Als ein wichtiger Träger aller Arten von elektronischen Bauteilen,Leiterplattenbieten einen hervorragenden mechanischen Halt für Bauteile und verbinden diese Bauteile über Kupferfolienleiterbahnen mit unterschiedlicher Dicke und Lötpads mit unterschiedlichen Größen entsprechend den logischen Schaltungen, um die elektrische Leistung der Produkte zu realisieren. Da die meisten elektronischen Produkte durch SMT hergestellt werden, steht die Qualität des PCB-Designs sowohl in direktem Zusammenhang mit dem normalen Betrieb der elektrischen Leistung als auch mit dem effektiven Betrieb vonHerstellung von Leiterplattenbestückung. Unter dem Einfluss von Fiducial-Markierungen auf die Druckqualität erörtert dieser Artikel den wichtigen Einfluss der Leiterplatten-Fertigbarkeit im Bereich der Herstellung elektronischer Produkte mittels Punkt-zu-Fläche-Methode.
Funktionen von Fiduzialmarken
Im Prozess der Serienfertigung elektronischer Produkte mit SMT-Bauteilen muss jede Charge von Leiterplatten für die Bestückung den Anforderungen an die korrekte Platine und die genaue Position entsprechen. Manuelle Bedienung ohne spezielle Konstruktion kann zu geringer Effizienz und Genauigkeit führen, was möglicherweise zu Produktfehlern führt.
Die genaue Positionierung der Leiterplatte kann im Allgemeinen durch Positionierlöcher oder Fiducial-Marken sichergestellt werden. Da das Design der Positionierlöcher von Marke und Modellnummer derLeiterplattenbestückungsanlagenPositionierungslöcher werden nicht auf jeder Leiterplatte angebracht, während Fiducial-Markierungen für jede Leiterplatte erforderlich sind.
Die Fiducial-Markierung ist ein spezielles optisches Positionierungssymbol. Während der Fertigung bestrahlen Montagegeräte die Fiducial-Markierung, wobei Bildkoordinaten erzeugt werden, die anschließend mit den im System voreingestellten Standarddaten verglichen werden. Wenn die Koordinaten mit den Standarddaten übereinstimmen oder die Abweichungen innerhalb des zulässigen Bereichs liegen, beurteilt die Maschine die Richtigkeit der Leiterplatten (PCBs), die dann in die Maschinen für Prozesse wie Drucken, Bestücken und Löten eingespeist werden. Andernfalls werden die Leiterplatten als fehlerhaft eingestuft, und das Einziehen der Platinen wird unterbrochen, während ein Alarm ausgelöst wird.
Daher spielt die Fiducial-Markierung eine bedeutende Rolle bei der Gewährleistung der Korrektheit elektronischer Produkte. Nichtsdestotrotz, vielePCB-Designermanchmal gelingt es nicht, die entworfenen Leiterplatten so zu gestalten, dass sie von Bestückungsautomaten erkannt werden, sodass die nachfolgende normale Produktion nicht durchgeführt werden kann. Es ist äußerst wichtig, sich der Anforderungen und Vorschriften für Fiducial Marks im Prozess des Leiterplattendesigns bewusst zu sein.
Anforderungen an die Gestaltung von Fiduzialmarken
• Zusammensetzung der Fiduzialmarke und Konstruktionsparameter
Eine integrierte Fiducial-Markierung enthält Markierung und Freistellung, wie in Abbildung 1 dargestellt. Die allgemeinen Muster der Fiducial-Markierung sind in Abbildung 2 gezeigt.
Im Allgemeinen ist der Vollkreis mit einem Durchmesser von 1 mm (±0,2 mm) die optimale Wahl für einen Fiducial-Mark, der aus blankem Kupfer, Zinnbeschichtung oder Nickelbeschichtung besteht und durch eine transparente, nicht oxidierende Schutzschicht geschützt ist. Damit Fiducial-Marks von Bestückungsautomaten leicht erkannt werden können, sollte ihre Farbe sich deutlich von der der Umgebung unterscheiden. Außerdem sollte um die Fiducial-Marks herum ein Freiraum vorgesehen werden, der 1 mm größer ist. Im Allgemeinen ist der Radius des Freiraums nicht kleiner als 2R (wobei R den Radius des Fiducial-Marks bezeichnet), und wenn der Radius des Freiraums 3R beträgt, ist die Erkennungsleistung der Geräte am besten.
• Routing-Anforderungen für Fiducial-Marken
Basierend auf der Theorie, dass drei nicht-lineare Punkte eine Ebene bestimmen, sollten drei Fiducial-Marken in einem „L“-Muster auf der Leiterplatte (PCB) platziert werden, wie in Abbildung 3 gezeigt. Wenn der Platz auf der Leiterplatte begrenzt ist, sodass keine drei Fiducial-Marken darauf platziert werden können, sollte zumindest ein Paar von Fiducial-Marken entlang der Diagonalen auf der Leiterplatte angeordnet werden, wie in Abbildung 4 dargestellt.
Fiducial-Marken entlang der Diagonallinie sollten nicht vollständig symmetrisch platziert werden. Andernfalls können Geräte Fehler nicht erkennen, wenn Leiterplatten nicht korrekt sind, sodass Defekte durch ungenaue Leiterplatten oder fehlerhafte Bestückung entstehen. Für Bauteile mit besonderen Anforderungen und präziser Positionierung können lokale Fiducial-Marken vorgesehen werden, um die Bestückungsgenauigkeit zu erhöhen.
