En tant que support important pour toutes sortes de composants électroniques,circuits imprimésfournir un excellent support mécanique pour les composants et connecter ces composants au moyen de pistes en feuille de cuivre de différentes épaisseurs et de pastilles de soudure de tailles variées, conformément aux circuits logiques, afin de réaliser les performances électriques des produits. Étant donné que la plupart des produits électroniques sont fabriqués par SMT, la qualité de la conception du PCB est directement liée à la fois au fonctionnement normal des performances électriques et au fonctionnement efficace deFabrication d’assemblages de circuits imprimés. Avec l’influence du repère fiducial sur la qualité d’impression, cet article examine l’importante influence de la fabricabilité des circuits imprimés dans le domaine de la fabrication de produits électroniques selon la méthode point-à-surface.
Fonctions des repères fiduciaires
Dans le processus de production en grande série de produits électroniques utilisant la méthode des dispositifs SMT, chaque lot de circuits imprimés destinés à l’assemblage doit répondre aux exigences de conformité de la carte et de précision de positionnement. Une opération manuelle sans conception spéciale peut entraîner une faible efficacité et une précision insuffisante, ce qui peut éventuellement provoquer des défauts des produits.
Les positions précises de la carte peuvent généralement être garanties grâce aux trous de positionnement ou aux repères fiduciaires. Étant donné que la conception des trous de positionnement dépend de la marque et du numéro de modèle deÉquipement d’assemblage de circuits imprimés, les trous de positionnement ne sont pas placés sur chaque PCB tandis que les repères fiduciaires sont indispensables pour chaque PCB.
Le repère fiducial est un symbole spécial de positionnement optique. Lors de la fabrication, les équipements d’assemblage irradient le repère fiducial, ce qui génère des coordonnées d’image qui sont ensuite comparées aux données standard prédéfinies dans le système. Si les coordonnées sont compatibles avec les données standard ou si les écarts restent dans la plage autorisée, la machine valide la conformité des circuits imprimés (PCB), qui seront alors envoyés à l’intérieur des machines pour des opérations telles que l’impression, le montage et la soudure. Dans le cas contraire, les PCB seront considérés comme non conformes et l’acheminement des cartes sera interrompu, avec émission d’une alarme.
Par conséquent, le repère fiduciel joue un rôle significatif dans la garantie de la conformité des produits électroniques. Néanmoins, de nombreuxConcepteurs de PCBéchouent parfois à faire en sorte que les circuits imprimés qu’ils ont conçus soient reconnus par les équipements d’assemblage, de sorte que la production normale ultérieure ne puisse pas être mise en œuvre. Il est extrêmement nécessaire de connaître les exigences et les réglementations relatives aux repères fiduciaires (Fiducial Mark) dans le processus de conception de PCB.
Exigences relatives à la conception des repères fiduciaires
• Composition de la marque fiducielle et paramètres de conception
Un repère fiducial intégré comprend un repère et une zone de dégagement, comme illustré à la Figure 1. Les motifs généraux des repères fiduciaux sont présentés à la Figure 2.
D’une manière générale, le cercle plein d’un diamètre de 1 mm (±0,2 mm) est le choix optimal pour le repère fiduciel, réalisé en cuivre nu, étamé ou nickelé et protégé par un revêtement transparent inoxydable. Afin de permettre aux équipements d’assemblage de reconnaître facilement les repères fiduciels, la couleur de ces repères doit être nettement différente de celle de la zone environnante. En outre, une zone dégagée de 1 mm plus grande doit être réservée autour des repères fiduciels. En général, le rayon de cette zone dégagée ne doit pas être inférieur à 2R (R désigne le rayon du repère fiduciel) et, lorsque le rayon de la zone dégagée est égal à 3R, l’effet de reconnaissance par les équipements est optimal.
• Exigences de routage des repères fiduciaires
Sur la base de la théorie selon laquelle 3 points non linéaires déterminent un plan, 3 repères fiduciaires doivent être placés en forme de « L » sur le PCB, comme illustré à la Figure 3. Si l’espace sur la carte est limité au point que 3 repères fiduciaires ne peuvent pas y être placés, au moins une paire de repères fiduciaires doit être placée sur la carte le long de la diagonale, comme à la Figure 4.
Les repères fiduciaires le long de la ligne diagonale ne doivent pas être placés de manière complètement symétrique. Sinon, les appareils ne peuvent pas détecter les erreurs lorsque les circuits imprimés ne sont pas corrects, ce qui entraîne des défauts dus à un circuit imprimé imprécis ou à un montage incorrect. Pour les composants ayant des exigences particulières et nécessitant un positionnement précis, des repères fiduciaires locaux peuvent être conçus afin d’augmenter la précision du montage.
