Фидуциал на печатной плате — это оптический ориентир для совмещения при нанесении пасты и установке компонентов. В качестве примера для конкретного сборщика Newmatik рекомендует медный круг диаметром 1 мм с концентрическим окном паяльной маски диаметром 2 мм. Согласуйте размер, количество и расположение меток с фактическим сборщиком; этот пример не является универсальным требованием IPC или SMEMA к размерам.
Фидуциалы помогают принтерам, установщикам компонентов и инспекционному оборудованию выполнять выравнивание; на отдельных машинах и программах они также могут поддерживать выбранные виды компенсации деформации. Доступные компенсации зависят от оборудования и программы; три метки не позволяют автоматически измерить все нелинейные деформации платы. Ниже приведены примеры размеров, критерии размещения глобальных и локальных меток, сравнение покрытий и перечень CAM-проверок перед запуском.
Как системы технического зрения SMT распознают реперные знаки на плате?
Установленные на порталах принтеров нанесения паяльной пасты и установочных головках цифровые CCD/CMOS-камеры, направленные вертикально вниз, не ищут физические границы контура платы. Они с микронной точностью вычисляют математический геометрический центр вытравленных медных площадок при освещении коаксиальным красным, белым или синим кольцевым светодиодным источником.
Системе технического зрения нужна граница контраста, которую можно стабильно распознавать. Алгоритм, освещение и подтвержденная повторяемость зависят от конкретного оборудования:
- Плоский металлический медный диск отражает коаксиальные световые лучи строго обратно в объектив камеры, формируя на матрице яркое круглое пятно с высоким уровнем серого сигнала.
- Концентрическое кольцо обнаженного диэлектрика (полностью свободное от меди и паяльной маски) рассеивает или поглощает свет, формируя равномерное темное фоновое кольцо.
- Медные дорожки и полигоны, шелкография или край паяльной маски, заходящие в это кольцо, могут сделать контур круга неправильным и повлиять на расчет центра или распознавание. Эффект зависит от алгоритма, освещения и подтвержденной повторяемости конкретной системы.
Глобальные, локальные и технологические реперы: что требуется вашей плате?
Выбор оптических меток зависит от конструкции платы и заготовки, оборудования для монтажа и требований сборщика. Глобальные, панельные и локальные метки — возможные варианты размещения; не каждой плате нужны все три типа. Согласуйте с фактическим сборщиком количество, расположение и ориентацию меток. Три разнесенные глобальные метки — распространенный вариант, однако некоторые процессы допускают две.
| Тип меток | Расположение | Количество и схема | Функция выравнивания | Что согласовать при DFM |
|---|---|---|---|---|
| Технологические метки панели (Panel) | Можно размещать на технологических полях вне фактических зон конвейера и зажимов | Количество и положение зависят от панели и сборщика | Могут использоваться для выравнивания панели; распознавание ориентации зависит от утвержденного рисунка меток и окна поиска оборудования | Определить по конструкции панели и процессу сборки |
| Глобальные метки платы | Разнести как можно дальше друг от друга на отдельной плате | Три — распространенный вариант; некоторые процессы допускают две. Схему согласовать со сборщиком | Могут служить для выравнивания по X/Y и углу; доступная компенсация деформации зависит от машины и программы | Согласовать для фактических сторон монтажа и условий платы |
| Локальные метки компонентов | Рядом с компонентом, если требуется локальное выравнивание | Часто предлагают пару; необходимость и расстояние согласовать со сборщиком | Могут помочь при локальном выравнивании; результат зависит от оборудования, программы и расположения компонента | Обсудить со сборщиком для компонентов с мелким шагом |
При разработке топологии отдельно согласуйте со сборщиком следующие вопросы:
- Расположение меток и распознавание ориентации: при использовании трех глобальных меток большое расстояние между ними часто помогает выравниванию. Асимметричная схема может помочь определить ориентацию, но это зависит от утвержденного рисунка и окна поиска камеры. Не следует считать, что конкретная схема автоматически исключит разворот при загрузке на любом оборудовании.
- Координаты и программы для двустороннего монтажа: проверьте координаты нижней стороны и соответствующую программу по утвержденной сборщиком ориентации. Необходимость смещения между метками двух сторон и его величина зависят от оборудования и процесса; универсального фиксированного смещения 3,0–5,0 мм нет.