Außerdem muss der Abstand zwischen den Fiducial-Markierungen und der Leiterplattenkante größer sein als der von den SMT-Geräten vorgegebene Mindestabstand, damit sich die Markierungen innerhalb der Leiterplatte und nicht an der Platinenkante befinden und die Mindestabstandsanforderung für die Fiducial-Markierungen erfüllt wird. Darüber hinaus dürfen zur Verbesserung der Erkennungsleistung von Druck- und Bestückungsgeräten innerhalb des Freiraums der Fiducial-Markierungen keine weiteren Leiterbahnen, Bestückungsaufdrucke, Lötpads oder V-Cuts angeordnet werden, und der Abstand zwischen diesem Freiraum und anderen Metallpunkten (z. B. Testpunkten) ähnlicher Art muss mindestens 5,0 mm betragen.
• Herstellungsanforderungen für Fiducial-Marken
ImProzess der Herstellung von nackten Leiterplatten (Bare-Board-PCBs), die Größenänderung der Fiducial Marks darf nicht mehr als 25 μm betragen. Ist die Größenänderung zu groß, weicht die durch Computerbilder erfasste Datenabweichung vom zulässigen Standardbereich ab, sodass sowohl der Leiterplattenlader als auch das Alarmsystem beeinträchtigt werden und die Produktionseffizienz sinkt.
Die Ebenheit der Oberfläche von Fiducial Marks sollte innerhalb von 15 μm liegen, und sie müssen denselben inneren Hintergrund aufweisen. Andernfalls kann die geringe Ebenheit möglicherweise die Erkennungsleistung der Geräte beeinträchtigen oder sogar dazu führen, dass die Geräte nicht funktionieren.
Alle Fiducial-Marken auf den Leiterplatten mit derselben Boardnummer müssen hinsichtlich Größe und Form identisch sein. Es wird empfohlen, alle Fiducial-Marken als ausgefüllte Kreise mit einem Durchmesser von 1 mm zu kennzeichnen. Die beste Leistung wird erzielt, wenn ein hoher Kontrast zwischen den Fiducial-Marken und dem Substratmaterial der Leiterplatten besteht. Zusätzlich sollten Fiducial-Marken auf Leiterplatten mit Kupferfolie von der Kupferfolie isoliert werden.
Fallanalyse
Um eine leicht verständliche Erklärung zu liefern, einPCB-Prototypmit der Größe 50 mm x 30 mm wird mit der Protel-Software gezeichnet, wobei seine Fiducial-Marken entlang einer Diagonalen platziert sind, wie in Abbildung 5 gezeigt.
Für das in Abbildung 5 dargestellte Fiducial-Marken-Design ist das Gerät in der Lage, mithilfe der Kamera Parameter zu erkennen und zu vergleichen, wobei die korrekte Leiterplatten-Einlegerichtung sichergestellt wird, um ein korrektes Druckergebnis zu gewährleisten.
Wenn jedoch die Leiterplatten-Einlegerichtung falsch ist, wie in Abbildung 6 gezeigt, in der der Prototyp um 180° gedreht ist, hält das Gerät weiterhin an der korrekten Einlegerichtung der Leiterplatte und den Positionen der vorliegenden Leiterplatte fest. Unter diesen Bedingungen wird die normale Druckarbeit gemäß dem festgelegten Verfahren ausgeführt.
Dies wird die Produktionseffizienz erheblich verringern. Schlimmer noch: Da die Effizienz der PCBA recht hoch ist, wird eine große Anzahl fehlerhafter Leiterplatten hergestellt, bevor die Produktion nach dem Auftreten defekter Leiterplatten gestoppt wird. Unter diesen Umständen werden die Produktionszeit und -effizienz sinken, und sogar die Produktqualität wird beeinträchtigt.
Abgesehen von der Platzierung der Fiducial-Marken, bei der eine vollständige Symmetrie vermieden werden sollte, ist auch der Abstand zwischen der Kante der Fiducial-Marke und der Leiterplattenkante zu beachten. Der Abstand sollte im Bereich von 3,5 mm bis 5 mm liegen. Außerdem muss die Markierung der Fiducial-Marken eine mittlere Größe haben, weder zu groß noch zu klein. Bei einem Kreis-Muster sollte der Durchmesser im Bereich von 1,0–3,0 mm liegen. Ist der Durchmesser zu groß, nimmt das Gerät eine relativ große Lagekorrektur vor, sodass es zu einer entsprechend großen Abweichung mit Druckfehlern kommt. Ist der Durchmesser zu klein, kann es sein, dass das Gerät sie nicht erkennt, sodass es das Laden der Leiterplatten verweigert oder einen Alarm auslöst.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es zwar relativ einfach ist, Fiducial Marks zu entwerfen, jedoch einige Details leicht vernachlässigt werden. Wenn sie nicht ordnungsgemäß gestaltet werden, können die entsprechenden Funktionen, die Fiducial Marks erfüllen sollten, nicht umgesetzt werden, und es können sogar Probleme auftreten, die zu Druckfehlern und Verzögerungen in der Fertigung führen. Daher müssen Schaltungsentwickler die theoretischen Grundlagen der Schaltungsentwicklung sowie die Anforderungen der Bestückungsanlagen an die Leiterplattenfertigung beherrschen und alle Anforderungen aus allen Bereichen der Produktionslinie berücksichtigen, um die Herstellbarkeit, Produktionseffizienz und Wirtschaftlichkeit der Produkte zu erhöhen.
Hilfreiche Ressourcen
•Designanforderung an SMT-Leiterplatten Teil Vier: Markierung
•Umfassender Leiterplatten-Fertigungsservice von PCBCart – zahlreiche wertsteigernde Optionen
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