Poprawna nazwa to „fiducial" (po polsku znacznik lub znak referencyjny); w tytule artykułu występuje zapis „fideucial", który jest błędnym zapisem tego samego pojęcia. Fiducial to miedziany punkt o znanym położeniu na płytce lub panelu, który kamera automatu SMT znajduje, aby ustalić położenie, obrót i skalę płytki, zanim położy elementy. Poniżej: rodzaje znaczników, typowe rozmiary i strefy wolne, zasady dla paneli i płytek dwustronnych oraz przykład obliczenia, dlaczego znaczniki warto rozstawić daleko od siebie.
Do czego służy fiducial
Płytka po wsunięciu do automatu nie leży idealnie: jest przesunięta, lekko obrócona, a po obróbce termicznej bywa minimalnie odkształcona. Kamera mierzy położenie znaczników i na tej podstawie automat koryguje współrzędne wszystkich elementów: przesunięcie w osiach X i Y, obrót, a przy trzech znacznikach także skalę i skręcenie. Bez znaczników automat polega na otworach pozycjonujących i krawędziach, co jest mniej dokładne. Fiducial nie jest elementem elektrycznym i nie wpływa na działanie układu.
Znaczniki globalne i lokalne
| Rodzaj | Gdzie | Zadanie |
|---|---|---|
| Globalne (panelowe) | Na szynach panelu lub w rogach płytki, najlepiej co najmniej 3, rozmieszczone asymetrycznie | Ustalenie położenia, obrotu i skali całego panelu lub płytki. |
| Lokalne | Blisko elementu o drobnym rastrze (dwa po przeciwległych narożnikach, czasem jeden) | Dokładne ustawienie pojedynczego elementu, np. QFP, BGA, CSP, niezależnie od błędów skali płytki. |
| Znaczniki na drugiej stronie | Na stronie, na której montuje się elementy | Każda strona z elementami SMT ma własny komplet. |
Lokalne znaczniki dodaje się zwykle przy elementach o drobnym rastrze wyprowadzeń; próg (często rzędu 0,5-0,65 mm) określa montażysta i zależy od możliwości jego linii. Przy małych płytkach i elementach o dużym rastrze wystarczają zwykle znaczniki globalne. Zakres montażu opisuje strona montaż PCB, a rolę automatów artykuł o montażu SMT.
Wymiary i strefa wolna
| Parametr | Typowa wartość | Uwaga |
|---|---|---|
| Kształt | Koło pełne (miedź) | Kamery rozpoznają najpewniej koło; inne kształty tylko po uzgodnieniu. |
| Średnica miedzi | Zwykle ok. 1,0 mm, w praktyce 1-3 mm | Wszystkie znaczniki na płytce o tej samej średnicy. |
| Otwarcie w masce / strefa wolna | Średnica ok. 2 × średnica znacznika (czasem 3 ×) | W strefie nie ma maski, opisu ani miedzi, aby kamera widziała kontrast. |
| Odległość od krawędzi płytki | Zwykle nie mniej niż kilka mm (często ok. 3-5 mm) | Chwyt transportera i strefa narzędzi; wartość ustala montażysta. |
| Wykończenie powierzchni | Płaskie, jednolite, bez utlenienia | Zbyt nierówna powierzchnia daje odbicia i błędy rozpoznania. |
Są to wartości orientacyjne z praktyki montażowej. Wytyczne IPC dotyczące wzorów pól lutowniczych i danych do montażu zawierają zalecenia dla znaczników, lecz wiążące są wymagania wykonawcy montażu i parametry jego urządzeń, więc pobierz je przed zakończeniem projektu. Pole znacznika projektuje się jako pole bez otworu, nie jako przelotkę ani element opisu.
Panele i zasady rozmieszczenia
- Co najmniej trzy znaczniki globalne na narożach panelu lub płytki, z których jeden jest przesunięty (układ asymetryczny). Pozwala to automatowi odróżnić położenie właściwe od obróconego o 180° i wykryć skalę.
- Płytki dwustronne: nie powielaj symetrycznie położenia znaczników na obu stronach tak, aby po odwróceniu płytki układ wyglądał identycznie; asymetria chroni przed błędną orientacją.
