Impacto de marcas fiduciales defectuosas en la calidad de impresión de PCB

Como importante soporte de todo tipo de componentes electrónicos, las placas de circuito impreso proporcionan excelente soporte mecánico para componentes y conectan esos componentes a través de líneas de cobre con diferentes grosores y pads de soldadura con diferentes tamaños según circuitos lógicos para implementar el rendimiento eléctrico de productos. Dado que la mayoría de productos electrónicos se manufacturan por SMT, la calidad del diseño de PCB está directamente relacionada tanto con la operación normal del rendimiento eléctrico como con la operación efectiva de manufactura de ensamblaje de PCB. Con la influencia de la Marca Fiducial en la calidad de impresión, este artículo discute la importante influencia de la fabricabilidad de PCB en el campo de manufactura de productos electrónicos en método 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 PCBs para ensamblaje tiene que cumplir con los requisitos de placa correcta y posición precisa. La operación manual sin diseño especial puede llevar a baja eficiencia y precisión, lo que posiblemente cause defectos de productos.

Las posiciones precisas de la placa pueden asegurarse generalmente a través de agujeros de posicionamiento o Marcas Fiduciales. Dado que el diseño de agujeros de posicionamiento depende de marca y número de modelo de equipo de ensamblaje de PCB, los agujeros de posicionamiento no se colocan en cada PCB mientras que la Marca Fiducial es la necesidad de cada PCB.

La Marca Fiducial es un símbolo especial de posicionamiento óptico. Durante la manufactura, los dispositivos de ensamblaje irradian sobre la Marca Fiducial 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 corrección de los PCBs que serán enviados al interior de las máquinas para procedimientos incluyendo impresión, montaje y soldadura. De lo contrario, los PCBs serán juzgados con incorrección y el envío de placas se pausará con alarma transmitida.

Por tanto, la Marca Fiducial juega un papel significativo en la garantía de corrección de productos electrónicos. Sin embargo, muchos diseñadores de PCB a veces fallan en hacer que sus PCBs diseñados no sean reconocidos por dispositivos de ensamblaje para que la subsiguiente producción normal no pueda implementarse. Es extremadamente necesario estar al tanto de los requisitos y regulaciones de la Marca Fiducial en el proceso de diseño de PCB.

Requisitos de Diseño de Marca Fiducial

• Composición de Marca Fiducial y parámetros de diseño

Una Marca Fiducial integrada contiene marca y clearance (zona de exclusión), que se muestra en la Figura 1. Los patrones generales de Marca Fiducial se muestran en la Figura 2.

  

Generalmente hablando, el círculo sólido con un diámetro de 1 mm (±0,2 mm) es la opción óptima para Marca Fiducial que está hecha de cobre desnudo, estañado o niquelado protegido por recubrimiento inoxidable transparente. Para hacer las Marcas Fiduciales fácilmente reconocidas por dispositivos de ensamblaje, el color de las Marcas Fiduciales debería ser obviamente diferente del área circundante. Además, se debe reservar un clearance con tamaño 1 mm mayor alrededor de las Marcas Fiduciales. Generalmente, el radio del clearance no es menor que 2R (R se refiere al radio de la Marca Fiducial) y cuando el radio del clearance es igual a 3R, el efecto de reconocimiento de los dispositivos es el mejor.

• Requisitos de ruteo de Marcas Fiduciales

Basado en la teoría de que 3 puntos no lineales determinan un plano, 3 Marcas Fiduciales deberían colocarse con un patrón de "L" en el PCB como se muestra en la Figura 3. Si el espacio de la placa es limitado de modo que 3 Marcas Fiduciales no pueden colocarse en ella, al menos un par de Marcas Fiduciales debería colocarse en la placa a lo largo de la línea diagonal, como en la Figura 4.

Las Marcas Fiduciales a lo largo de la diagonal no deberían colocarse completamente simétricas. De lo contrario, el error no puede ser descubierto por los dispositivos cuando las placas no son correctas para que surjan defectos con placa inexacta o montaje incorrecto. Para componentes con algunos requisitos especiales y posicionamiento preciso, Marcas Fiduciales locales pueden diseñarse para aumentar la precisión de montaje.

