Une mire PCB est une référence optique qui aide à aligner l’impression et le placement des composants. À titre d’exemple propre à un assembleur, Newmatik recommande un disque de cuivre de 1 mm avec une ouverture concentrique de masque de soudure de 2 mm. Convenez de la taille, du nombre et de l’emplacement des mires avec l’assembleur concerné ; cet exemple ne constitue pas une exigence dimensionnelle universelle de l’IPC ou de la SMEMA.
Les mires peuvent aider les sérigraphieuses, les machines de placement et les équipements d’inspection à s’aligner, ainsi que permettre certaines corrections de déformation sur des équipements et programmes adaptés. Les compensations disponibles dépendent de la machine et de son programme ; trois mires ne mesurent pas toutes les déformations non linéaires possibles du circuit. Les sections suivantes présentent des exemples de dimensions, les critères de placement global et local, les finitions de surface et les contrôles CAM avant lancement.
Comment les caméras de vision CMS analysent-elles les mires optiques sur un PCB ?
Montées sur les têtes des sérigraphieuses et des machines de placement, les caméras industrielles CCD et CMOS orientées vers le bas ne recherchent pas les contours physiques de la carte : elles déterminent le centre mathématique d'éléments en cuivre gravé sous un éclairage annulaire coaxial à LED rouges, blanches ou bleues.
Le système de vision a besoin d’une frontière de contraste détectable de façon répétée. L’algorithme, l’éclairage et la répétabilité démontrée dépendent de l’équipement :
- Le disque plat en cuivre réfléchit directement la lumière coaxiale vers l'objectif de la caméra, apparaissant sous la forme d'un cercle très lumineux sur le capteur d'image.
- L'anneau concentrique de substrat diélectrique mis à nu (dépourvu de cuivre et de vernis épargne) diffuse ou absorbe la lumière incidente, créant un anneau de contraste sombre et uniforme.
- Une piste, un plan de cuivre, un élément de sérigraphie ou un bord de masque qui empiète sur cette zone peut rendre le contour circulaire irrégulier et perturber le calcul du centroïde ou la reconnaissance. L’effet dépend de l’algorithme, de l’éclairage et de la répétabilité validée pour l’équipement concerné.
Mires globales, locales et de flan : de quelles cibles votre circuit a-t-il besoin ?
Le choix des mires optiques dépend de la conception du circuit et du flan, des équipements de placement et des exigences de l’assembleur. Les mires globales, de flan et locales sont des options de conception ; elles ne sont pas toutes nécessaires sur chaque carte. Convenez avec l’assembleur du nombre, de l’emplacement et de l’orientation des mires. Trois mires globales suffisamment espacées constituent une proposition courante, mais certains procédés en acceptent deux.
| Niveau de mire | Emplacement | Nombre et disposition | Fonction d’alignement | Point à valider en DFM |
|---|---|---|---|---|
| Mires de flan (Panel / bords techniques) | Peuvent être placées sur le flan, en dehors des zones réellement prises par le convoyeur et les pinces | Nombre et position à définir selon le flan et l’assembleur | Peuvent contribuer à l’alignement du flan ; la détection de l’orientation dépend du motif validé et de la fenêtre de recherche de la machine | À déterminer selon le flan et le procédé d’assemblage |
| Mires globales de carte | Espacées autant que possible sur le circuit unitaire | Trois mires sont une proposition courante ; certains procédés en acceptent deux. À convenir avec l’assembleur | Peuvent servir à corriger la translation et la rotation ; les corrections de déformation disponibles dépendent de la machine et du programme | À valider pour les faces à assembler et les conditions de la carte |
| Mires locales de composant | À proximité du composant lorsque son alignement local le nécessite | Une paire est souvent proposée ; besoin et espacement à confirmer avec l’assembleur | Peuvent aider à l’alignement local ; résultat lié à l’équipement, au programme et à l’implantation du composant | À discuter avec l’assembleur pour les composants à pas fin |
Lors de la conception, vérifiez notamment les points suivants avec l’assembleur :
- Disposition et reconnaissance de l’orientation : un espacement important entre trois mires globales facilite souvent l’alignement. Un motif asymétrique peut aussi aider la machine à reconnaître l’orientation, selon le motif approuvé et la fenêtre de recherche de la caméra. Ne supposez pas qu’une disposition donnée empêche automatiquement toute insertion retournée sur chaque équipement.
