Vertailumerkit piirilevyllä: Täydellinen suunnittelu- ja sijoitteluopas

esittely

Vertailumerkit ovat pieniä, näkyviä kuparisia vertailupisteitä piirilevyllä, joita konenäköjärjestelmät käyttävät piirilevyjen kohdistamiseen SMT-asennuksen aikana. Ilman tarkkoja vertailupisteitä poiminta-ja-asettelukoneet eivät pysty kompensoimaan valmistuksen aikana syntyvää piirilevyn venymistä, pyörimisvirheitä tai sijainnin siirtymää. Tässä oppaassa selitetään, miksi vertailumerkit ovat tärkeitä, suositellut koot ja välykset sekä käytännön asettelusäännöt, jotka vähentävät sijoitteluvirheitä ja uudelleentyöstöä.

Mikä on viitemerkki?

Vertailumerkki on pyöreä, paljas kuparipinta, jota ympäröi esteetön juotosmaskin vapaa alue. Paljaan kuparin ja maskin välinen suurikontrastinen rajapinta mahdollistaa optisten tunnistusjärjestelmien tarkkojen XY-koordinaattien määrittämisen. Konenäkökamerat käyttävät vertailumerkkejä levyn siirtymän, kiertymisen ja skaalausvääristymän laskemiseen ennen komponenttien asettamista.

Vertailumerkkien ensisijaiset toiminnot

Vertailupisteillä on kolme kriittistä kohdistustoimintoa: sijainnin korjaus (kompensoi paneelien välistä vaihtelua), pyörimiskorjaus (kulmavirheen säätö levyn lataamisen aikana) ja skaalauskompensaatio (ottaen huomioon laminoinnin aikana lämpö- tai mekaanisesta rasituksesta johtuvat mittamuutokset).

Vertailumerkkien tyypit ja niiden sovellukset

Globaalit luottotiedot

Globaalit vertailupisteet tarjoavat koko piirilevyn vertailupisteitä. Kolmeen ei-kollineaariseen kohtaan (yleensä kolmionmuotoon) sijoitetut pisteet mahdollistavat sijoittelukoneelle sijainnin, kierron ja skaalauksen samanaikaisen laskemisen. Jokaisessa automaattisesti kokoonpanoa vaativassa piirilevyssä tulisi olla vähintään kaksi globaalia vertailupistettä, vaikka kolmea suositellaan vahvasti.

Paikalliset luottamushenkilöt

Paikalliset vertailupisteet sijoitetaan hienojakoisten komponenttien, kuten BGA:iden ja QFP:iden, viereen, joiden lähtöväli on alle 0.5 mm. Nämä tarjoavat paikallisen korjauksen, joka ylittää globaalien vertailupisteiden saavutukset, ottaen huomioon mikroskooppisen vääntymisen tai venymisen tiheästi sijoitetuilla alueilla. Paikalliset vertailupisteet lisätään, kun komponenttien jakoväli laskee alle 0.5 mm tai kuulan halkaisija on alle 0.3 mm.

Paneelin vertailuarvot

Paneelien vertailumerkit sijaitsevat ryhmätasolla yksittäisten piirilevyjen sijaan. Ne on sijoitettu irrotettaville kiskoille tai paneelin kulmiin ja ne ohjaavat sekä SMT:n sijoittelua että purkauslaitteita. Paneelien vertailumerkit varmistavat yhdenmukaisen kohdistuksen kaikissa ryhmässä olevissa piirilevyissä sekä kokoonpano- että erotusprosessien aikana.

Keskeiset suunnitteluparametrit ja suositellut arvot

Oikeat vertailumerkkien mitat vaikuttavat suoraan tunnistuksen luotettavuuteen. Alla oleva taulukko esittää yhteenvedon alan hyväksymistä spesifikaatioista:

Miksi nämä arvot ovat tärkeitä

Maskin välyssuhde varmistaa riittävän kontrastin kuparin ja sitä ympäröivän laminaatin välillä. Kun välys laskee alle 2 × vertailusäteen, lähellä olevat jäljet ​​tai maskin reunat voivat häiritä reunantunnistusalgoritmeja. 3.35 mm:n reunavälys mahdollistaa mekaanisten työstöalueiden käytön ja estää vertailuosien vaurioitumisen paneelin poiston aikana.

