Impacto de Marcas Fiduciais Defeituosas na Qualidade de Impressão de PCB

Como um importante suporte de todos os tipos de componentes eletrônicos, as placas de circuito impresso fornecem excelente suporte mecânico para componentes e conectam esses componentes através de trilhas de folha de cobre com diferentes espessuras e pads de soldagem com diferentes tamanhos, de acordo com circuitos lógicos, para implementar o desempenho elétrico dos produtos. Como a maioria dos produtos eletrônicos é fabricada por SMT, a qualidade do design de PCB está diretamente relacionada tanto com a operação normal do desempenho elétrico quanto com a operação efetiva da fabricação de montagem de PCB. Com a influência da Marca Fiducial na qualidade de impressão, este artigo discute a importante influência da fabricabilidade de PCB no campo da fabricação de produtos eletrônicos no método ponto-a-área.

Funções das Marcas Fiduciais

No processo de produção em volume de produtos eletrônicos com o método de dispositivos SMT, cada lote de PCBs para montagem deve conformar-se aos requisitos de placa correta e posição precisa. Operação manual sem design especial pode levar a baixa eficiência e precisão, o que pode causar defeitos de produtos.

As posições precisas da placa podem ser geralmente garantidas através de furos de posicionamento ou Marcas Fiduciais. Como o design de furos de posicionamento depende da marca e número do modelo do equipamento de montagem de PCB, furos de posicionamento não são colocados em cada PCB, enquanto a Marca Fiducial é a necessidade de cada PCB.

A Marca Fiducial é um símbolo especial de posicionamento óptico. Durante a fabricação, dispositivos de montagem irradiam na Marca Fiducial com coordenadas de imagem geradas, que são então comparadas com os dados padrão predefinidos no sistema. Se as coordenadas são compatíveis com os dados padrão ou as diferenças estão dentro da categoria permitida, a máquina julgará a correção dos PCBs que serão enviados para o interior das máquinas para procedimentos incluindo impressão, montagem e soldagem. Caso contrário, PCBs serão julgados com incorreção e o envio de placas será pausado com alarme transmitido.

Portanto, a Marca Fiducial desempenha um papel significativo na garantia da correção de produtos eletrônicos. No entanto, muitos projetistas de PCB às vezes falham em fazer seus PCBs projetados não serem reconhecidos por dispositivos de montagem, de modo que a subsequente produção normal não pode ser implementada. É extremamente necessário estar ciente dos requisitos e regulamentos da Marca Fiducial no processo de design de PCB.

Requisitos de Design de Marca Fiducial

Composição da Marca Fiducial e Parâmetros de Design

Uma Marca Fiducial integrada contém marca e área de clearance (livre), que é exibida na Figura 1. Os padrões gerais de Marca Fiducial são mostrados na Figura 2.

  

Geralmente falando, o círculo sólido com diâmetro de 1 mm (±0,2 mm) é a escolha ideal para Marca Fiducial feita de cobre nu, estanho ou níquel protegido por revestimento inoxidável transparente. Para tornar as Marcas Fiduciais facilmente reconhecidas por dispositivos de montagem, a cor das Marcas Fiduciais deve ser obviamente diferente da área circundante. Além disso, clearance com tamanho 1 mm maior deve ser reservado ao redor das Marcas Fiduciais. Geralmente, o raio do clearance não é menor que 2R (R refere-se ao raio da Marca Fiducial) e quando o raio do clearance é igual a 3R, o efeito de reconhecimento dos dispositivos é o melhor.

Requisitos de Roteamento das Marcas Fiduciais

Baseado na teoria de que 3 pontos não lineares determinam um plano, 3 Marcas Fiduciais devem ser colocadas com padrão de "L" no PCB como mostrado na Figura 3. Se o espaço da placa for limitado de modo que 3 Marcas Fiduciais não possam ser colocadas nela, pelo menos um par de Marcas Fiduciais deve ser colocado na placa ao longo da linha diagonal, como na Figura 4.

Marcas Fiduciais ao longo da diagonal não devem ser colocadas completamente simetricamente. Caso contrário, o erro não pode ser descoberto pelos dispositivos quando as placas não estão corretas, de modo que defeitos surgirão com placa imprecisa ou montagem incorreta. Para componentes com alguns requisitos especiais e posicionamento preciso, Marcas Fiduciais locais podem ser projetadas para aumentar a precisão da montagem.