Размеры реперов и зазоры, которые нужно проверить
В таблице приведены примеры размеров, от которых можно отталкиваться при согласовании топологии. Это не универсальные ограничения IPC или SMEMA для всех изделий. Итоговые размеры, расстояния, допуски и зазоры под зажимы следует определить с учетом конкретной платы и оборудования, а затем подтвердить у сборщика.
| Параметр | Типовой пример для согласования | Пример для стесненной HDI-топологии | Что проверить при производстве |
|---|---|---|---|
| Форма и диаметр медной площадки | Сплошной круг диаметром 1,00 мм (40 mil) | Сплошной круг диаметром 0,80 мм (31,5 mil) | Согласовать со сборщиком форму, размер и допустимый допуск; не размещать отверстие, если оборудование явно не допускает такую геометрию |
| Диаметр окна паяльной маски | Концентрическое окно диаметром 2,00 мм (80 mil), то есть 2× диаметр площадки | Концентрическое окно диаметром 1,60 мм (63 mil) | Свободное кольцо диэлектрика шириной 0,35 мм (14 mil) можно предложить как вариант топологии и подтвердить с учетом фактической точности совмещения маски |
| Зона без меди и дорожек | Свободная зона диаметром от 2,00 до 3,00 мм как возможный вариант | Свободная зона диаметром 1,60 мм на внешнем слое как возможный вариант | Проверить, не мешают ли медь, дорожки и края маски распознаванию в используемом оптическом окне |
| Отступ от шелкографии | Не менее 0,50 мм (20 mil) от края окна — возможный вариант | Не менее 0,25 мм (10 mil) — возможный вариант | Не размещать маркировку в зоне распознавания; расстояние подтвердить у производителя плат и сборщика |
| Отступ от края платы и зажимов | Не менее 5,00 мм (200 mil) как пример для края панели | Не менее 3,50 мм как пример для обсуждения локальных меток | Определить зазор по фактическим зонам конвейера и зажимов; не считать фиксированное расстояние универсальным |
| Медь на внутренних слоях | Одинаковые условия под метками: без меди или со сплошным полигоном | По возможности одинаковый фон под всеми метками одной стороны | Проверить с учетом платы, стека слоев и оптической системы, могут ли различия фона влиять на контраст |
Перед выпуском данных можно загрузить экспортированные слои GTL/GTS в наш онлайн-просмотрщик Gerber. Проверьте, не заходят ли дорожки или полигоны в окно паяльной маски, и сопоставьте топологию с размерами, утвержденными сборщиком.
Как финишное покрытие влияет на оптическое распознавание и стоимость?
Реперы представляют собой участки открытой меди в паяльной маске и получают такое же финишное покрытие, как контактные площадки компонентов. Для систем технического зрения SMT плоскостность и стабильность контраста после нескольких циклов оплавления следует оценивать на конкретной плате и оборудовании.
| Финишное покрытие | Оптическая плоскостность и контраст | Стабильность при оплавлении | Пригодность для распознавания мелкого шага SMT | Стоимость |
|---|---|---|---|---|
| Иммерсионное золочение (ENIG) | Плоскостность и отражение следует оценивать с учетом платы и освещения | Проверять для конкретной платы и профиля оплавления | Возможный вариант для BGA с шагом 0,4 мм, плат HDI и двустороннего монтажа; подтвердить на целевом оборудовании у сборщика | Сравнить реальные предложения с HASL/OSP; покрытие не гарантирует отсутствия времени на настройку |
| Органическое защитное покрытие (OSP) | Ровная медная поверхность; контраст зависит от платы, состояния поверхности и освещения | Состояние поверхности после оплавления может измениться. Проверить, нужны ли корректировки освещения или параметров в целевом процессе. 255–260 °C — пример условия процесса, а не универсальное требование | Пригодность проверять с учетом компонентов, процесса и оборудования | Стоимость зависит от платы и заказа; OSP не всегда самый дешевый вариант |
| Иммерсионное серебро (ImAg) / Иммерсионное олово (ImSn) | Оценивать состояние поверхности и отражение на конкретной плате | Учитывать хранение, обращение и условия оплавления | Рассматривать как возможные варианты и проверять на целевом оборудовании | Сравнивать фактические предложения, не предполагая фиксированного порядка цен |
| Бессвинцовое горячее лужение (HASL) | Рельеф отличается от плоских покрытий; распознавание проверить на целевом оборудовании | Проверять для конкретной платы и профиля оплавления | Пригодность зависит от компонента, платы и квалификации оборудования | Оценивать по конкретному предложению; не переносить фиксированную высоту поверхности или смещение центра на все платы |
Название покрытия само по себе не позволяет предсказать качество распознавания реперов. OSP не всегда непригоден для плат с мелким шагом: это следует проверять с учетом состояния поверхности, хранения, оплавления и целевой сборочной машины. Рельеф HASL может влиять на отражение, однако это не доказывает фиксированного смещения центра на любом оборудовании. Оценивать нужно результаты проверки на машине и программе сборщика.
