Design PCB Fiducial : Objectif, Placement et Bonnes Pratiques

Les circuits imprimés (PCB) sont un composant vital de la plupart des appareils électroniques et électriques. C'est pourquoi les designers doivent réussir leur design PCB. Pour ce faire, ils ajoutent des points de référence au design. Ces points aident à maintenir la bonne orientation.

Le but des marqueurs fiduciaux est de fournir des points de référence pour les systèmes d'imagerie. Malheureusement, de nombreux designers débutants n'ont pas de connaissances approfondies sur les repères fiduciaux. C'est pourquoi nous avons préparé ce guide complet sur les marqueurs fiduciaux PCB. Continuez votre lecture pour en apprendre davantage.

(PCB Fiducial en vue 2D)

1. Qu'est-ce qu'un PCB Fiducial ?

Le terme « fiducial » désigne un point de référence fixe pour la comparaison. Les marqueurs fiduciaux sont des marques de surface utilisées comme mesures directionnelles pour les systèmes d'indexation.

Dans l'industrie de l'assemblage électronique automatisé, les marqueurs fiduciaux fonctionnent comme des marques d'alignement aidant les systèmes d'indexation à orienter le PCB dans le bon sens et la bonne inclinaison. Ces caractéristiques permettent au système de vision d'insérer les composants sur les circuits avec précision.

Les marqueurs fiduciaux PCB sont un aspect vital de tout le processus automatisé. Une seule erreur dans la localisation de la carte ou du circuit peut causer un désastre d'automatisation.

Le marqueur fiducial se compose de 3 parties :

• Anneau de cuivre solide sur la couche de cuivre supérieure ou inférieure
• Le cercle dans le masque de soudure = cible à aligner
• Étiquette texte optionnelle sur le côté

(Illustration des marques fiduciales)

2. Les Repères de Nos Marqueurs Fiduciaux PCB Courants

Il y a trois repères principaux des marqueurs fiduciaux PCB courants. Examinons ces repères et leur placement sur la carte.

Premier Repère (First Datum)

Aide les machines de montage à reconnaître la position du PCB dans l'espace. Utilise généralement les dimensions X et Y.

Second Repère Fiducial

Aide la machine à reconnaître l'orientation du PCB et révèle son inclinaison dans les pinces. Même une légère rotation peut ruiner l'assemblage complet. Les marqueurs fiduciaux empêchent cela. La machine mesure l'angle de rotation au plus près de 0,01° et compense tous les placements en conséquence.

Le Troisième Repère

Assiste la machine de montage pour compenser les rétractions et étirements du PCB. Sur de longues distances, les PCB peuvent varier légèrement. Il est essentiel d'identifier ces variations sur les grands PCB, qui subissent plus d'étirement/rétraction que les petits.

En assemblage CMS double face, la refusion du premier côté au four peut causer étirement, rétraction, courbure ou flexion. Un troisième repère fiducial compense cela.

3. Pourquoi le PCB Fiducial est-il si Important ?

Les marqueurs fiduciaux sont essentiels pendant l'assemblage PCB par machines pick-and-place. Dans tout processus automatisé, la précision est vitale. Les machines doivent connaître l'emplacement exact de la carte et où placer les composants. Les marqueurs fiduciaux assurent que l'orientation de la carte est dans la bonne direction et alignement. Grâce à des caméras haute technologie, les machines d'assemblage localisent la position précise de la carte. Le processus nécessite plusieurs marques fiduciales dans un motif irréversible.

(L'utilisation de PCB fiducial est essentielle)

4. Quand Utiliser un PCB Fiducial ?

Assemblage en Grande Série et Petit Lot

Les marques fiduciales sont cruciales pour le BOM (Bill Of Materials) de gros volume d'un PCB monté sur carte. Elles assurent le placement correct et l'enregistrement des pièces ; l'assemblage de faible volume n'exige pas nécessairement ces marques. Cependant, utiliser des caractères fiduciaux est toujours une excellente idée, que vous soyez assembleur gros ou petit volume. Bien sûr, si vous placez vos pièces manuellement, les marques PCB sont entièrement inutiles.

5. La Technologie de Fabrication Moderne Exige-t-elle des Marques de Référence ?

La réponse simple est oui. Les marqueurs fiduciaux jouent un rôle vital dans le WellPCB d'aujourd'hui. WellPCB vous fournira un service complet et des produits de haute qualité. Envoyez-nous les documents nécessaires et obtenez un devis immédiatement ! Nous avons dix ans de technologie de fabrication PCB. Généralement, deux types de caractéristiques fiduciales :

• Marqueurs fiduciaux globaux : Distinguent le motif de circuit et la référence PCB panneau. Trois basés sur système de grille, point de référence en bas à gauche (0,0), les deux autres sur axes X et Y positifs.
• Marqueurs fiduciaux locaux : Positionnement exigeant une précision supérieure pour composants individuels.

Selon la taille de vos PCB, vous pouvez inclure ou omettre les marqueurs fiduciaux locaux. Pour petits PCB, les designers peuvent oublier les locaux pour augmenter l'espace pour traces de signal. Les machines d'assemblage utilisent alors les points fiduciaux globaux pour placer les composants CMS.