Vertailumerkkien sijoittelusäännöt ja parhaat käytännöt

Globaali luottamussijoitus

Aseta globaalit vertailupisteet piirilevyn kolmeen kulmaan muodostaen epäsymmetrisen kolmion. Vältä vertailupisteiden sijoittamista irrotettaville kielekkeille, lähelle irrotettavia perforointeja tai mekaanisten kiinnitysalueiden sisäpuolelle. Vertailupisteiden välinen maksimaalinen etäisyys parantaa kulmatarkkuutta kiertymän kompensoinnissa.

Paikallinen luottamussijoitus

Aseta paikalliset vertailumerkit 5 mm:n säteelle hienojakoisista komponenttien liitoskohdista siten, että vapaat alueet eivät sisällä kuparia, silkkipainoa tai juotosmaskeja. BGA-liittimien tapauksessa aseta kaksi paikallista vertailumerkkiä vinosti vastakkaisiin kulmiin. Pidä vähintään täysi vapaa etäisyys vierekkäisistä kuparikoongelmista.

Paneelin sijoitusperusteinen sijoittelu

Paneelin viitemerkkien tulisi näkyä matriisikehyksen kaikissa neljässä kulmassa tai vastakkaisilla kiskoilla. Irrotettavia kiskoja käytettäessä viitemerkit on sijoitettava vähintään 5 mm:n etäisyydelle V-urasta tai kielekkeellä jyrsitystä reunasta. Varmista, että jokainen alilevy säilyttää pääsyn joko omiin viitemerkkeihinsä tai jaettuihin paneelin viitemerkkeihin koko kokoonpanoprosessin ajan.

Vältettävät alueet

Pidä vertailumerkit poissa työkalurei'istä, kiinnitysrei'istä, V-urista ja muista mekaaniselle rasitukselle alttiista alueista käsittelyn aikana. Älä aseta vertailumerkkejä alueille, jotka irtoavat paneelin poiston aikana.

Valmistus- ja kokoonpanonäkökohdat

Pinnan viimeistelyvaatimukset

Vertailumerkit vaativat korkeaa heijastavuutta pintakäsittelyt optimaalisen kameran tunnistuksen saavuttamiseksi. HASL, ENIG ja immersiotina tarjoavat kaikki riittävän kontrastin. OSP-viimeistelyt toimivat, mutta niiden tunnistusnopeus voi heikentyä, jos hapettumista tapahtuu. Varmista, että pinnan paksuus pysyy tasaisena kaikissa vertailukohdissa – yli 5 μm:n vaihtelut voivat vaikuttaa reunan terävyyteen.

Juotosmaskin ja sapluunan vuorovaikutus

Vertailumerkkien on pysyttävä täysin vapaina juotosmaskin peitteestä. Määrittele vertailumerkit juotosmaskin aukoiksi CAD-kirjastossasi vahingossa tapahtuvan peittymisen estämiseksi. Sapluunan aukkojen tulisi sulkea pois vertailupisteet kokonaan – vertailumerkkien pinnalle kertyneet liisterikertymät heikentävät tunnistustarkkuutta.

Näköjärjestelmän vikojen vianmääritys

Yleisiä tunnistusongelmia aiheuttavat kontaminaatio (fluksijäämät, käsittelyöljyt), hapettuminen (erityisesti OSP-viimeistelyissä), epätasaiset maskin reunat (repeäiset tai väärin kohdistetut aukot) ja epätasainen pinnoitus. Tarkasta vertailulevyt suurennoksella, jos sijoituskoneet raportoivat toistuvia kohdistusvirheitä. Puhdista piirilevyt IPA:lla, jos epäilet kontaminaatiota.