Além disso, a distância entre Marcas Fiduciais e borda do PCB tem que ser maior que o requisito mínimo de distância fixado por dispositivos SMT, para estar dentro do PCB em vez de na borda da placa e atender ao requisito de clearance mínimo da Marca Fiducial. Além disso, para aumentar o efeito de reconhecimento do dispositivo de impressão e dispositivo de montagem, outro roteamento, serigrafia, pad de solda ou V-Cut não deve ser colocado dentro do clearance da Marca Fiducial e a distância entre clearance e outros pontos metálicos (ponto de teste, por exemplo) com tipos semelhantes tem que ser 5,0 mm no mínimo.

Requisitos de Fabricação das Marcas Fiduciais

No processo de fabricação de PCB bare board, a mudança de tamanho das Marcas Fiduciais tem que ser no máximo 25 µm. Se a mudança de tamanho for muito grande, o desvio de dados adquirido por imagem computacional excederá a categoria de mudança de valores padrão, de modo que tanto o carregador de placa quanto o alarme serão influenciados e a eficiência de fabricação será reduzida.

A planicidade da superfície das Marcas Fiduciais deve ser controlada dentro de 15 µm e elas têm que compartilhar o mesmo fundo interno. Caso contrário, o baixo grau de planicidade possivelmente influenciará o efeito de reconhecimento dos dispositivos ou os dispositivos nem funcionariam.

Todas as Marcas Fiduciais nos PCBs com o mesmo número de placa têm que ser as mesmas em termos de tamanho e forma. Sugere-se que todas as Marcas Fiduciais sejam marcadas como círculos sólidos com diâmetro de 1 mm. O melhor desempenho pode ser obtido quando alto contraste surge entre Marcas Fiduciais e material de substrato de PCBs. Além disso, Marcas Fiduciais devem ser isoladas com folha de cobre em placas de folha de cobre.

Análise de Caso

Para fornecer uma explicação fácil de entender, um protótipo de PCB com tamanho 50 mm x 30 mm é desenhado por software Protel com suas Marcas Fiduciais colocadas ao longo da diagonal como mostrado na Figura 5.

Para o design de Marcas Fiduciais na Figura 5, o dispositivo é capaz de reconhecer e comparar parâmetros por câmera com a direção correta de carregamento da placa para garantir o trabalho de impressão correto feito pela impressora.

No entanto, uma vez que a direção de carregamento da placa é incorreta, como a situação mostrada na Figura 6 em que o protótipo é virado 180°, o dispositivo ainda aderirá à correção da direção de carregamento da placa e posições do PCB presente. Nesta condição, o trabalho normal de impressão será implementado de acordo com o procedimento estabelecido.

Isso reduzirá muito a eficiência de fabricação. Pior ainda, como a eficiência de PCBA é bastante alta, muitos PCBs problemáticos serão gerados antes da pausa de fabricação após o advento de PCBs defeituosos. Nesta circunstância, tempo e eficiência de fabricação serão diminuídos e a qualidade do produto será até influenciada.

Além da colocação das Marcas Fiduciais que devem evitar simetria completa, a distância entre a borda da Marca Fiducial e a borda da placa também deve ser notada. A distância deve ser definida na faixa de 3,5 mm a 5 mm. Além disso, a marca das Marcas Fiduciais tem que ser média, nem muito grande nem muito pequena. Para padrão circular, o diâmetro deve ser controlado na faixa de 1,0-3,0 mm. Se o diâmetro for muito grande, o dispositivo fará um ajuste de posição relativamente grande, de modo que desvio relativamente grande ocorrerá com defeitos de impressão. Se o diâmetro for muito pequeno, o dispositivo possivelmente falhará em reconhecê-las, de modo que o dispositivo se recusará a carregar placas ou fará alarme.

Em conclusão, embora seja relativamente simples projetar Marcas Fiduciais, alguns detalhes tendem a ser negligenciados. Se forem projetadas inadequadamente, as funções correspondentes que as Marcas Fiduciais deveriam ter não podem ser implementadas e até alguns problemas possivelmente ocorrerão, levando a erros de impressão e fabricação atrasada. Portanto, projetistas de circuito devem dominar o conhecimento teórico sobre design de circuito, e o requisito do dispositivo de montagem na fabricação de PCB e eles têm que considerar todos os requisitos listados de todos os aspectos da linha de produção para aumentar a fabricabilidade, eficiência de fabricação e economia dos produtos.

Recursos Úteis
• Requisito de Design de PCBs SMT Parte Quatro: Marca
• Serviço Completo de Fabricação de PCB da PCBCart — Múltiplas Opções de Valor Agregado
• Serviço Avançado de Montagem de PCB da PCBCart — A Partir de 1 Peça