Penanda Fidusia dalam Desain dan Perakitan PCB

Dalam desain dan perakitan PCB, mencapai presisi merupakan tantangan yang signifikan. Saat papan menjadi lebih kompleks, bagaimana kita memastikan komponen ditempatkan secara akurat? Penanda fidusia, yang sering diabaikan, penting untuk proses ini. Mereka bertindak sebagai penunjuk arah untuk peralatan perakitan otomatis, yang memainkan peran penting dalam manufaktur.

Artikel ini mencakup praktik terbaik, faktor desain, dan pertanyaan yang sering diajukan tentang penanda fidusia untuk membantu mengoptimalkan desain dan proses perakitan PCB Anda.

Praktik Terbaik untuk Penempatan Fidusia pada PCB

Mengenai penempatan fidusia, mengikuti praktik terbaik dapat secara signifikan meningkatkan akurasi dan efisiensi proses perakitan PCB Anda. Mari kita periksa faktor-faktor penting untuk penempatan fidusia yang optimal.

Jumlah Fidusia

Jumlah fiducial yang Anda gunakan dapat membuat perbedaan besar dalam akurasi perakitan. Untuk hasil yang optimal, umumnya disarankan untuk menggunakan tiga fiducial global. Ini memberikan titik referensi terbaik untuk peralatan perakitan otomatis untuk menyelaraskan papan dengan benar. Tetapi bagaimana jika ruang terbatas pada PCB Anda?

Dalam kasus di mana real estat papan terbatas, Anda mungkin bertanya-tanya apakah fidusia yang lebih sedikit sudah cukup. Meskipun tiga fiducial sangat ideal, Anda dapat bertahan dengan setidaknya satu fiducial global jika perlu. Namun, perlu diingat bahwa hal ini dapat mengurangi akurasi penempatan komponen secara keseluruhan, terutama pada papan yang lebih besar.

Untuk fiducial lokal, yang digunakan untuk penyelarasan yang tepat pada komponen tertentu, aturan praktisnya adalah menggunakan setidaknya dua. Ini harus ditempatkan secara diagonal di tepi luar komponen dudukan permukaan. Penempatan diagonal ini memberikan peralatan perakitan dengan dua titik referensi untuk memastikan orientasi dan penempatan komponen yang akurat.

Menariknya, meskipun Anda mungkin berpikir bahwa lebih banyak fiducial akan menghasilkan akurasi yang lebih baik, namun tidak selalu demikian. Malahan, menggunakan empat fiducial sebenarnya bisa membingungkan sistem visi komputer yang digunakan dalam perakitan otomatis. Sistem ini bergantung pada perbandingan posisi fidusial terhadap sudut bebas fidusial, sehingga fidusial keempat dapat mengganggu proses ini.

Penempatan

Penempatan fiducial sama pentingnya dengan jumlahnya. Untuk memaksimalkan akurasi, fiducial harus ditempatkan pada sudut-sudut PCB. Strategi penempatan ini memaksimalkan jarak antara fiducial, yang meningkatkan kemampuan peralatan perakitan untuk mendeteksi dan mengoreksi penyimpangan sudut yang kecil sekalipun.

Fidusia global harus diposisikan di tepi papan. Namun, penting untuk menjaga jarak minimum 0,3 inci (7,5 mm) antara fiducial dan tepi papan, tidak termasuk area bebas hambatan. Hal ini memastikan bahwa fiducial mudah dideteksi oleh peralatan perakitan sekaligus menghindari potensi masalah dengan penanganan papan dan proses manufaktur.

Sangat penting untuk menghindari memposisikan fidusia yang sama di samping satu sama lain ketika menempatkan fidusia. Hal ini dapat membingungkan peralatan perakitan dan berpotensi menyebabkan ketidaksejajaran. Sebaliknya, arahkan penempatan yang jelas dan berbeda yang memberikan titik referensi yang tidak ambigu.

Pada papan yang lebih besar, jarak antara fiducial menjadi semakin penting. Peningkatan pemisahan antara fiducial meningkatkan deteksi penyimpangan sudut yang kecil, yang mengarah pada penempatan komponen yang lebih akurat di seluruh permukaan papan.

Kasus Khusus

Desain PCB tidak selalu mudah, dan skenario tertentu memerlukan pertimbangan khusus dalam hal penempatan fidusia. Untuk PCB non-square, seperti papan berbentuk T atau L, Anda harus menyesuaikan strategi penempatan fidusia dengan geometri tertentu. Kuncinya adalah memastikan bahwa fidusia memberikan titik referensi yang jelas untuk semua area papan, yang mungkin memerlukan lebih dari tiga fidusia standar.