Autre cas d'omission des marqueurs locaux : composants CMS à pas large (≥ 1 mm). Les machines récentes n'ont pas besoin de marqueurs fiduciaux régionaux pour les placer.

(PCB avec marqueurs fiduciaux globaux et locaux)

6. Précautions pour l'Utilisation de PCB Fiducial dans le Design PCB

Principes de base du design fiducial PCB

Pour les meilleurs résultats en assemblage machine, les designers doivent réussir les marqueurs fiduciaux. Cette section discute quelques directives essentielles pour placer les marqueurs fiduciaux dans votre design.

1. Maintenez une forme circulaire pour la couche de cuivre non forée. Gardez les marqueurs fiduciaux exempts de masque de soudure.
2. Taille optimale : 1 à 3 mm. Zone de dégagement similaire au diamètre du marqueur.
3. Pour marqueurs globaux : placez trois marqueurs sur les bords de la carte pour meilleure précision. Si espace insuffisant, au moins un marqueur global.
4. Distance minimale 0,3 pouces (7,62 mm) du bord de la carte (hors zone de dégagement du marqueur).
5. Pour marqueurs locaux : placez au moins deux marqueurs fiduciaux en diagonale sur les plans de bord du composant CMS.

(Image design fiducial PCB)

Optimiser le Design Fiducial

Quatre facteurs à considérer pour concevoir vos marqueurs fiduciaux :

La Forme : Comment apparaîtront vos marqueurs ? Certaines machines reconnaissent carrés, losanges, sablier. D'autres non. Mieux vaut rester sur marques circulaires, universellement reconnues.

La Taille : Les marqueurs fiduciaux peuvent avoir diverses tailles. En moyenne, les pads mesurent 1–3 mm. Cette taille facilite la reconnaissance par caméra et équipement.

La taille du marqueur fiducial sur le même PCB ne doit pas dépasser 25 µm. Nous recommandons que la taille minimale de la zone de dégagement soit deux fois le rayon de la marque centrale.

(Taille standard recommandée)

Matériau : Le pad fiducial doit être du même matériau que le reste de la carte. Sans masque de soudure ni sérigraphie couvrant les marqueurs.

Découpe / Dégagement : Espace approprié autour du pad vital. L'espace ouvert facilite la détection des marqueurs par la caméra sans interférence. Diamètre du dégagement ≥ 2x taille du pad. Forme indifférente (circulaire ou carrée).

7. Problèmes dans le Design de PCB Fiducial

Comme tout processus d'assemblage PCB, des problèmes peuvent survenir lors du design des fiduciaux :

7.1 Déviation de Position

Si les fiduciaux des deux faces sont en motif symétrique, la machine d'assemblage peut ne pas détecter l'erreur d'un placement à 180° sur une carte inversée. Pourquoi ? En retournant la carte à 180° en sens inverse, les marques fiduciales symétriques échangent leurs places et trompent la machine optique de la ligne d'assemblage. Pire : la ligne continue de placer les composants à tort sans alarme. Résultat : PCB défectueux, perte de temps, argent, matériaux, ressources.

7.2 Lumière Directe Provoquant des Reflets

Autre problème majeur : lumière directe dure de la vision supérieure créant des reflets qui perturbent la détection. Cause : surface de soudure inégale créant des ombres.

Solution : réduire les niveaux de lumière. Si insuffisant, programmer le fiducial avec un décalage de détection dans une direction. L'angle diffuse alors la lumière.

7.3 Avez-vous Besoin de Marques Fiduciales des Deux Côtés du PCB ?

L'importance des marqueurs fiduciaux sur un design PCB est incontestable. Avec composants CMS des deux côtés, placez des marqueurs fiduciaux des deux côtés. Assurez-vous qu'aucun masque de soudure ne couvre les marqueurs : le système de vision doit les trouver facilement. Un masque par-dessus ne fait que compliquer la tâche.

Résumé :

Le placement des marqueurs fiduciaux PCB est une partie critique du WellPCB. WellPCB vous fournira un service complet et des produits de haute qualité. Envoyez-nous vos documents pour un devis immédiat ! Nous avons dix ans de processus de fabrication PCB. La façon dont vous faites le travail peut faire la différence entre une ligne d'assemblage fluide et une situation nécessitant des ajustements constants. Prenez le temps d'incorporer correctement les fiduciaux dans vos designs, même si votre fournisseur dit que ses machines fonctionnent sans. En cas de besoin de retravailler vos plans ou tester le produit final, ces marqueurs s'avéreront bénéfiques.

Voulez-vous en savoir plus sur les marqueurs fiduciaux ? WellPCB offre un accompagnement professionnel et des suggestions innovantes pour vos designs. Nos experts peuvent aussi fournir des solutions PCB personnalisées. En savoir plus sur les défauts et solutions probables aux problèmes PCB ? Contactez-nous aujourd'hui pour une coopération profondément satisfaisante.