基准点(Fiducial)
基准点,亦称为 Mark 点或 Fiducial 标记,在装配工艺中扮演着至关重要的角色。它们为所有装配步骤提供了一组共同的、可测量的参考点,从而确保用于装配的设备能够精确地定位组件封装。在 SMT(表面贴装技术)生产中,基准点的作用尤为显著。简而言之,若 PCB(印刷电路板)上安装有表面贴装的组件,则必须设置 Mark 点,以便贴片机能准确地进行定位。
请参考IPC-SM-782A中的指南,了解IPC对Mark点的相关建议。Mark点大致分为两大类别:。
Mark 点可以分为两类:
- 全局 Mark 点(Global Fiducials)
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局部 Mark 点(Local Fiducials)
下面的图示将分别阐释全局Mark点、局部Mark点和拼板Mark点的具体内容:
进一步考虑到非线性失真(例如缩放、拉伸或扭曲)的情况,至少需要三个Mark点。这三个点应以三角形的形式布置,并确保它们彼此之间尽可能地远离。这样的布局有助于提高对非线性失真的校正效果。
Fiducial 设计规范
以下规范由 SMEMA 定义并得到了 IPC 的支持
- 形状
建议使用实心的圆,但也可以使用其他形状,如下图:
- 尺寸
基准点的直径应该介于最小1.0毫米(40 mil)和最大3.0毫米(120 mil)之间。重要的是,同一块PCB上的所有基准点的尺寸需要保持一致。因此,建议工程师在设计时统一所有基准点的直径为1.0毫米。 - 间距
Fiducial 周围的区域应保持空旷,这个空旷区域的半径至少需要是 Fiducial 半径的两倍(即2R,其中R代表Mark点的半径)。若条件允许,将空旷区域扩大至Mark点半径的三倍(3R)将有助于提高机器的识别效果,尽管这样会占用更多的PCB空间。重要的是,在这个空旷区域内不应存在任何物体,包括铜皮或丝印等元素。
- 材料要求
通常情况下,基准点应使用裸铜材质。若使用阻焊层,应确保这层阻焊不会覆盖到基准点周围的空旷区域。 - 表面平整度
基准点的表面平整度需要控制在15微米以下 - 边缘间距
基准点到 PCB 板边缘的距离必须至少为5毫米,这是考虑到机器夹持 PCB 的最小空间要求,同时还需符合上述提到的空旷区域间距规定。 - 对比度
为了实现最佳的机器识别效果,Mark点与PCB基材之间应具有高对比度。
Fiducial 的不良实例
常见的 Mark 点问题主要包括以下几种情况:位于距离板边太近的位置,导致机器无法正确识别;或者被V型切割槽切断;还有可能是由于丝印覆盖了周围的空旷区域,进而影响了机器的识别能力:
Fiducial 实际应用
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Mark点尺寸和间距:
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选择直径为1.0毫米的Mark点,并确保它们之间的间距为2R或3R。
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单板Mark点布局:
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在单个PCB板上,建议使用四个Mark点,分别放置在四个角上。不必过分考虑对称性,但要注意与板边的距离。
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如果PCB线路非常密集,可以考虑将Mark点放置在直插组件(如RJ45、USB接口)的下方。由于SMT装配过程通常在直插组件装配之前进行,这样的布局不会影响SMT阶段。
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拼板设计:
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对于拼接的PCB板,除了四个角的Mark点外,在主副工艺边上再增加四个Mark点。
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局部Mark点:
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考虑到当前的视觉检测技术,局部Mark点并不是必需的,但如果有足够空间,建议还是添加这些点,以增加布局的灵活性。
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KiCad 中应用
中间是一个直径为 1mm 的贴片焊盘,阻焊层扩展值设为 1 mm,即向外扩展 1mm,因此实际的开窗直径为 3mm(即3R)。
结束语