印刷電路板設計:為什麼反光點很重要?

四月 28, 2017
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如果你在銀行業和金融業上班,想必聽過信託責任(fiduciary responsibility)。但是從金融業改行做電子工程的人並不多,因此在技術製造這塊領域中,這個詞可能不是每個人都聽過。然而,只要把信託的字尾「ry」換成「l」,就成了電子工程師不可不知的fiducial!

反光點的功用

若電路板是以能自動將元件安裝在電路板上的置件機(pick and place machinery)組裝,反光點(fiducial marks)就派上用場了。置件機的準確度必須很高,才能準確放置0201電阻或2mm x 2mm晶片尺寸的微型BGA。此外,機器也需要確切知道電路板的位置。
反光點專為表面貼焊機設計,這些記號可確保電路板方向正確,並盡可能地放在準確的位置上。置件機利用攝影機來定位反光點,接著基於電路板的確切位置,來調整內部元件的位置,整套流程通常需要1個以上不可逆的反光點。
看看下面的兩張圖,其中一有3個反光點,另一有2個反光點,無論何者皆有助於機器判斷電路板是否顛倒或偏移。有3個反光點的是由國際印刷電路板協會(IPC)推薦使用。有2個反光點的,由於反光點是不可逆的,所以也可以使用。
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圖片來源:Screaming Circuits

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圖片來源:Screaming Circuits

何時要使用反光點?

量產組裝的工作必須要有反光點輔助,以確保精確配準和元件置放。少量組裝如少量生產或原型製作就非必要,但還是有一些例外,所以你最好事先確認。即使你組裝特定產品不需要反光點,反光點仍有用途,因此總是好事,除非你確定要完全仰賴人工置放元件
下圖有三個小金屬點(左上、右上、右下),這些都是反光點。如果內部元件完全仰賴人工放置,你就不需要使用反光點。但由於生產線有無數電路板等著組裝,因此機器必須要先能辨識電路板的上下左右。你絕對不會希望元件被放置在錯誤的地方。
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圖片來源:Screaming Circuits

設計反光點

說到反光點的特殊構造,有兩件事特別重要:位置準確性和對比性。

位置準確性

反光點必須位於頂部銅層。為什麼一定要銅層,而不是用網印或鑽孔呢?答案就出在配準!頂部銅層是一次置入完成的,所以表面貼焊墊相對於銅箔反光點的位置永遠不會變,反觀網印或鑽孔都還要另外多一道手續,以致每塊電路板的配準可能會不同。
一般0.4mm間距 BGA的焊墊尺寸為0.254mm(.01”),焊墊之間的間距為0.15mm(.0059”)。網印和鑽孔無法達到配準所需的精準度。

對比性

置件機的攝影機需要接收強烈的對比,因此銅層非裸銅不可。銅墊上的防焊油墨可能會降低對比度,讓攝影機難以辨識。防焊油墨和網印一樣有配準的問題,因此你必須確保銅墊清晰可見。
銅墊直徑大約需1~2mm,因此防焊油墨的開口要比銅箔大2~5mm。有些CAD軟體套件的元件庫中就有反光點,那是最簡便的方式。

反光點的形狀

下圖是電路板反光點的特寫,這個反光點的防焊油墨開口是方型的,一般來說會是圓形的,不過開口的形狀不是那麼重要。但是反光點銅墊必須要是圓形的!
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圖片來源:Screaming Circuits

如果你的電路板來自連板,你可以將反光點置於連板的導軌上,如果你是組裝個別的電路板,可以將反光點直接做在板子上。如果你不確定,也可以兩個都做,這樣無論是要在連板上組裝或分板組裝,你都不用擔心。
別忘了,少量製造不一定需要反光點,然而即使派不上用場也仍值得做。電子產品的品質大多跟風險管理有關,所以將電路板設計好是很重要的事情!
(譯:謝明珊)
原文
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