Ketika bekerja dengan papan 2 lapis, pertimbangan tambahan ikut berperan. Dalam kasus ini, sangat penting untuk memastikan bahwa fidusia lapisan atas dan bawah sejajar langsung di atas satu sama lain. Penyelarasan ini membantu menjaga konsistensi antara lapisan dan memastikan penempatan komponen yang akurat di kedua sisi papan.

Mengikuti praktik terbaik untuk penempatan fidusia ini dapat membantu Anda meningkatkan akurasi dan keandalan proses perakitan PCB secara signifikan. Ingat, selalu bijaksana untuk berkonsultasi dengan produsen PCB dan rumah perakitan Anda untuk memastikan strategi penempatan fidusia Anda selaras dengan peralatan dan proses spesifik mereka.

Aturan dan Pertimbangan Desain untuk Penanda Fidusia

Meskipun penempatan sangat penting, namun desain penanda fidusia itu sendiri juga sama pentingnya. Berikut ini adalah aturan dan pertimbangan desain utama yang dapat membantu mengoptimalkan penanda fidusia Anda untuk hasil perakitan yang terbaik.

Bentuk

Dalam hal bentuk penanda fidusia, kesederhanaan dan universalitas adalah kuncinya. Bentuk lingkaran adalah standar emas untuk penanda fidusia. Tetapi mengapa lingkaran? Jawabannya terletak pada simetri dan kemudahan pengenalan oleh peralatan perakitan otomatis.

Meskipun mesin modern telah menjadi semakin canggih dan dapat mengenali berbagai bentuk, fidusia melingkar tetap menjadi pilihan yang lebih disukai untuk pengenalan universal. Hal ini terutama penting jika PCB Anda mungkin dirakit menggunakan peralatan yang berbeda atau di fasilitas yang berbeda. Menempel dengan fidusia melingkar memastikan kompatibilitas di berbagai proses perakitan.

Ukuran

Ukuran sangat penting apabila menyangkut penanda fidusia, dan menemukan keseimbangan yang tepat sangatlah penting. Ukuran optimal untuk penanda fidusia biasanya berkisar antara diameter 1 dan 3 mm. Kisaran ini memberikan keseimbangan yang baik antara visibilitas untuk peralatan perakitan dan penggunaan ruang papan yang minimal.

Fidusia itu sendiri hanyalah sebagian dari persamaan. Sama pentingnya untuk mempertahankan area bebas di sekitar fidusia. Jarak bebas ini harus memiliki diameter yang serupa dengan penanda itu sendiri, yang pada dasarnya menggandakan total area yang didedikasikan untuk setiap fidusia. Beberapa produsen bahkan lebih memilih area bebas dengan diameter tiga kali lipat dari fidusia.

Untuk bukaan masker solder, aturan praktis yang baik adalah membuatnya dua kali lipat diameter tembaga telanjang untuk fiducial. Bukaan yang lebih besar ini membantu memastikan bahwa fiducial terlihat jelas oleh peralatan perakitan, bahkan jika ada sedikit variasi dalam proses pembuatannya.

Konsistensi adalah kunci dalam hal ukuran fidusia pada papan yang sama. Baik fiducial global maupun lokal harus konsisten dalam ukuran, dengan variasi tidak lebih dari sekitar 25 mikron. Konsistensi ini membantu memastikan pengakuan dan penyelarasan yang dapat diandalkan di seluruh papan.

Bahan dan Izin

Bahan yang digunakan untuk penanda fidusia harus sama dengan bahan papan lainnya, biasanya tembaga. Hal ini memastikan konsistensi dalam penampilan dan membantu mencegah masalah yang mungkin timbul dari penggunaan bahan yang berbeda.

Salah satu aspek penting dari desain fiducial adalah memastikan bahwa penanda bebas dari topeng solder dan tidak tertutupi oleh layar sutra. Tembaga polos pada fiducial memberikan kontras terbaik untuk pengenalan optik oleh peralatan perakitan. Untuk lebih meningkatkan kontras ini, pertahankan area bebas hambatan di sekeliling penanda dengan diameter setidaknya dua kali ukuran pad. Area yang jelas ini membantu peralatan perakitan dengan mudah membedakan fiducial dari fitur-fitur di sekitarnya pada papan.

Rasio Kontras

Efektivitas penanda fidusia sangat bergantung pada visibilitasnya terhadap peralatan perakitan otomatis. Untuk itu, memastikan rasio kontras yang tinggi antara tanda fidusia dan latar belakang sangatlah penting. Kontras yang tinggi ini memudahkan peralatan untuk menemukan tanda fidusia dengan cepat dan akurat, yang mengarah ke penempatan komponen yang lebih tepat.