- Coordonnées et programmes pour l’assemblage double face : vérifiez les coordonnées de la face inférieure et le programme associé selon l’orientation approuvée par l’assembleur. Le décalage éventuel entre les mires des deux faces, ainsi que sa valeur, dépend de l’équipement et du procédé ; aucun décalage fixe de 3,0 à 5,0 mm ne s’applique à tous les cas.
Dimensions des mires et dégagements à vérifier
Le tableau ci-dessous donne des exemples de dimensions pouvant servir de point de départ aux échanges de conception. Ce ne sont pas des limites IPC ou SMEMA universelles applicables à tous les produits. Les dimensions finales, espacements, tolérances et dégagements des pinces doivent correspondre au circuit et aux équipements, puis être confirmés par l’assembleur concerné.
| Paramètre dimensionnel | Exemple courant à confirmer | Exemple à discuter en HDI contraint | Points de contrôle en fabrication |
|---|---|---|---|
| Forme et diamètre de la pastille de cuivre | Disque plein de 1,00 mm (40 mil) de diamètre | Disque plein de 0,80 mm (31,5 mil) de diamètre | Confirmer forme, dimensions et tolérance admissible avec l’assembleur ; éviter le perçage, sauf si l’équipement valide explicitement cette géométrie |
| Diamètre de l’ouverture du masque de soudure | Ouverture concentrique de 2,00 mm (80 mil), soit 2× le diamètre du pad | Ouverture concentrique de 1,60 mm (63 mil) | Un anneau de diélectrique nu de 0,35 mm (14 mil) peut servir de proposition de dessin, à valider selon la précision réelle du masque |
| Zone d’exclusion du cuivre et des pistes | Dégagement de 2,00 à 3,00 mm de diamètre à titre de proposition | Dégagement de 1,60 mm sur la couche externe à titre de proposition | Vérifier que cuivre, pistes et bord du masque n’affectent pas la reconnaissance dans la fenêtre optique utilisée |
| Dégagement de la sérigraphie | Au moins 0,50 mm (20 mil) du bord de l’ouverture, à titre de proposition | Au moins 0,25 mm (10 mil), à titre de proposition | Éviter la sérigraphie dans la zone de reconnaissance ; confirmer l’écart avec le fabricant et l’assembleur |
| Distance aux bords de carte et aux pinces | Au moins 5,00 mm (200 mil) comme exemple pour le bord du flan | Au moins 3,50 mm comme exemple à discuter pour les mires locales | Déterminer le dégagement selon les zones réelles de convoyage et de serrage ; aucune largeur fixe ne vaut pour tous les équipements |
| Cuivre des plans internes | Laisser les plans uniformément évidés ou cuivrés sous les mires | Conserver si possible le même fond sous toutes les mires d’une face | Vérifier selon le circuit, l’empilage et la vision optique si les différences de fond modifient le contraste |
Avant la diffusion des données, vous pouvez charger les couches GTL/GTS dans notre visualiseur Gerber en ligne. Vérifiez que les pistes et les plans de cuivre ne pénètrent pas dans l’ouverture du masque et comparez le dessin aux dimensions validées avec l’assembleur.
Comment la finition de surface influe-t-elle sur la reconnaissance optique et le coût ?
Les mires étant des zones de cuivre exposées dans le masque de soudure, elles reçoivent la même finition que les plages des composants. Pour les caméras de vision CMS, la planéité et la stabilité du contraste après plusieurs cycles de refusion sont des points à vérifier sur la carte et l’équipement concernés.
