基準點在 SMT 鋼網對位中的角色
1 分鐘
- 什麼是基準點標記，它如何運作？
- 基準點標記的類型：
- 基準點的擺放位置：
- 基準點標記的結構：
- PCB 設計中使用基準點標記的準則
- 機器如何使用基準點標記？
- 結論：
許多從事量產 PCB 設計的電路板設計師，對基準點（fiducials）應該都不陌生。自動化影像設備利用基準點來量測板子的方向與角度偏移，協助精準地組裝與放置元件。雖然 PCB 上其他位置也能看到基準點，但它們的擺放位置至關重要。
PCB 是印刷電路板，設計目的就是透過取放設備與自動化鋼板印刷進行組裝。此外，基準點也能擺放在面板或鋼板上，兩者皆用於電腦視覺系統的旋轉對位。設計師通常應遵循眾所周知的 PCB 基準點規範，但面板與鋼板呢？我們將在準備電路板進入量產時，檢視它們的擺放方式。了解更多：如何運用雷射製造 PCB。
什麼是基準點標記，它如何運作？
基準點標記通常是一個圓形焊墊或其他裸露銅面，外圍環繞一圈淨空區。它作為自動化設備（包括取放機）的參考點，也用於 PCB 鋼板的對位，確保元件能精準地放置在板子上。
在組裝過程中，電腦視覺系統會尋找基準點標記並利用其位置來對齊 PCB 與元件。對表面黏著技術（SMT）元件而言，基準點標記特別有用。建議在細間距封裝（如 BGA、QFN、QFP）旁擺放標記。
基準點標記的類型：
PCB 設計中常見的基準點標記有兩種：
- 全域基準點標記
- 局部基準點標記
全域基準點標記：通常又稱面板基準點，擺放在將多片 PCB 固定在一起進行組裝的拼板軌道上，或靠近 PCB 角落的位置。
局部基準點標記：通常比全域基準點小，擺放在走線複雜或元件密度高的區域。組裝機可利用局部基準點標記精準判斷元件封裝，並降低基準點擺放錯誤。
一般而言，三點網格系統至少要有兩個全域基準點標記，分別位於左上角與右下角。
基準點的擺放位置：
1. 在 PCB 上：
眾所周知，基準點應擺放在 PCB 上。通常沿板邊放置，靠近固定孔（因為固定孔通常位於板角）。在 PCB 上的擺放方式如下：
- 全域基準點：通常位於 PCB 的左下、右下與右上角。
- 局部基準點：位於某些高密度元件旁，通常銅徑 1 mm，防焊開口直徑 2–3 mm。
2. 在面板上：
當板子進入製程流程時，基準點通常擺放在面板上，為整個面板提供方向量測。與 PCB 類似，面板基準點通常靠近板邊的基準孔周圍。
面板基準點的尺寸可與標準板級基準點相同。但由於板子在面板內的排列方式，面板基準點僅用於面板本身。當每片板子從面板分離後，仍會有自己的標記以確保對位。
3. 在鋼板上：
焊膏鋼板也必須與 PCB 的參考邊或參考點精準對齊。鋼板與面板、PCB 用途相同，也可包含基準點。全域基準點在鋼板上的位置通常與 PCB 一致。
基準點標記的結構：
理想的基準點標記應為實心銅圓。IPC 規範指出，同板上的基準點標記最小直徑 1 mm，最大 3 mm，尺寸差異不得超過 25 µm。標記周圍應有無防焊、無其他圖案的淨空區，淨空區至少等於標記半徑，但組裝廠偏好淨空區直徑與標記直徑相同。
PCB 設計中使用基準點標記的準則
在 PCB 設計中加入基準點標記時，請遵循以下重要原則：
- 基準點標記直徑通常介於 1–3 mm。
- 若 PCB 雙面都有元件，兩面都應加入基準點標記。
- 基準點表面平整度應小於 15 µm，以獲得最佳效果。
基準點與板邊的距離不得大於「基準點淨空區 + 7.62 mm」。設計師常將基準點放在拼板軌道上，但為了同時支援拼板與單板組裝，單板也可擁有自己的基準點標記。
機器如何使用基準點標記？
基準點標記讓機器更容易辨識電路板的方向與電路布局位置。大多數板子使用三個標記，各自有特定功能。
- 第一個基準點讓機器辨識 PCB，並提供 X、Y 參考座標。
- 第二個基準點讓機器在板子被夾住時，偵測電路布局是否扭曲及其方向。
- 第三個基準點讓機器判斷電路圖形是否因板子伸縮而變形。長距離累積的微小變化可能相當可觀，因此對大板特別有用。
結論：
總之，只要自動化設備能以獨特方式使用，設計師在板上放置基準點的數量並無嚴格上限。由於大多數自動化設備都依賴基準點進行定位與註冊，因此在設計階段納入基準點標記並在 DFM 審查中檢查，是至關重要的步驟。
表面黏著組裝設備利用這些基準點標記，確保板上的銅圖案完美對位且方向正確。大多數組裝機透過攝影機尋找板上的基準點標記並進行進一步調整。
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