En outre, la distance entre les repères fiduciaires et le bord du PCB doit être supérieure à l’exigence de distance minimale imposée par les équipements SMT, afin qu’ils se trouvent à l’intérieur du PCB plutôt qu’au bord de la carte et qu’ils respectent l’exigence de garde minimale pour les repères fiduciaires. Par ailleurs, afin d’améliorer l’efficacité de reconnaissance de l’équipement d’impression et de montage, aucun autre routage, sérigraphie, pastille de soudure ou V-Cut ne doit être placé dans la zone de garde du repère fiduciaire, et la distance entre cette zone de garde et les autres points métalliques (par exemple les points de test) de type similaire doit être d’au moins 5,0 mm.
• Exigences de fabrication des repères fiduciaires
Dans leprocessus de fabrication des circuits imprimés nus, la variation de taille des repères fiduciaires ne doit pas dépasser 25 μm. Si la variation de taille est trop importante, l’écart de données obtenu par l’image informatique dépassera la plage de variation des valeurs standard, de sorte que le chargeur de cartes et le système d’alarme seront affectés et que l’efficacité de fabrication sera réduite.
La planéité de surface des repères fiduciaires doit être contrôlée dans une tolérance de 15 μm et ils doivent partager le même fond interne. Dans le cas contraire, le faible degré de planéité pourrait affecter l’efficacité de reconnaissance des appareils, voire empêcher leur bon fonctionnement.
Tous les repères fiduciaires sur les circuits imprimés portant le même numéro de carte doivent être identiques en termes de taille et de forme. Il est suggéré que tous les repères fiduciaires soient indiqués sous forme de cercles pleins d’un diamètre de 1 mm. Les meilleures performances peuvent être obtenues lorsqu’un fort contraste existe entre les repères fiduciaires et le matériau du substrat des circuits imprimés. De plus, les repères fiduciaires doivent être isolés avec une feuille de cuivre sur les cartes en feuille de cuivre.
Analyse de cas
Afin de fournir une explication facile à comprendre, unePrototype de PCBavec la taille de 50 mm x 30 mm, est dessinée par le logiciel Protel avec ses repères fiduciaires placés le long d’une ligne diagonale comme illustré à la Figure 5.
Pour la conception des repères fiduciaires illustrée à la Figure 5, l’appareil est capable de reconnaître et de comparer les paramètres à l’aide de la caméra avec le sens de chargement correct de la carte, afin de garantir que l’impression effectuée par l’imprimante soit correcte.
Cependant, une fois que le sens de chargement de la carte est incorrect, comme dans la situation illustrée à la Figure 6 où le prototype est retourné de 180°, l’appareil continuera malgré tout à respecter le sens correct de chargement de la carte et les positions du circuit imprimé actuel. Dans ces conditions, le travail d’impression normal sera effectué conformément à la procédure établie.
Cela réduira considérablement l’efficacité de la fabrication. Pire encore, étant donné que l’efficacité de l’assemblage PCBA est assez élevée, un grand nombre de PCB défectueux seront produits avant l’arrêt de la fabrication après l’apparition de PCB défectueux. Dans ces circonstances, le temps et l’efficacité de fabrication diminueront et la qualité du produit sera également affectée.
Outre le placement des repères fiduciaires, qui doivent éviter une symétrie complète, il faut également prêter attention à la distance entre le bord du repère fiduciaire et le bord du circuit imprimé. Cette distance doit être comprise entre 3,5 mm et 5 mm. De plus, la marque des repères fiduciaires doit être de taille moyenne, ni trop grande ni trop petite. Pour un motif circulaire, le diamètre doit être maintenu dans une plage de 1,0 à 3,0 mm. Si le diamètre est trop grand, l’équipement effectuera un ajustement de position relativement important, ce qui entraînera un écart relativement important avec des défauts d’impression. Si le diamètre est trop petit, l’équipement risque de ne pas les reconnaître, de sorte qu’il refusera de charger les circuits imprimés ou déclenchera une alarme.
En conclusion, bien qu’il soit relativement simple de concevoir des repères fiduciaires, certains détails ont tendance à être négligés. S’ils sont mal conçus, les fonctions correspondantes que les repères fiduciaires devraient assurer ne peuvent pas être mises en œuvre et certains problèmes peuvent même survenir, entraînant des erreurs d’impression et des retards de fabrication. Par conséquent, les concepteurs de circuits doivent maîtriser les connaissances théoriques relatives à la conception de circuits ainsi que les exigences des équipements d’assemblage en matière de fabrication de PCB, et ils doivent prendre en compte toutes les exigences énumérées sous tous les aspects de la ligne de production afin d’augmenter la fabricabilité, l’efficacité de fabrication et l’économie des produits.
Ressources utiles
•Exigences de conception des PCB SMT, partie quatre : repère
•Service complet de fabrication de PCB par PCBCart - Multiples options à valeur ajoutée
•Service avancé d’assemblage de PCB par PCBCart - À partir d’une seule pièce