Lapisan Pelindung

Meskipun fidusia tidak berfungsi dalam hal sirkuit, integritasnya sangat penting untuk perakitan yang akurat. Untuk mempertahankan pembedaan fiducial selama pemrosesan dan penanganan, pertimbangkan untuk menggunakan lapisan pelindung. Pilihan seperti pelapisan nikel/timah atau HASL (Hot Air Solder Leveling) bisa efektif.

Ketebalan lapisan pelindung ini penting. Lapisan antara 5 dan 10 mikron biasanya sudah cukup, tetapi tidak boleh melebihi 25 mikron. Lapisan pelindung ini berfungsi untuk mencegah oksidasi atau bentuk noda lainnya yang berpotensi mengacaukan sistem optik yang digunakan dalam perakitan otomatis.

Tujuannya adalah untuk memberikan titik referensi yang jelas dan konsisten yang memungkinkan peralatan otomatis menempatkan komponen dengan presisi setinggi mungkin.

Apakah Fidusia Lokal Diperlukan dalam Perakitan PCB Modern?

Di bidang perakitan PCB, kebutuhan fidusia lokal adalah topik diskusi yang sedang berlangsung. Seiring kemajuan teknologi, Anda mungkin bertanya-tanya: apakah fidusia lokal masih relevan dalam perakitan PCB modern? Sebenarnya, jawabannya tergantung pada beberapa faktor.

Ukuran Papan

Ukuran PCB Anda penting dalam menentukan kebutuhan fidusia lokal. Untuk papan kecil, fidusia global sering kali dapat mencukupi, bertindak sebagai fidusia lokal karena luas permukaan yang lebih kecil. Dalam kasus ini, jarak antara titik mana pun di papan dan fidusia global relatif kecil, memungkinkan penempatan komponen yang akurat di seluruh papan.

Seiring dengan bertambahnya ukuran papan, kebutuhan akan fidusia lokal menjadi lebih jelas. Papan yang lebih besar dari 8×8 inci umumnya membutuhkan fiducial lokal untuk penempatan yang akurat, terutama ketika berhadapan dengan komponen dengan nada halus. Ini karena papan yang lebih besar lebih rentan terhadap sedikit lengkungan atau variasi dimensi, yang dapat menyebabkan kesalahan kumulatif dalam penempatan komponen seiring dengan bertambahnya jarak dari fidusia global.

Spesifikasi Komponen

Jenis komponen yang Anda gunakan pada PCB Anda dapat secara signifikan memengaruhi kebutuhan fidusia lokal. Komponen dengan pitch di bawah 1.0mm, terutama BGA dengan pitch di bawah 0.5mm - 0.8mm, umumnya memerlukan fiducial lokal. Komponen dengan pitch halus ini menuntut penempatan yang sangat presisi, dan fiducial lokal memberikan titik referensi tambahan yang diperlukan untuk mencapai tingkat akurasi ini.

Chip SMD yang lebih besar dan terpusat, seperti BGA yang lebih besar, lebih cenderung membutuhkan fidusia lokal karena risiko ketidaksejajaran yang lebih besar. Bahkan sedikit kesalahan sudut dapat mengakibatkan ketidaksejajaran yang signifikan di tepi komponen yang lebih besar ini.

Di sisi lain, komponen dengan pitch yang lebih besar (misalnya, 1,0 mm ke atas) mungkin tidak memerlukan fiducial lokal. Peralatan perakitan modern sering kali dapat menempatkan komponen ini secara akurat hanya dengan menggunakan fiducial global, terutama pada papan yang lebih kecil.

Kemajuan dalam Teknologi

Kemampuan mesin pick-and-place telah meningkat secara dramatis dalam beberapa tahun terakhir. Karena mesin-mesin ini menjadi lebih presisi, beberapa toko perakitan beralih dari fidusia lokal, terutama pada papan yang lebih kecil. Mesin-mesin canggih ini sering kali dapat mencapai tingkat akurasi yang tinggi hanya dengan menggunakan fidusia global, sehingga mengurangi kebutuhan akan titik referensi tambahan.

Keputusan untuk menghilangkan fidusia lokal harus dibuat dengan hati-hati. Kemampuan spesifik dari peralatan perakitan yang digunakan, serta kompleksitas desain papan Anda, harus dipertimbangkan.

