¿Son Todavía Necesarias las Colocaciones de Marcadores Fiduciales en PCB con Capacidades de Fabricación Modernas?

CircuitStudio

Hace unos 10 años, dejé de ver películas de terror. En mis días de juventud disfrutaba mucho con el miedo, pero cuando comencé mi carrera de ingeniería me interesé más en la acción y los géneros de ciencia ficción. Esto es probable porque estaba obteniendo mi parte justa de historias de horror en el trabajo cuando errores simples resultaron en pesadillas catastróficas de postproducción.

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Cuando comencé mi carrera en diseño electrónico, los componentes de agujeros pasantes fueron extremadamente populares y los componentes montados en superficie eran algo extraño. Cuando los encapsulados QFP (Quad Flat Package)  de microcontroladores (MCU) se hicieron populares, no tuve otra opción que migrar la vieja huella del plastic leaded chip carrier (PLCC). Esto se debe a que el PLCC requiere un zócalo adicional, mientras que el QFP se puede montar en la PCB directamente. Por lo que pude ver, fue solo una cuestión de tiempo antes de que los fabricantes de chips dejaran de producir MCU en paquetes PLCC a favor de QFP o paquetes similares.

Cuando mis proveedores de ensamblaje de PCB me enviaron un correo electrónico indicando que no podían ensamblar a máquina el MCU en las 200 placas de producción que ordené, comenzó mi pesadilla. Al estar acostumbrado a los enchufes PLCC, que son a través de componentes de orificios, no se me ocurrió proporcionar marcadores fiduciales en la PCB. No hacerlo significaba que todas las MCU empaquetadas QFP con pasos pequeños tenían que ser ensambladas manualmente.

Esto resultó en un mayor porcentaje de placas que fueron rechazadas e incontables horas dedicadas a reparar fallos de soldadura manual imperfecta. Desde entonces, siempre pretendo usar marcadores fiduciales en mis diseños, incluso si mis proveedores me dicen que han actualizado sus máquinas para que funcionen sin los marcadores.

Electronic components on a circuit

Podrías terminar con un desastre completo si omites los marcadores fiduciales.

¿Qué es un Marcador Fiducial y Cómo Ayuda en la Fabricación?

En el diseño de PCB, un marcador fiducial es una forma redondeada de cobre que actúa como punto de referencia para recogida y embalaje de máquinas de montaje. Los marcadores fiduciales de PCB ayudan a las máquinas a reconocer la orientación de la PCB y sus componentes de montaje en superficie con paquetes que tienen pequeños pasos como el Quad Flat Package (QFP), Ball Grid Arrays (BGAs) o Quad Flat No-Lead (QFN).

Hay dos tipos de marcadores fiduciales que se encuentran comúnmente en los diseños de placas de circuitos impresos: marcadores fiduciales globales y marcadores fiduciales locales. Los marcadores fiduciales globales son una referencia de cobre colocada en el borde de la PCB que permite a la máquina determinar la orientación de la placa con respecto al eje X-Y. Las máquinas de colocación también usan el marcador fiducial para compensar cualquier sesgo cuando se fija la PCB.

Los marcadores fiduciales locales son marcadores de cobre que se colocan fuera de la esquina de un componente de montaje en superficie con paquete cuádruple. Es utilizado por las máquinas de ensamblaje para localizar con precisión la huella de un componente y reduce los errores en la colocación de los componentes. Esto es especialmente importante cuando tienes en tu diseño componentes empacados orientados y grandes.

 
automation chip mounter working with robo

Siempre consulta con tu fabricante para los requisitos de marcador fiducial.

¿Son Necesarios los Marcadores Fiduciales con la Tecnología de Fabricación Moderna?

Siempre he diseñado mis circuitos impresos con marcadores fiduciales tanto locales como globales. Sin embargo, cuando me encontré con un artículo que explicaba la posibilidad de omitir fiduciales locales, me intrigó. Tenía sentido eliminar los marcadores fiduciales en PCB más pequeños para maximizar el espacio para trazas de señal.

Como resultado de los avances en la tecnología de fabricación, los marcadores fiduciales locales pueden omitirse bajo ciertas condiciones. En placas más pequeñas, las máquinas de ensamblaje modernas pueden colocar componentes de SMT utilizando solo puntos fiduciales globales. Los marcadores fiduciales también se pueden omitir para los componentes que tienen un tono mayor. Por ejemplo, las últimas máquinas pueden colocar con precisión los componentes de montaje en superficie con pasos superiores a 1.0 mm y superiores.

Dicho esto, es importante analizar el alcance de las capacidades de la máquina de tu fabricante antes de eliminar los marcadores fiduciales locales en tu diseño. Aprendí de la manera más difícil que no todos los fabricantes están equipados con máquinas que funcionan con la última tecnología. Por otro lado, los marcadores fiduciales globales nunca deben omitirse en sus diseños. Incluso si estás trabajando con algunas de las capacidades de fabricación más avanzadas.  

Mejores Prácticas para Usar Marcadores Fiduciales en el Diseño de PCB

Si deseas obtener lo mejor del ensamblaje de la máquina, necesitas obtener los marcadores fiduciales correctos. Hay algunas pautas importantes cuando se trata de colocar un marcador fiducial en tu diseño.

  1. El marcador fiducial se hace colocando una capa de cobre no perforada en una forma circular. El marcador fiducial debe estar libre de máscara de soldadura.

  2. El tamaño óptimo de un marcador fiducial debe estar entre 1 mm y 3 mm. Se debe mantener un área de separación similar al diámetro del marcador.

  3. Para fiduciales globales, se colocan 3 marcadores en el borde de las placas para la mejor precisión. En los casos en que no hay espacio suficiente, se requiere al menos 1 marcador fiducial global.

  4. El marcador fiducial debe mantener una distancia de 0,3 pulgadas hasta el borde de la placa, excluyendo el área de separación del marcador fiducial.

  5. Para fiduciales locales, coloca al menos dos marcadores fiduciales diagonalmente en el borde exterior del componente montado en superficie.

Usar software de diseño de PCB profesional como Altium CircuitStudio®, se puede colocar un marcador fiducial insertando un pad, cambiando el tamaño del pad a cero y estableciendo los valores correctos para el diámetro.

¿Necesitas más consejos para colocar marcadores fiduciales en tu diseño? Contacta a un experto en Altium.

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