| Finition de surface | Planéité optique et contraste | Stabilité pendant la refusion | Aptitude pour la vision CMS à pas fin | Coût |
|---|---|---|---|---|
| Dorure chimique au nickel-immersion (ENIG) | La planéité et la réflexion sont à évaluer ; le contraste dépend aussi du circuit et de l’éclairage | À vérifier selon la carte et le profil de refusion | Option à envisager pour les BGA de 0,4 mm, les circuits HDI et les cartes double face ; valider sur l’équipement cible avec l’assembleur | Comparer au devis réel les écarts avec HASL/OSP ; ne garantit pas l’absence de temps de réglage |
| Préservateur organique de brasabilité (OSP) | Surface de cuivre plane ; le contraste dépend de la carte, de son état de surface et de l’éclairage | L’état de surface peut évoluer après refusion. Vérifier si un réglage d’éclairage ou de paramètres est nécessaire dans le procédé visé. 255 à 260 °C est un exemple de condition de procédé, pas une exigence universelle | Valider l’aptitude en fonction des composants, du procédé et de l’équipement | Le devis dépend de la carte et de la commande ; l’OSP n’est pas systématiquement la finition la moins coûteuse |
| Argent immersion (ImAg) / Étain immersion (ImSn) | Évaluer l’état de surface et la réflexion sur la carte réelle | Tenir compte du stockage, de la manipulation et des conditions de refusion | À considérer parmi les options et à valider sur l’équipement visé | Comparer les devis réels, sans supposer un ordre de prix fixe |
| Égalisation à l’air chaud sans plomb (HASL) | La topographie diffère de celle d’une finition plane ; vérifier la reconnaissance sur l’équipement cible | À vérifier selon la carte et le profil de refusion | L’aptitude dépend du composant, de la carte et de la qualification de l’équipement | Évaluer sur le devis réel ; ne pas extrapoler une hauteur de surface ou un décalage de centroïde fixe à toutes les cartes |
Le nom de la finition ne suffit pas à prédire la qualité de reconnaissance des mires. L’OSP n’est pas systématiquement inadapté aux cartes à pas fin ; son aptitude doit être vérifiée selon l’état de surface, le stockage, la refusion et la machine d’assemblage visée. La topographie du HASL peut influer sur la réflexion, mais ne permet pas de déduire un décalage fixe du centroïde sur tous les équipements. Évaluez les résultats avec la machine et le programme de l’assembleur.
Diagnostic et résolution des erreurs de vision sur ligne d'assemblage CMS
Lorsqu'une sérigraphieuse ou une machine de pose s'arrête avec une alerte de reconnaissance de mire optique, utilisez la matrice suivante pour identifier l'origine de l'anomalie :
| Symptôme sur ligne CMS | Cause physique fondamentale | Étape de détection | Solution immédiate sur ligne vs Correction définitive en CAO |
|---|---|---|---|
Échec de verrouillage caméra (Fiducial Not Found) |
Ouverture de masque omise sur la couche GTS/GBS (pastille entièrement recouverte de vernis) |
Réglage du premier article sur sérigraphieuse ou machine CMS | Ligne : apprentissage sur une pastille ou un point de test en cuivre nu voisin (précision réduite). CAO : ajouter l'ouverture de 2,0 mm dans la bibliothèque |
Barycentre calculé décalé de 30 à 80 µm (Aspect Ratio Reject) |
Décalage du masque ou plan de cuivre mordant sur l'anneau de dégagement de 2,0 mm | Contrôle DFM CAM ou apprentissage de la caméra | Ligne : basculer l'algorithme sur la détection du bord du disque intérieur seul. CAO : respecter la garde de 1,0 mm sans cuivre |
| La tête de placement décale tous les composants de plusieurs millimètres | Point de test non verni de 1,0 mm ou via situé à moins de 3,0 mm de la mire | Contrôle premier article (FAI) après pose | Ligne : réduire la zone de recherche (ROI) de la caméra. CAO : boucher les vias voisins selon IPC-4761 et éloigner les points de test à ≥ 3,5 mm |
| Erreur angulaire progressive (Δ θ) sur les flans longs | Seules 2 mires globales implantées trop proches à une extrémité du panneau | Inspection 3D AOI en sortie de ligne | CAO : implanter 3 mires globales couvrant la plus grande diagonale du panneau ou des rives techniques |
| Décalage de l'impression de pâte par rapport aux pastilles | Mire incluse par erreur sur la couche de pochoir (GTP/GBP), la crème masquant la cible optique |
Inspection 3D SPI après sérigraphie | Ligne : essuyer la mire et boucher l'ouverture du pochoir avec du ruban Kapton. CAO : supprimer tout pad de mire des couches GTP/GBP |
En règle générale, les mires ne doivent pas avoir d’ouverture sur les couches de pochoir GTP (Top Paste) ou GBP (Bottom Paste). Une ouverture correspondante dans le pochoir peut déposer de la pâte sur la mire et gêner sa reconnaissance. Vérifiez les couches concernées lors du contrôle CAM ; toute modification des données de conception doit être examinée et approuvée par la personne responsable. Nos équipes d’assemblage CMS et de conception PCB peuvent aider à vérifier le routage et les données du pochoir.