Además, la distancia entre Marcas Fiduciales y borde de PCB tiene que ser mayor que el requisito de distancia mínima sujeto por dispositivos SMT, para estar dentro del PCB en lugar de en el borde de la placa y cumplir el requisito de clearance de la Marca Fiducial mínima. Además, para aumentar el efecto de reconocimiento de dispositivo de impresión y dispositivo de montaje, otro ruteo, serigrafía, pad de soldadura o V-Cut no debería establecerse dentro del clearance de Marca Fiducial y la distancia entre clearance y otros puntos metálicos (punto de prueba por ejemplo) con tipos similares tiene que ser 5,0 mm al menos.

• Requisitos de manufactura de Marcas Fiduciales

En el proceso de manufactura de PCB de placa desnuda, el cambio de tamaño de Marcas Fiduciales tiene que ser no más de 25 μm. Si el cambio de tamaño es demasiado grande, la desviación de datos adquirida por imagen de computadora excederá la categoría de cambio de valores estándar para que tanto el cargador de placa como la alarma sean influenciados y la eficiencia de manufactura se reducirá.

La planicidad de superficie de Marcas Fiduciales debería controlarse dentro de 15 μm y tienen que compartir el mismo fondo interno. De lo contrario, el bajo grado de planicidad posiblemente influirá en el efecto de reconocimiento de dispositivos o los dispositivos incluso no funcionarían.

Todas las Marcas Fiduciales en los PCBs con el mismo número de placa tienen que ser las mismas en términos de tamaño y forma. Se sugiere que todas las Marcas Fiduciales sean marcadas como círculos sólidos con diámetro de 1 mm. El mejor rendimiento puede obtenerse cuando surge alto contraste entre Marcas Fiduciales y material de sustrato de PCBs. Además, las Marcas Fiduciales deberían aislarse con lámina de cobre en placas de lámina de cobre.

Análisis de Caso

Para proporcionar una explicación fácil de entender, un prototipo de PCB con tamaño 50 mm x 30 mm es dibujado por software Protel con sus Marcas Fiduciales colocadas a lo largo de la diagonal como se muestra en la Figura 5.

Para el diseño de Marcas Fiduciales en la Figura 5, el dispositivo es capaz de reconocer y comparar parámetros por cámara con la dirección correcta de carga de placa para asegurar el trabajo de impresión correcto hecho por la impresora.

Sin embargo, una vez que la dirección de carga de placa es incorrecta como la situación mostrada en la Figura 6 en la que el prototipo se voltea 180°, el dispositivo aún se adherirá a la corrección de la dirección de carga de placa y posiciones del PCB presente. Bajo esta condición, el trabajo de impresión normal será implementado según procedimiento establecido.

Esto reducirá grandemente la eficiencia de manufactura. Lo peor, dado que la eficiencia de PCBA es bastante alta, muchos PCBs problemáticos serán generados antes de la pausa de manufactura tras la aparición de PCBs defectuosos. En esta circunstancia, el tiempo y eficiencia de manufactura disminuirán y la calidad del producto será incluso influenciada.

Además de la colocación de Marcas Fiduciales que deben evitar simetría completa, la distancia entre borde de Marca Fiducial y borde de placa también debe notarse. La distancia debería establecerse en el rango de 3,5 mm a 5 mm. Además, la marca de Marcas Fiduciales tiene que ser media, ni demasiado grande ni demasiado pequeña. Para patrón circular, el diámetro debería controlarse en el rango de 1,0-3,0 mm. Si el diámetro es demasiado grande, el dispositivo hará un ajuste de lugar relativamente grande para que una desviación relativamente grande tome lugar con defectos de impresión. Si el diámetro es demasiado pequeño, el dispositivo posiblemente fallará en reconocerlas para que el dispositivo rehusará cargar placas o hará alarma.

En conclusión, aunque es relativamente simple diseñar Marcas Fiduciales, algunos detalles tienden a ser descuidados. Si se diseñan impropiamente, las funciones correspondientes que las Marcas Fiduciales deberían tener no pueden implementarse e incluso algunos problemas posiblemente tendrán lugar, llevando a errores de impresión y manufactura retrasada. Por tanto, los diseñadores de circuitos deben dominar el conocimiento teórico sobre diseño de circuitos, y el requisito de dispositivo de ensamblaje en manufactura de PCB y tienen que considerar todos los requisitos listados desde todos los aspectos de línea de producción para aumentar la fabricabilidad, eficiencia de manufactura y economía de productos.

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