Paneelin vertailumerkkien huomioitavaa

Alalautakunnan luottamushenkilöiden pidättäminen

Kun panelointilevyt, varmista, että jokainen alilevy säilyttää toiminnalliset vertailumerkit paneelin purkamisen jälkeen. Jos paneelin asettelussa poistetaan alkuperäiset levyn vertailumerkit irrotettavan kiskon mukana, lisää levyn ääriviivojen sisään tarpeettomat vertailumerkit, jotka kestävät erottamisen.

Valmistajakohtaiset vaatimukset

Eri EMS-palveluntarjoajat määrittelevät erilaisia ​​​​paneelien vertailupisteiden sijainteja. Jotkut vaativat vertailupisteitä paneelin rungon kaikissa neljässä kulmassa; toiset hyväksyvät vastakkaiset parit. Vahvista vaatimukset kokoonpanokumppanisi kanssa ennen paneelin asettelun lopullista päättämistä. Kiskoon asennettavien vertailupisteiden tulee olla vähintään 2 mm kiskon reunan sisäpuolella, jotta vältetään laitteiden käsittelystä aiheutuvat vauriot.

Yleisiä viitemerkkivirheitä

Virhe 1: Alikokoiset tai peitetyt vertailuarvot

Alle 0.8 mm:n kokoiset tai juotosmaskin osittain peittämät vertailupisteet vikatunnistustesteissä. Konenäköjärjestelmät vaativat tietyn vähimmäispikselimäärän luotettavaa reunantunnistusta varten. Tarkista aina maskin aukot Gerber-tulosteesta ennen valmistuksen julkaisua.

Virhe 2: Reunan läheisyysrajoitukset

Jos vertailupisteet on sijoitettu alle 3 mm:n päähän levyn reunoista, jyrsintäterät tai V-uurretut terät voivat vahingoittaa niitä. Tämä virhe tapahtuu usein, kun levyn kokoa muutetaan suunnittelusyklin loppuvaiheessa ilman vertailupisteiden uudelleensijoittamista.

Virhe 3: Epäjohdonmukaiset mitat

Vertailumerkkien halkaisijoiden sekoittaminen (esim. 1.0 mm globaalisti ja 1.5 mm paikallisesti) hämmentää kuvionyhdistämisalgoritmeja. Säilytä yhdenmukaiset mitat kaikille vertailumerkeille yhdellä levyllä tai paneelilla.

Virhe 4: Vapaan alueen rikkomukset

Silkkipainoteksti, logot tai jälkien reititys maskin vapaassa tilassa heikentää reunojen kontrastia. Suunnittelusääntöjen tulisi käsitellä vapaan paikan ylitykset DRC-virheinä.

Virhe 5: Paneelin irtoamisvaurio

Jyrsittyjen liitosten päälle tai niiden lähelle sijoitetut vertailumerkit voivat vaurioitua paneelien purkamisen aikana. Varmista vertailumerkkien säilyminen irrottamisen jälkeen tarkistamalla paneelien reititysreitit.

DRC ja suunnittelun tarkistuslista vertailumerkeille

Käytännön DRC-säännöstö auttaa varmistamaan, että vertailumerkit ovat aina valmistettavissa ja koneellisesti luettavissa:

• Vertailuhalkaisijan on oltava 1.0–3.0 mm, sisäisellä halkaisijan toleranssilla ≤ 25 μm.

• Juotosmaskin välyksen on oltava vähintään 2 × vertailusäde.

• Vertailupisteen ja piirilevyn reunan välisen vähimmäisetäisyyden (mukaan lukien välysalue) on oltava ≥ 3.35 mm.

• Jokaisen piirilevyn on sisällettävä vähintään kaksi globaalia vertailuarvoa, Kun taas kolmella tarjoaa vakaamman kohdistuksen.

• Paikalliset luottamushenkilöt vaaditaan sisällä 5 mm minkä tahansa komponentin nousu < 0.5 mm.

• Kupari-, silkkipaino- tai juotosmaskipiirteitä ei välttämättä näy vapaan alueen sisällä.

