Como un importante portador de todo tipo de componentes electrónicos,placas de circuito impresoproporcionar un excelente soporte mecánico para los componentes y conectar esos componentes mediante pistas de lámina de cobre con diferentes grosores y almohadillas de soldadura de distintos tamaños de acuerdo con los circuitos lógicos para implementar el rendimiento eléctrico de los productos. Dado que la mayoría de los productos electrónicos se fabrican mediante SMT, la calidad del diseño de PCB está directamente relacionada tanto con el funcionamiento normal del rendimiento eléctrico como con el funcionamiento eficaz deFabricación de ensamblaje de PCB. Con la influencia de la marca de referencia en la calidad de impresión, este artículo analiza la importante influencia de la fabricabilidad de PCB en el campo de la fabricación de productos electrónicos mediante el método de punto a área.
Funciones de las marcas fiduciarias
En el proceso de producción en volumen de productos electrónicos mediante el método de dispositivos SMT, cada lote de PCB para el ensamblaje debe cumplir con los requisitos de placa correcta y 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 de la placa generalmente pueden garantizarse mediante orificios de posicionamiento o marcas fiduciales. Dado que el diseño de los orificios de posicionamiento depende de la marca y el número de modelo deEquipo de ensamblaje de PCBno se colocan orificios de posicionamiento en cada PCB, mientras que la marca de referencia (Fiducial Mark) es necesaria en cada PCB.
La marca fiducial es un símbolo especial de posicionamiento óptico. Durante la fabricación, los equipos de ensamblaje irradian sobre la marca fiducial y generan coordenadas de imagen que luego se comparan con los datos estándar preestablecidos en el sistema. Si las coordenadas son compatibles con los datos estándar o las diferencias se encuentran dentro de la categoría permitida, la máquina juzgará la corrección de las PCB, que serán enviadas 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 placas se detendrá, emitiéndose una alarma.
Por lo tanto, la Marca de Referencia desempeña un papel significativo en la garantía de corrección de los productos electrónicos. Sin embargo, muchosDiseñadores de PCBa veces no logran que sus PCB diseñadas sean reconocidas por los equipos de ensamblaje, por lo que la producción normal posterior no puede llevarse a cabo. Es extremadamente necesario conocer los requisitos y regulaciones de las marcas fiduciales durante el proceso de diseño de PCB.
Requisitos de diseño de marcas fiduciales
• Composición de la marca de referencia y parámetros de diseño
Una marca de referencia integrada contiene la marca y el área de despeje, lo cual se muestra en la Figura 1. Los patrones generales de la marca de referencia 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 de referencia (Fiducial Mark), que está hecha de cobre desnudo, estañado o niquelado y protegida por un recubrimiento transparente inoxidable. Para que las marcas de referencia sean fácilmente reconocidas por los equipos de ensamblaje, el color de las marcas de referencia debe ser claramente diferente del de la zona circundante. Además, debe reservarse alrededor de las marcas de referencia un área libre con un tamaño 1 mm mayor. En general, el radio del área libre no debe ser inferior a 2R (donde R se refiere al radio de la marca de referencia) y, cuando el radio del área libre es igual a 3R, el efecto de reconocimiento de los equipos es el mejor.
• Requisitos de enrutamiento de las marcas fiduciales
Según la teoría de que 3 puntos no lineales determinan un plano, se deben colocar 3 Marcas de Referencia con un patrón en “L” en la PCB, como se muestra en la Figura 3. Si el espacio de la placa es limitado de modo que no se puedan colocar 3 Marcas de Referencia en ella, se debe colocar al menos un par de Marcas de Referencia en la placa a lo largo de la línea diagonal, como en la Figura 4.
Las marcas fiduciales a lo largo de la línea diagonal no deben colocarse de forma completamente simétrica. De lo contrario, los dispositivos no podrán detectar errores cuando las placas no sean correctas, lo que provocará defectos debido a placas inexactas o montaje incorrecto. Para los componentes con algunos requisitos especiales y posicionamiento preciso, se pueden diseñar marcas fiduciales locales para aumentar la precisión del montaje.
