para trazas de señal. En esos casos, las máquinas de ensamblaje pueden usar puntos fiduciales globales para colocar componentes SMT.

Otra situación donde puedes omitir marcadores fiduciales locales es al usar componentes de montaje superficial con mayor pitch. Donde los componentes suben 1 mm o más, las máquinas más modernas no necesitan títulos fiduciales regionales para colocarlos en las placas.

6. Precauciones para Usar Fiduciales PCB en Diseño de PCB

Principios Básicos de Diseño de Fiduciales PCB

Para los mejores resultados durante el ensamblaje automático, los diseñadores deben acertar con los marcadores fiduciales. Esta sección discute algunas pautas esenciales a seguir al colocar marcadores fiduciales en tu diseño.

1. Mantén forma circular al colocar la capa de cobre no taladrada. Mantén los marcadores fiduciales libres de cualquier máscara de soldadura.
2. El tamaño óptimo de marcadores fiduciales es entre 1 mm y 3 mm. Mantén un área de clearance similar al diámetro del marcador.
3. Al hacer marcadores fiduciales globales, coloca tres marcadores en los bordes de las placas. Asegura la mejor precisión posible. Donde hay espacio insuficiente, usa al menos un marcador fiducial global.
4. Asegúrate de que el marcador fiducial mantenga una distancia de 0,3 pulgadas del borde de la placa. Esta distancia excluye el área de clearance del marcador fiducial.
5. Para marcadores fiduciales locales, coloca al menos dos marcadores fiduciales PCB diagonalmente en los planos de borde del componente de montaje superficial.

Optimiza el Diseño Fiducial

Hay cuatro factores a considerar al diseñar tus marcadores fiduciales. Estos son:

La Forma: ¿Cómo aparecerán tus marcadores fiduciales PCB? Algunas máquinas pueden reconocer una variedad de formas, incluyendo cuadrados, diamantes y relojes de arena. Otros dispositivos no pueden. Por tanto, es mejor ceñirse a marcas circulares, que los motores reconocen universalmente.

El Tamaño: Los marcadores fiduciales pueden ser de varios tamaños. En promedio, los pads fiduciales miden entre 1 y 3 mm. El tamaño facilita que la cámara y el equipo reconozcan lugares como marcadores fiduciales.

El tamaño del marcador fiducial en la misma placa de circuito impreso no debe exceder 25 µm. Recomendamos que el tamaño mínimo del área de hueco sea el doble del radio de la marca central.

Material: Asegúrate de que el pad fiducial sea del mismo material que el resto de la placa. Asegúrate de que el lugar esté libre de máscara de soldadura o serigrafía que pueda cubrir los marcadores.

Recorte / Clearance: Es vital asegurar el clearance apropiado alrededor del pad. Eso es porque el espacio abierto alrededor de la placa PCB facilita que la cámara detecte los marcadores fiduciales sin interferencias. Mantén el diámetro del clearance al menos el doble del tamaño del pad. No te preocupes por la forma del espacio. Puede ser circular o cuadrado.

7. Problemas en el Diseño de Fiduciales PCB

Como todos los demás procesos en el ensamblaje de PCBs, es posible encontrar problemas al diseñar fiduciales. Algunos de estos problemas incluyen:

7.1. Desviación de Posición

Donde los fiduciales en ambos lados de la placa están en un patrón simétrico, tu máquina de ensamblaje puede tener problemas para levantar la alarma de incorrectitud para la colocación a 180 grados en una placa invertida. ¿Por qué? Porque cuando volteas una placa 180 grados en dirección inversa, los marcadores fiduciales simétricos intercambiarán sus lugares y engañarán a tu máquina óptica de línea de ensamblaje.

Peor aún, la línea de ensamblaje continúa colocando componentes incorrectamente sin levantar la alarma. Al final, tienes fabricación de placa PCB defectuosa. Como resultado, pierdes tiempo, dinero, material y otros recursos.

7.2. La Luz Directa Puede Causar Rebultos

Otro problema mayor con los marcadores fiduciales tiene que ver con la luz directa intensa desde la visión superior. Esta luz natural puede crear rebultos que confunden la detección de visión. Eso se debe principalmente a la superficie de soldadura irregular, que crea sombras.

La solución aquí es reducir los niveles de luz. Si eso no ayuda, intenta programar el fiducial con un offset de detección en una dirección. Consecuentemente, tu ángulo y difumina la luz.

7.3 ¿Necesitas Marcas Fiduciales en Ambos Lados de la PCB?

La importancia de los marcadores fiduciales en un diseño PCB es incuestionable. Donde tienes componentes SMD en cada lado de la placa, debes colocar marcadores fiduciales en ambos lados.

Asegúrate de que no haya máscara de soldadura cubriendo los marcadores. Eso es porque el sistema de visión debe poder encontrar los fiduciales fácilmente. Una máscara de soldadura encima de las características solo hace esto más difícil de lograr.

Resumen:

La colocación de marcadores fiduciales PCB es una parte crítica del WellPCB. WellPCB te proporcionará servicio integral y productos de alta calidad. Puedes enviarnos los documentos que necesitas fabricar y obtener una cotización inmediata. ¿Qué esperamos? Tenemos diez años de proceso de fabricación de PCB. Cómo hagas el trabajo puede ser la diferencia entre una línea de ensamblaje fluida y una situación donde necesitas hacer ajustes continuamente. Tómate el tiempo para incorporar correctamente fiduciales en tus diseños, incluso cuando tu proveedor diga que sus máquinas pueden funcionar sin los marcadores. En caso de que surja la necesidad de retrabajar tus planes o probar tu producto final, estos marcadores pueden resultar beneficiosos.

¿Te gustaría aprender más sobre marcadores fiduciales? WellPCB puede ofrecer orientación profesional y sugerencias altamente innovadoras para tus diseños. Nuestros profesionales líderes también pueden ayudar a proporcionar soluciones PCB personalizadas para tus proyectos. ¿Quieres saber más sobre defectos y probables soluciones a problemas de PCB? Contáctanos hoy para una cooperación profundamente satisfactoria.