Aide à la soumission et à la validation (Submit / Release Aid)
À fournir impérativement avec la demande de devis (RFQ) ou le dossier de lancement :
- Fichiers Gerber (
RS-274XouGerber X2),ODB++ouIPC-2581avec mires surGTL/GBL, ouvertures concentriques 2× surGTS/GBSet aucune ouverture surGTP/GBP. - Fichier de centrage (Centroid /
XYR) détaillant les coordonnées X/Y des mires globales (FID1–FID3), de flan et locales. - Plan de mise en flan précisant la largeur des rives de transport (≥ 5,0 mm), l'emplacement des mires de rives et le diamètre des trous de calage.
- Plan de fabrication stipulant la finition de surface (ENIG, OSP, ImAg ou HASL) et la classe de précision IPC-6012.
Documents à exiger du fabricant avant le bon à tirer (BAT) :
- Rapport d'audit DFM CAM confirmant l'intégrité dimensionnelle des mires et l'absence totale d'ouverture sur le pochoir de pâte.
- Plan de fabrication du flan (Panel DWG) validant la disposition asymétrique à 3 points et le dégagement de ≥ 5,0 mm avec les convoyeurs.
- Tracé de contrôle du pochoir attestant que les repères de calage mi-gravés correspondent aux mires des rives du panneau PCB.
- Rapport de contrôle premier article (FAI) et relevé d'alignement 3D SPI/AOI démontrant la conformité aux critères IPC-A-610 Classe 2 ou Classe 3.
Responsabilités par fonction :
- Concepteur CAO : Convenez avec l’assembleur du nombre et de l’emplacement des mires globales, de flan et locales, consignez l’orientation de chaque face et vérifiez l’absence d’ouvertures de pâte non prévues.
- Responsable Qualité : Valider les tolérances d'alignement de l'épargne, approuver le plan de flan et signer la conformité 3D AOI du premier article.
- Acheteur : Préciser si la mise en flan est réalisée par le fabricant de circuits nus ou par l'assembleur EMS afin que les mires correspondent aux convoyeurs de ligne.
Jalons de validation par phase :
- EVT : Vérification CAM de l'empilage
GTL/GTS/GTP+ concordance des coordonnéesFID1–FID3. - DVT : Gel de la géométrie du flan + validation du détrompage par décalage des coordonnées Top/Bottom.
- PVT : Évaluez la reconnaissance optique sur la sérigraphieuse et la machine de placement selon les critères d’identification et d’intervention approuvés, puis consignez les ajustements manuels nécessaires.
- MP : Suivi continu des indices Cp/Cpk d'alignement sur les bancs 3D SPI et 3D AOI en production de série.
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Pourquoi les mires circulaires sont-elles préférées aux formes en croix ou en carré sur un PCB ?
Les mires circulaires sont privilégiées car le gradient radial de luminosité d'un cercle plein reste parfaitement invariable pour une caméra de vision industrielle quel que soit l'angle de rotation (Δ θ). Les croix ou les carrés subissent un arrondissement asymétrique lors de la gravure chimique du cuivre et génèrent des reflets spéculaires irréguliers sous éclairage annulaire, ce qui dégrade la précision du calcul du barycentre sous-pixel.
Peut-on utiliser un via traversant métallisé ou un point de test comme mire optique ?
Une mire optique dédiée en cuivre plein est généralement préférable. Le trou d’un via peut créer une zone sombre ou des reflets irréguliers qui perturbent la détection du centre. La pâte ou le contact des pointes de test peut également modifier la surface d’un point de test. Si vous envisagez un autre élément, faites valider sa géométrie et sa reconnaissance sur l’équipement prévu par l’assembleur ; ne supposez pas qu’il remplace une mire dédiée.
Combien de mires optiques faut-il implanter sur un circuit imprimé pour l'assemblage CMS ?
Convenez de l’implantation avec l’assembleur. Trois mires globales espacées constituent une proposition courante, mais certains procédés en acceptent deux. La nécessité de mires de flan ou locales dépend du flan, de l’équipement et des composants. À titre d’exemple, Newmatik recommande trois mires globales et accepte un minimum de deux pour son propre procédé. Cette recommandation concerne cet assembleur ; ce n’est ni une norme générale ni un nombre imposé à tous les produits.
Les mires de centrage doivent-elles comporter des ouvertures sur la couche de pochoir de pâte à braser ?
En règle générale, la mire doit rester fermée sur la couche de pâte (GTP/GBP). Confirmez la pastille de cuivre sur GTL/GBL et l’ouverture concentrique du masque sur GTS/GBS selon le dessin et les exigences de l’assembleur. Une ouverture dans le pochoir peut déposer de la pâte sur la mire et gêner sa reconnaissance ; vérifiez les données CAM et approuvez les changements nécessaires avant leur application.