- Szyny panelu: znaczniki umieść na szynie, a nie na płytce użytkowej, jeśli szyny zostaną usunięte po montażu; zachowaj zgodność z układem panelu (panelizacja PCB i rozmiar panelu).
- Płytki elastyczne: znaczniki umieszcza się na usztywnieniu lub w strefie płaskiej i zgłasza do montażysty, bo giętka płytka jest mocowana na nośniku; zob. elastyczne PCB.
- Brak zakłóceń: pod znacznikiem nie powinno być ścieżek ani wylewek, które zmienią kontrast tła (zależnie od wymagań montażysty); ostrożnie z odbiciami od błyszczącej powierzchni.
Przykład założeniowy: rozstaw znaczników a błąd obrotu
Panel 200 × 150 mm, znaczniki globalne w punktach (5, 5), (195, 5) i (195, 145) mm; brak czwartego narożnika sprawia, że układ jest asymetryczny. Kamera mierzy położenie każdego znacznika z błędem ±0,01 mm. Rozstaw skrajnych znaczników po przekątnej: √(190² + 140²) = √55 700 ≈ 236 mm.
- Błąd kąta obrotu: ok. (0,01 + 0,01) / 236 ≈ 8,5·10⁻⁵ rad, czyli około 0,005°. W odległości 100 mm od środka obrotu daje to błąd położenia 100 · 8,5·10⁻⁵ ≈ 0,0085 mm.
- Gdyby kąt wyznaczano z dwóch lokalnych znaczników oddalonych o 20 mm: (0,01 + 0,01) / 20 = 1·10⁻³ rad, a błąd w odległości 100 mm wynosiłby 0,1 mm, czyli około 12 razy więcej.
- Skala: jeżeli panel o długości 200 mm odkształci się o 0,05 % (założenie), to różnica wynosi 200 · 0,0005 = 0,1 mm. Dla elementu o rastrze 0,5 mm i polach o szerokości rzędu 0,3 mm taki błąd zajmuje większość dopuszczalnego marginesu przesunięcia, więc kompensacja skali przez co najmniej trzy znaczniki ma znaczenie.
Wniosek: znaczniki globalne rozmieszczaj jak najdalej od siebie; lokalne służą do dokładnego wyrównania elementu o drobnym rastrze w jego bezpośrednim sąsiedztwie, a nie do wyznaczania obrotu całej płytki. Wartości błędów kamery i odkształceń są tu założone, a rzeczywiste zależą od linii montażowej i materiału.
Typowe błędy
- Maska lub opis na znaczniku: zmniejsza kontrast; otwarcie w masce musi obejmować całe pole i strefę wolną.
- Znaczniki symetryczne: płytka obrócona o 180° może zostać uznana za prawidłową; asymetria rozwiązuje problem.
- Różne średnice na jednej płytce: utrudnia programowanie i zwiększa ryzyko błędnego rozpoznania.
- Znacznik zbyt blisko krawędzi lub przy otworze mocującym: zasłonięty przez uchwyt lub uszkodzony przy obróbce.
- Silne światło kierunkowe i błyszcząca powierzchnia: mogą powodować odbicia; rozwiązanie wymaga ustawienia oświetlenia na linii, nie projektu płytki.
- Brak znaczników na stronie z elementami SMT: każda strona z montażem automatycznym musi mieć własne.
Ogólne omówienie przydatności znaczników we współczesnym montażu znajdziesz w materiale Altium. Przebieg wytwarzania płytki, w którym powstaje miedź znaczników, opisuje artykuł o fabrykacji PCB.
Lista kontrolna przed wysłaniem plików
- Co najmniej trzy znaczniki globalne na każdej stronie z elementami SMT, w układzie asymetrycznym.
- Jednakowa średnica, pełne koło, bez maski i opisu w strefie wolnej.
- Znaczniki lokalne przy elementach o drobnym rastrze według wymagań montażysty.
- Znaczniki na szynie panelu (jeśli panel jest używany) oraz uzgodniony układ i rozmiar panelu.
- Potwierdzone z montażystą: średnica, strefa wolna, odległość od krawędzi i rodzaj wykończenia.
Czego nie zweryfikowano: wymagań konkretnego montażysty (wartości w tabeli są typowe, nie obowiązkowe), numerów punktów norm IPC, dokładności kamer i odkształceń konkretnego panelu; przykład obliczeniowy jest założeniowy.
