Home / Kennis / Elektronica / Correcte plaatsing van fiducials voor betrouwbare PCB-productie

Correcte plaatsing van fiducials voor betrouwbare PCB-productie

Geplaatst door Redactie Engineersonline

27 feb. 2023

5 minuten

Fiducials zijn belangrijke referentiepunten voor de productie en assemblage van printplaten. Deze in het PCB-ontwerp aangebrachte markeringen worden gebruikt om de productiemachines en de materialen zo nauwkeurig mogelijk uit te lijnen. Daarom zijn de geometrie en de plaatsing van de markeringen cruciaal voor de betrouwbaarheid van de PCB-productie. Bij het aanbrengen van enkele van deze markeringen op een printplaat komt echter meer kijken dan je op het eerste gezicht zou denken. Eurocircuits legt in dit eerste artikel in een serie over PCB-ontwerp voor productie uit waar je allemaal rekening mee moet houden voor het correct plaatsen van fiducials.

Tags:

hoekje PCB — Verschillende fiducials aan de randen van de peoductiepanelen.

Door: Saar Drimer, editor bij Eurocircuits

Voor het laten maken van een printplaat stuur je de fysieke weergave van de printplaat naar de fabrikant, meestal als Gerber-bestanden. Als het printje ook moet worden geassembleerd met componenten, moet je ook hun coördinaten en rotatie doorgeven. Daarvoor stuur je een Bill of Materials (BOM) en Component Placement List (CPL) mee, of gebruik je Gerber X3 waarin deze informatie al is opgenomen. De machines die automatisch de componenten plaatsen moeten aan de hand van deze informatie de eigenlijke fysieke plek op een paneel met een of meer printplaten erop vinden waar ze dan de component neerzetten.

Daarbij kan je de plaatsingsmachines op twee manieren helpen. Je kunt proberen het paneel met printplaten zeer nauwkeurig op de machine uit te lijnen, maar door mechanische en fabricagetoleranties werkt dat meestal niet betrouwbaar. Door markeringen op de printplaten of het paneel aan te brengen kan de machine zich hiermee uitlijnen. Dit is veel betrouwbaarder omdat het niet afhankelijk is van mechanische toleranties of vaardigheid van de operator.

Plaatsen van fiducials

De meest gebruikelijke fiducials op een PCB bestaan uit een rond gebied van blootgesteld koper en daar omheen soldeermasker met een verhouding van 1:2 of 1:3. De diameter van het koperpad is gewoonlijk ergens tussen 1 en 2 mm.

Aangezien wij bij Eurocircuits de fiducials vooral gebruiken voor de plaatsing van componenten, maken wij ze in hetzelfde proces als de footprints voor de componenten; dit moet gebeuren volgens IPC-7351B. Dit garandeert een betere pasnauwkeurigheid. Zeefdruk is hiervoor niet geschikt omdat de tolerantie meestal veel groter is. Daarna verwijderen we het soldeermasker om het contrast te verhogen en de lichtreflecties te verminderen, zodat ze gemakkelijk door de camera’s worden herkend.

Om ruimte te besparen is het handig om fiducials op dezelfde plaats aan beide zijden (top & bottom) van de printplaat te plaatsen, maar dit is geen productievereiste. Een fiducial aan één kant voorkomt dat een via of een through-hole component op die plaats wordt geplaatst, dus is het plaatsen van fiducials ‘bovenop’ elkaar plaatsbesparend.

Globale fiducials

Globale fiducials zijn de fiducials die het hele bord uitlijnen. Normaal plaatsen we er drie in de buurt van de hoeken van het bord, en zo ver mogelijk uit elkaar. Drie fiducials geven de machine zekerheid over de oriëntatie en kunnen ook compenseren voor uitrekken, schalen, verdraaien of kromtrekken tijdens het fabricage- en assemblageproces. Door de fiducials dicht bij de rand van het bord en ver uit elkaar te plaatsen, heb je wat dat betreft een optimale configuratie. Vier fiducials kunnen weer tot verwarring leiden als de machine stopt met kijken nadat hij er drie gevonden heeft en daardoor de oriëntatie verkeerd heeft.

Lokale fiducials

Lokale fiducials helpen de plaatsingsmachine nog verder door hem markeringen te geven in de buurt van componenten met een fijne pitch die beter moeten worden uitgelijnd dan andere componenten. Hier gebruiken we de fiducials voor uitlijning, hoewel ook rotatie-informatie kan worden geëxtraheerd, afhankelijk van het patroon. De IPC beveelt twee lokale fiducials aan die diagonaal van elkaar zijn geplaatst, dwars op de component. Lokale fiducials kunnen worden gedeeld tussen dicht bij elkaar gelegen componenten als de ruimte beperkt is.

Waar globale fiducials meestal nodig zijn, hangt de behoefte aan lokale fiducials af van de mogelijkheden van de plaatsingsmachines en van de grootte van het bord. Sommige machines hebben ze niet nodig en andere alleen voor grotere borden. Lokale fiducials kunnen vervelend zijn om te plaatsen, omdat ze op die kleine schaal veel ruimte innemen, meestal precies op de plaats waar we routes willen uitwaaieren weg van de component of een bypass-condensator willen plaatsen. Het is waarschijnlijk het beste om met de fabrikant te overleggen of lokale fiducials überhaupt helpen, of hoe klein je ze kunt maken.

Fiducials in de praktijk

Wanneer Eurocircuits niet alleen een printplaat maakt, maar deze ook assembleert met elektronische componenten, zijn er eigenlijk geen fiducials nodig op de printplaat. De reden: wij voegen onze eigen fiducials toe op het paneel waartoe de print behoort. Waar nodig gebruiken wij ook elementen op de PCB, zoals pads, als lokale fiducials. Wij raden toch aan drie fiducials te leveren voor het geval de PCB in de toekomst door andere fabrikanten zal worden geproduceerd en geassembleerd.

Een referentiepunt met een koperdiameter van 1,5 mm is in de meeste gevallen ideaal. Indien nodig kan hij ook worden verkleind tot een diameter van 0,6 mm. Je hoeft ons niet te vertellen welke kenmerken de vaste elementen zijn; ons proces vindt ze hoe dan ook. Alleen: fiducials mogen niet te dicht bij elkaar worden geplaatst en moeten, zoals gezegd, gewoon worden weggelaten als er geen ruimte meer is op de printplaat. We zullen andere referentiepunten vinden.

Ontwerpaanbevelingen voor fiducials, verklarende video’s en vele waardevolle tips voor een voor de productie geschikt ontwerp zijn vrij beschikbaar op het web: https://www.eurocircuits.com/pcb-assembly-guidelines-fiducials/