Диагностика и устранение сбоев распознавания реперов на SMT-линии
Если трафаретный принтер или установщик компонентов останавливается с сигналом тревоги оптической системы, используйте таблицу для быстрой локализации первопричины:
| Симптом на линии монтажа | Физическая первопричина | Этап выявления | Оперативная мера на линии vs Окончательное исправление в САПР |
|---|---|---|---|
Сбой распознавания метки (Fiducial Not Found) |
Пропущено вскрытие маски на слое GTS/GBS (площадка полностью залита зеленой маской) |
Наладка по первому изделию на принтере или установщике | На линии: обучение камеры по соседней медной площадке (снижение точности). САПР: добавить окно 2,0 мм в библиотеку |
Барицентр смещен на 30 – 80 мкм (Aspect Ratio Reject) |
Несовмещение маски или медный полигон заходит в кольцо 2,0 мм | Предпроизводственный DFM-анализ или оптическое обучение | На линии: переключить алгоритм с темного внешнего кольца на край диска. САПР: обеспечить радиальный зазор 1,0 мм |
| Установочная головка сдвигает компоненты на несколько миллиметров | Непокрытая маской контрольная точка или переходное отверстие 1,0 мм ближе 3,0 мм к реперу | Контроль первого изделия (FAI) после монтажа | На линии: уменьшить окно поиска (ROI) камеры. САПР: закрыть соседние отверстия маской (IPC-4761), отодвинуть точки на ≥ 3,5 мм |
| Постоянная угловая ошибка (Δ θ) на длинных платах | Установлено всего 2 репера близко друг к другу на одном конце платы | Инспекция на установке 3D AOI после монтажа | САПР: расположить 3 глобальных репера по углам платы с максимальным диагональным размахом |
| Смещение паяльной пасты относительно контактных площадок | Репер ошибочно включен в слой трафарета (GTP/GBP), паста закрывает оптическую метку |
Контроль на установке 3D SPI после нанесения пасты | На линии: отмыть репер, заглушить апертуру трафарета каптоновой лентой. САПР: удалить реперы из слоев пасты GTP/GBP |
Как правило, для реперов не следует предусматривать отверстия в слоях паяльной пасты GTP (Top Paste) и GBP (Bottom Paste). Соответствующее отверстие в трафарете может привести к попаданию пасты на метку и помешать распознаванию. Проверьте эти слои при CAM-анализе; изменения проектных данных должны быть проверены и утверждены ответственным лицом. Наши инженеры по SMT-монтажу и проектированию печатных плат могут помочь проверить топологию и данные трафарета.
Чек-лист подготовки и выпуска документации (Submit / Release Aid)
Передать вместе с запросом (RFQ) или пакетом на производство:
- Набор файлов Gerber (
RS-274XилиGerber X2),ODB++либоIPC-2581, содержащий площадки реперов наGTL/GBL, концентрические вскрытия 2× наGTS/GBSи нулевые апертуры наGTP/GBP. - Файл координат компонентов (Centroid /
XYR), включающий точные координаты X/Y всех глобальных (FID1–FID3), технологических и локальных реперов. - Чертеж мультипликации с указанием ширины технологических полей (≥ 5,0 мм), координат реперов на полях и диаметров фиксирующих отверстий.
