基准标记设计不良对PCB印刷质量的影响

印制电路板作为各类电子元器件的重要载体，为元器件提供优良的机械支撑，并根据逻辑电路通过不同厚度的铜箔线和不同尺寸的焊盘将元器件连接起来，实现产品的电气性能。由于电子产品大多采用SMT制造，PCB设计的好坏既直接关系到电气性能的正常运行，也关系到PCB组装制造的有效运行。结合Fiducial Mark对印刷质量的影响，本文以点对面的方式讨论了PCB可制造性对电子产品制造领域的重要影响。

基准标记的功能

在采用SMT设备的方法进行电子产品量产的过程中，每批组装的PCB都必须符合正确的电路板和准确的位置的要求。人工操作无特殊设计，效率低，精度低，容易造成产品缺陷。

一般可以通过定位孔或Fiducial Mark来保证板子的准确位置。由于定位孔的设计依赖于PCB组装设备的品牌和型号，因此定位孔不是在每块PCB上放置，而Fiducial Mark是每块PCB的必需品。

Fiducial Mark是一种特殊的光学定位符号。在制造过程中，组装设备用生成的图像坐标照射在 Fiducial Mark 上，然后将其与系统中预设的标准数据进行比较。如果坐标与标准数据兼容或差异在允许的范围内，机器将判断PCB的正确性，将发送到机器内部进行印刷，安装和焊接等程序。否则会判断PCB不正确，暂停发板并发出告警。

因此，Fiducial Mark在保证电子产品正确性方面发挥着重要作用。然而，许多PCB设计人员有时未能使他们设计的PCB不被组装设备识别，从而无法实现后续的正常生产。在PCB设计过程中了解Fiducial Mark的要求和规定是非常有必要的。

基准标记设计要求

• 基准标记的组成和设计参数

一个集成的Fiducial Mark包含mark和clearance，如图1所示。Fiducial Mark的一般模式如图2所示。

一般来说，直径为1mm（±0.2mm）的实心圆是Fiducial Mark的最佳选择，它由裸铜、镀锡或镀镍制成，并有透明的抗氧化涂层保护。为了使装配设备容易识别基准标记，基准标记的颜色应与周围区域的颜色明显不同。此外，尺寸大 1mm 的间隙应留出基准标记。间隙半径一般不小于2R（R指Fiducial Mark的半径），当间隙半径等于3R时，设备识别效果最好。

• 基准标记的路由要求

基于3个非线性点确定一个平面的理论，3个Fiducial Marks应该在PCB上放置一个“L”的图案，如图3所示。如果板子的空间有限，3个Fiducial Marks可以不要放在上面，至少要在板上沿对角线放置一对 Fiducial Mark，如图 4 所示。

沿对角线的基准标记不应完全对称放置。否则，当板子不正确时，设备无法发现错误，从而导致板子不准确或安装不正确而产生缺陷。对于一些特殊要求且定位准确的元件，可设计局部Fiducial Marks，以提高贴装精度。

此外，Fiducial Mark 与 PCB 边缘之间的距离必须大于 SMT 设备夹持的最小距离要求，在 PCB 内而不是在板边缘处，并满足最小 Fiducial Mark 的间隙要求。此外，为了增加印刷装置和贴装装置的识别效果，其他走线、丝印、焊盘或V-Cut不应设置在Fiducial Mark间隙以及间隙与其他金属点（例如测试点）之间的距离内。 ) 同类型的至少要5.0mm。

• 基准标记的制造要求

在裸板PCB制造过程中，Fiducial Marks的尺寸变化必须不超过25μm。如果尺寸变化过大，计算机图像获取的数据偏差会超过标准值的变化范围，从而影响上板机和报警器，降低生产效率。

Fiducial Marks的表面平整度应控制在15μm以内，并且它们必须共享相同的内部背景。否则，平面度低可能会影响设备的识别效果，甚至无法正常工作。

具有相同板号的 PCB 上的所有基准标记在尺寸和形状方面必须相同。建议将所有基准标记标记为直径为 1mm 的实心圆。当基准标记和PCB基板材料之间出现高对比度时，可以获得最佳性能。另外，在铜箔板上用铜箔隔离基准标记。

案例分析

为了便于理解，Protel 软件绘制了一个尺寸为 50mmx30mm 的 PCB 原型，其 Fiducial Marks 沿对角线放置，如图 5 所示。

对于图5中的Fiducial Marks设计，该设备能够通过摄像头识别和比较参数以及正确的板载方向，以确保打印机完成正确的打印工作。

但是，一旦装板方向不正确，例如图 6 中样机翻转 180°的情况，设备仍然会坚持当前 PCB 的装板方向和位置的正确性。在这种情况下，将按照既定程序进行正常的印刷工作。

这将大大降低制造效率。更糟糕的是，由于PCBA的效率相当高，在有缺陷的PCB出现后，在暂停制造之前会产生很多有问题的PCB。在这种情况下，制造时间和效率会降低，甚至会影响产品质量。

除了应避免完全对称的基准标记的放置外，还应注意基准标记边缘与板边缘之间的距离。距离应设置在 3.5mm 到 5mm 的范围内。另外，Fiducial Marks的标记要适中，不能太大也不能太小。对于圆形图案，直径应控制在1.0-3.0mm的范围内。如果直径太大，设备会进行较大的位置调整，从而产生较大的偏差，出现印刷缺陷。如果直径太小，设备可能无法识别，导致设备拒绝装板或报警。

综上所述，虽然 Fiducial Marks 的设计相对简单，但有些细节往往会被忽略。如果设计不当，Fiducial Marks应该具备的相应功能就无法实现，甚至可能出现一些问题，导致打印错误和延迟制造。因此，电路设计人员必须掌握电路设计的理论知识，以及组装设备对PCB制造的要求，他们必须考虑从生产线的各个方面列出的所有要求，以提高产品的可制造性、制造效率和经济性。

有用的资源
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