Además, la distancia entre las marcas de referencia (Fiducial Marks) y el borde de la PCB debe ser mayor que el requisito mínimo de distancia limitado por los dispositivos SMT, de modo que queden dentro de la PCB en lugar de en el borde de la placa y se cumpla el requisito de separación mínima de la marca de referencia. Además, para aumentar el efecto de reconocimiento del equipo de impresión y del equipo de montaje, no se deben colocar otros ruteos, serigrafías, pads de soldadura o cortes en V dentro de la zona de separación de la marca de referencia, y la distancia entre dicha zona de separación y otros puntos metálicos (por ejemplo, puntos de prueba) de tipos similares debe ser de al menos 5,0 mm.
• Requisitos de fabricación de las marcas fiduciales
En elproceso de fabricación de PCB de placa desnuda, el cambio de tamaño de las Marcas de Referencia no debe ser superior a 25 μm. Si el cambio de tamaño es demasiado grande, la desviación de los datos obtenidos por la imagen computarizada excederá la categoría de cambio de los valores estándar, de modo que tanto el cargador de placas como la alarma se verán afectados y la eficiencia de fabricación se reducirá.
La planitud de la superficie de las marcas de referencia debe controlarse dentro de 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 hará que los dispositivos no funcionen.
Todas las marcas de referencia en las PCB con el mismo número de placa deben ser iguales en cuanto a tamaño y forma. Se sugiere que todas las marcas de referencia se indiquen como círculos sólidos con un diámetro de 1 mm. Se puede obtener el mejor rendimiento cuando existe un alto contraste entre las marcas de referencia y el material del sustrato de las PCB. Además, las marcas de referencia deben estar aisladas con lámina de cobre en las placas de lámina de cobre.
Análisis de casos
Con el fin de ofrecer una explicación fácil de entender, unaPrototipo de PCBcon el tamaño de 50 mm x 30 mm se dibuja con el software Protel, con sus marcas fiduciales colocadas a lo largo de la línea diagonal como se muestra en la Figura 5.
Para el diseño de marcas fiduciales de la Figura 5, el dispositivo es capaz de reconocer y comparar parámetros mediante la cámara con la dirección correcta de carga de la placa para garantizar que la impresora realice correctamente el trabajo de impresión.
Sin embargo, una vez que la dirección de carga de la placa es incorrecta, como en la situación mostrada en la Figura 6 en la que el prototipo está volcado 180°, el dispositivo seguirá manteniendo la corrección de la dirección de carga de la placa y las posiciones de la PCB actual. En esta condición, el trabajo de impresión normal se llevará a cabo de acuerdo con el procedimiento establecido.
Esto reducirá enormemente la eficiencia de fabricación. Aún peor, dado que la eficiencia del PCBA es bastante alta, se generará una gran cantidad de PCBs defectuosas antes de que se detenga la producción tras la aparición de PCBs defectuosas. En esta circunstancia, el tiempo y la eficiencia de fabricación disminuirán y la calidad del producto se verá incluso afectada.
Además de la colocación de las marcas fiduciales, que debe evitar la simetría completa, también se debe prestar atención a la distancia entre el borde de la marca fiducial y el borde de la placa. La distancia debe establecerse en el rango de 3,5 mm a 5 mm. Además, el tamaño de las marcas fiduciales debe ser medio, ni demasiado grande ni demasiado pequeño. 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 posición relativamente amplio, 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 pueda reconocerlas, por lo que se negará a cargar las placas o emitirá una alarma.
En conclusión, aunque es relativamente sencillo diseñar marcas fiduciales, algunos detalles tienden a pasarse por alto. Si se diseñan de forma incorrecta, no se podrán implementar las funciones correspondientes que deberían tener las marcas fiduciales e incluso podrían producirse algunos problemas, lo que llevaría a errores de impresión y retrasos en la fabricación. Por lo tanto, los diseñadores de circuitos deben dominar los conocimientos teóricos sobre diseño de circuitos y los requisitos de los equipos de ensamblaje en la fabricación de PCB, y deben considerar todas las exigencias planteadas desde todos los aspectos de la línea de producción para aumentar la fabricabilidad, la eficiencia de fabricación y la economía de los productos.
Recursos útiles
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