La collocazione di punti di riferimento (Fiducial Marker) su PCB è ancora necessaria con le moderne capacità produttive?

 

Circa 10 anni fa, ho smesso di guardare film dell’orrore. In giovinezza mi piaceva davvero essere spaventato, ma quando ho iniziato la mia carriera ingegneristica ho iniziato ad interessarmi a genere d’azione e di fantascienza. Molto probabilmente ciò è dovuto al fatto che portavo la mia buona dose di storie dell’orrore al lavoro quando risultavano semplici errori in incubi di post produzione.

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Quando ho iniziato la mia carriera nella progettazione elettronica, i componenti con foro passante erano estremamente popolari e i componenti montati in superficie erano una vista rara. Quando QFP (Quad Flat Package) pacchetti di microcontrollori (MCU) divennero popolari, non avevo scelta se non migrare dalla vecchia impronta plastic leaded chip carrier (PLCC). Ciò perchè PLCC richiede una presa addizionale mentre QFP può essere montato sul PCB direttamente. Per quanto possa dire, fu solo questione di tempo prima che i produttori di chip smettessero di produrre MCU in contenitori PLCC in favore di QFP o contenitori simili.

Quando il mio fornitore di montaggio PCB mi inviò un’ email dicendo che non sarebbero stati capaci di mettere assieme la MCU sulle 200 schede di produzione che avevo ordinato, iniziò il mio incubo.. Essere abituato alle prese PLCC, che sono componenti con foro passante, non avevo bisogno di fornire punti di riferimento sul PCB. Sbagliando su questo significava che tutti i QFP che contenevano MCU con passo piccolo dovevano essere assemblati manualmente. 

Ciò rappresentava una più alta percentuale di schede rifiutate ed innumerevoli ore spese ad aggiustare errori derivanti dall’ imperfetta saldatura manuale. Da allora, per me è importante usare sempre punti di riferimento nelle mie progettazioni, anche se i miei fornitori mi dicono che hanno aggiornato le loro macchine per funzionare senza riferimenti.

Potresti finire in un disastro completo se escludi l’uso di punti di riferimento.

Cos’è Un Fiducial Marker e Come Aiuta in Produzione

In progettazione PCB, un fiducial marker è un pezzo di rame di forma tondeggiante che agisce come punto di riferimento per scegliere e collocare macchine d’assemblaggio. I fiducial marker in un PCB aiutano le macchine a riconoscere l’orientazione del PCB e la sua superficie montano componenti con contenitori che hanno piccoli passi come Quad Flat Package (QFP), Ball Grid Arrays (BGA) o Quad Flat No-Lead (QFN).

Ci sono due tipi di fiducial marker comunemente trovati in progettazioni di circuiti stampati: fiducial marker globali e fiducial marker locali. Fiducial marker globali sono riferimenti in rame posizionati sull’orlo del PCB che permette alla macchina di capire l’orientazione della scheda rispetto all’asse X-Y. Le macchine per il posizionamento usano anche il fiducial marker per compensare ogni disallineamento quando il PCB è livellato.

I fiducial marker locali sono riferimenti in rame che sono posizionati all’esterno dell’angolo di un contenitore quad di un componente montato in superficie. Usato per macchine d’assemblaggio per localizzare precisamente l’impronta (footprint) di un componente e riduce errori nel posizionamento del componente. Particolarmente importante quando hai componenti con ampi contenitori quad e passo fine.

Verifica sempre con il tuo produttore riguardo i requisiti per fiducial marker

Sono Necessari i Fiducial Marker (Punti di Riferimento) con la Moderna Tecnologia Produttiva?

Ho sempre progettato le mie schede a circuito stampato con fiducial marker sia globali che locali. In ogni caso, quando mi sono imbattuto in un articolo che spiegava la possibilità di evitare fiducial locali, ero affascinato. Aveva senso rimuovere i fiducial marker su piccoli PCB per massimizzare spazio per tracce di segnale.

Come risultato di progressi in nella tecnologia produttiva, fiducial marker locali possono essere omessi in certe condizioni. Su schede più piccole, moderne macchine d’assemblaggio possono posizionare componenti SMT usando solo punti fiducial globali. I fiducial marker possono anche essere omessi per componenti che hanno un passo più ampio. Per esempio, i componenti montati in superficie con passi sopra 1.0mm e sopra può essere posizionato accuratamente dai macchinari più recenti.

Detto ciò, è importante discutere la portata delle capacità delle macchine del tuo produttore prima di rimuovere fiducial marker nella tua progettazione. Ho imparato nella maniera peggiore che non tutti i produttori sono equipaggiati con macchine che sono alimentate dalle tecnologie più avanzate.  D’altra parte, i fiducial marker globali non dovrebbero mai essere omessi dalla tua progettazione. Anche se stai lavorando con alcune delle più avanzate capacità produttive. 

Le Migliori Pratiche per Usare Fiducial Marker nella tua progettazione PCB

Se vuoi ottenere il meglio dalla macchina d’assemblaggio, hai bisogno di avere il fiducial marker giusto. Ci sono poche importanti linee guida quando si tratta di posizionare fiducial marker nella tua progettazione.

  1. Il fiducial marker è fatto posizionando uno strato di rame non forato in una forma circolare. Il fiducial marker deve essere libero dalla maschera di saldatura.
  2. Le dimensioni ottimali di un fiducial marker dovrebbe essere tra 1 e 3 mm. Un’area di autorizzazione simile al diametro del marker deve essere rispettata.
  3. Per fiducial globali, 3 marker sono posizionati sull’orlo delle schede per la migliore precisione. Nel caso dove ci sia spazio insufficiente, è richiesto almeno 1 fiducial marker globale.
  4. Il fiducial marker deve mantenere una distanza di 0.3 pollici dall’orlo della scheda, escludendo l’area di autorizzazione del fiducial marker.
  5. Per un fiducial locale, piazza almeno due fiducial marker diagonalmente sul bordo esterno della superficie del componente montato.

Usare un software di progettazione professionale PCB, come Circuit Studio di Altium, un fiducial marker può essere posizionato inserendo un pad, cambiando la dimensione del pad a zero, e impostando i valori di diametro corretti.

Hai bisogno di maggiori consigli per posizionare fiducial marker nella tua progettazione? Contatta un esperto di Altium.

 

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