- Сборочно-технологический чертеж с указанием финишного покрытия (ENIG, OSP, ImAg или HASL) и класса совмещения по IPC-6012.
Запросить у поставщика перед запуском в серию:
- Отчет о проверке DFM CAM с подтверждением диаметров реперов, целостности свободного кольца маски и отсутствия апертур на трафарете.
- Чертеж групповой заготовки (Panel DWG) с подтверждением асимметричного расположения 3 реперов и зазора ≥ 5,0 мм от направляющих конвейера.
- Проверочный чертеж трафарета, подтверждающий совпадение полутравленых реперов рамки с реперами на технологических полях платы.
- Отчет по первому изделию (FAI) и протокол совмещения 3D SPI/AOI на соответствие стандартам IPC-A-610 Class 2 или Class 3.
Зоны ответственности:
- Разработчик топологии: согласовать со сборщиком количество и положение глобальных, панельных и локальных реперов, задокументировать ориентацию каждой стороны и проверить отсутствие непредусмотренных отверстий в слоях пасты.
- Инженер по качеству: проверить точность совмещения маски, утвердить чертеж мультипликации, подписать акт оптического контроля 3D AOI первого изделия.
- Специалист по закупкам: согласовать, кто выполняет мультипликацию (завод по изготовлению голых плат или EMS-сборщик), чтобы реперы на полях подошли под конвейер.
Контрольные этапы проекта:
- EVT: CAM-проверка слоев
GTL/GTS/GTP+ проверка выгрузки координатFID1–FID3. - DVT: фиксация полей мультипликации + проверка смещения координат сторон Top и Bottom.
- PVT: проверить распознавание на принтере и установщике по утвержденным критериям распознавания и вмешательства, зафиксировав необходимые ручные корректировки.
- MP: непрерывный мониторинг индексов воспроизводимости процесса Cp/Cpk смещения компонентов по данным 3D SPI и 3D AOI в серийном производстве.
Когда файлы топологии и мультипликации будут готовы к DFM-проверке, ознакомьтесь с нашими возможностями SMT-монтажа и производства плат под ключ или загрузите архив Gerber-файлов для расчета стоимости заказа.
Почему круглые реперные знаки на печатных платах предпочтительнее крестообразных или квадратных?
Круглые реперы предпочтительнее, поскольку радиальный градиент яркости границы сплошного круга выглядит для камеры технического зрения абсолютно одинаково при любых малых углах поворота платы (Δ θ). Кресты и квадраты подвержены несимметричному скруглению углов при травлении меди и создают неравномерные зеркальные блики под кольцевой подсветкой, что ухудшает повторяемость субпиксельного расчета центра.
Можно ли использовать металлизированное переходное отверстие или тестовую точку в качестве репера?
Обычно предпочтительна отдельная сплошная оптическая метка. Отверстие в переходном отверстии может образовать темную область или неравномерное отражение и помешать определению центра. Паста или контакт щупа также могут изменить поверхность тестовой точки. Если рассматривается альтернативный элемент, сборщик должен подтвердить его геометрию и распознавание на целевом оборудовании; нельзя считать его автоматически взаимозаменяемым с отдельным репером.
Сколько реперных знаков требуется на печатной плате для поверхностного монтажа?
Конкретную схему следует согласовать со сборщиком. Три разнесенные глобальные метки — распространенный вариант, но некоторые процессы допускают две. Необходимость панельных и локальных меток зависит от заготовки, оборудования и компонентов. Например, Newmatik рекомендует три глобальные метки и допускает минимум две в собственном процессе. Эта рекомендация относится к указанному поставщику и не является общим стандартом или обязательным количеством для любого изделия.
Должны ли реперные знаки иметь апертуры в слое трафарета для нанесения паяльной пасты?
Как правило, на слое паяльной пасты (GTP/GBP) репер должен оставаться закрытым. Наличие медной площадки на GTL/GBL и концентрированного окна в паяльной маске на GTS/GBS следует подтвердить по проекту и требованиям сборщика. Отверстие в трафарете может нанести пасту на метку и помешать распознаванию; проверьте данные CAM и утвердите необходимые изменения до их внесения.