Näiden kriteerien soveltaminen EDA DRC -asetuksissa varmistaa piirilevyjen yhdenmukaisen kohdistussuorituskyvyn käytön aikana. SMT kokoonpano.

Asiakastapaukset

Onnistunut toteutus

Teollisuusautomaatioon tarkoitettu nelikerroksinen ohjauskortti sisälsi kolme 1.0 mm:n globaalia vertailupistettä L-kuviossa ja kaksi paikallista vertailupistettä 0.4 mm:n jakovälin omaavan BGA-levyn vieressä. Ensimmäisen kierroksen saanto ylitti 99.7 % 10 000 yksikön yli. Suunnittelussa käytettiin 3.0 mm:n maskiväliä ja 4.0 mm:n reunaväliä, mikä tarjosi vähimmäisvaatimuksia suuremman marginaalin.

Vika-analyysi

Kuluttajakäyttöön tarkoitetun IoT-laitteen prototyypin kehitystyössä 15 % sijoitteluvirheistä johtui vertailupisteiden tunnistusvirheistä. Tutkimuksessa paljastui, että 0.8 mm:n vertailupisteillä oli vain 1.5-kertainen säde ja että OSP-viimeistely oli hapettunut varastoinnin aikana. Uudelleenkehräys 1.0 mm:n vertailupisteillä, ENIG-viimeistelyllä ja 2.5-kertaisella välyksellä poisti kaikki tunnistusvirheet.

Yhteenveto

Vertailumerkit ovat olennaisia ​​automatisoidulle PCB -kokoonpano tarkkuus. Oikea toteutus vaatii huomiota halkaisijan valintaan, välyssuhteisiin, sijoitusgeometriaan ja pinnanlaadun tasaisuuteen. Ajan panostaminen oikeaan vertailupisteiden suunnitteluun estää kalliita uudelleentöitä ja saantohäviöitä loppupäässä. Suunnittelutiimeille, jotka etsivät luotettavaa valmistusta ja kokoonpanoa, validoitujen vertailupisteiden spesifikaatioiden tulisi olla osa jokaista suunnittelun tarkistuslistaa. 

Usein Kysytyt Kysymykset

Tarvitsenko vertailumerkkejä yksipuolisille levyille?
Kyllä. Jopa yksipuoliset piirilevyt hyötyvät vertailumerkeistä käytettäessä automaattista SMT-sijoittelua. Ilman vertailumerkkejä koneet luottavat yksinomaan piirilevyn reunan tunnistukseen, mikä lisää sijainnin epävarmuutta.

Minkä kokoista vertailusiipeä minun pitäisi käyttää 0.5 mm:n jakovälin BGA:lle?
Käytä halkaisijaltaan 1.0 mm:n vertailupisteitä, joiden säde on vähintään 2 × maskin välys. Lisää kaksi paikallista vertailupistettä BGA-jalanjäljen diagonaalisiin kulmiin globaalien vertailupisteiden lisäksi.

Kuinka monta viitehenkilöä paneeli tarvitsee?
Paneeleissa tulisi olla viitemerkit vähintään kahdessa kehyksen vastakkaisessa kulmassa, vaikka neljän kulman sijoittelu on suositeltavaa. Jokaisen alilevyn tulisi myös säilyttää omat globaalit viitemerkkinsä paneelien purkamisen jälkeen.

Voidaanko silkkipainoa käyttää viitemateriaalina?
Ei. Silkkipainosta puuttuu konenäön edellyttämä heijastavuus ja mittatarkkuus. Vain paljas kupari, jossa on asianmukainen pintakäsittely, tarjoaa luotettavan tunnistuksen.

Mikä aiheuttaa luottamustunnistuksen epäonnistumisia?
Yleisiä syitä ovat hapettuminen, kontaminaatio, liian pienet välykset, maskin tunkeutuminen ja epätasainen pinnoitteen paksuus. Puhdista piirilevyt ja tarkista maskin aukot, jos vikoja esiintyy.