Komunikasi Produsen

Mengingat variabilitas dalam peralatan dan proses perakitan, komunikasi dengan produsen Anda sangat penting. Sebelum memutuskan apakah akan menyertakan fidusia lokal, diskusikan desain dan spesifikasi mesin pick-and-place dengan produsen Anda. Mereka dapat memberikan wawasan berharga tentang kemampuan dan persyaratan khusus mereka.

Selalu tanyakan kepada produsen Anda untuk mengetahui persyaratan penanda fidusia spesifik mereka. Beberapa produsen mungkin memiliki panduan yang ketat berdasarkan peralatan dan proses mereka, sementara produsen lain mungkin lebih fleksibel. Komunikasi ini memastikan bahwa desain papan Anda selaras dengan kemampuan produsen, yang mengarah pada hasil perakitan terbaik.

Perbaikan dan Pengerjaan Ulang

Meskipun fokus utama sering kali pada perakitan awal, pertimbangkan potensi kebutuhan untuk perbaikan atau pengerjaan ulang di masa mendatang. Meskipun fidusia lokal tidak mutlak diperlukan untuk penempatan awal, fidusia lokal dapat bermanfaat dalam skenario ini. Fidusia lokal memberikan titik referensi yang tepat yang dapat menjadi sangat penting ketika mengganti atau menyetel ulang komponen selama proses perbaikan.

Penggunaan Fidusia pada Panel dan Stensil

Penanda fidusia sangat penting tidak hanya pada PCB individual tetapi juga pada panel dan stensil yang digunakan dalam proses manufaktur. Memahami bagaimana fiducial digunakan dalam konteks ini dapat membantu Anda mengoptimalkan proses produksi PCB secara keseluruhan:

Pada Panel

Panel PCB, yang berisi beberapa papan individual, memerlukan rangkaian fidusia tersendiri untuk memandu proses pembuatannya. Namun, di mana tepatnya fiducial ini ditempatkan, dan apa bedanya dengan yang ada di masing-masing papan?

Fiducial pada panel berfungsi untuk memberikan pengukuran orientasi untuk seluruh panel selama fabrikasi. Fiducial biasanya ditempatkan di sepanjang tepi panel di dekat lubang perkakas, mirip dengan bagaimana fiducial ditempatkan pada masing-masing PCB. Penempatan ini memungkinkan peralatan manufaktur untuk menyelaraskan dan memproses seluruh panel secara akurat.

Yang menarik, fidusia panel bisa berukuran sama dengan fidusia papan pada umumnya. Konsistensi ini dapat menyederhanakan proses manufaktur dan mengurangi kemungkinan kesalahan. Namun, penting untuk dicatat bahwa setiap papan individu dalam panel akan tetap memiliki fiducialnya sendiri untuk penyelarasan setelah dilepaskan dari panel.

Pada Stensil

Stensil pasta solder, yang digunakan untuk mengaplikasikan pasta solder ke PCB sebelum penempatan komponen, juga memerlukan fiducial untuk penyelarasan yang akurat. Namun, apa perbedaan fiducial stensil dengan fiducial pada PCB?

Stensil biasanya memiliki tiga fiducial global, yang sesuai dengan penempatan pada PCB. Penempatan yang sesuai ini sangat penting untuk memastikan bahwa pasta solder diterapkan secara tepat ke area yang benar pada papan. Tidak seperti PCB, stensil umumnya tidak memerlukan fidusia lokal, karena fidusia global memberikan keselarasan yang cukup untuk seluruh stensil.

Penyelarasan yang akurat antara stensil dan PCB sangat penting untuk memastikan bahwa pasta solder hanya diaplikasikan pada area yang diinginkan. Bahkan sedikit ketidaksejajaran dapat menyebabkan jembatan solder atau solder yang tidak mencukupi pada bantalan komponen, yang berpotensi menyebabkan cacat perakitan.

Melampaui Fidusia Stensil Dengan Pengeluaran Otomatis

Meskipun stensil adalah metode umum untuk mengaplikasikan pasta solder, namun ada pendekatan alternatif yang mendapatkan daya tarik dalam skenario tertentu: pengeluaran pasta secara otomatis. Bagaimana metode ini menggunakan fidusia, dan kapan metode ini lebih baik daripada aplikasi stensil?

Mesin pengeluaran pasta otomatis menawarkan alternatif untuk stensil, menggunakan fidusia PCB untuk penyelarasan. Pendekatan ini menghilangkan kebutuhan akan perkakas stensil dan pembersihan, yang dapat sangat menguntungkan untuk prototipe atau proses produksi bervolume rendah.

Menggunakan fiducial PCB secara langsung membuat pengeluaran otomatis mencapai penempatan pasta solder yang akurat tanpa memerlukan stensil terpisah. Hal ini dapat merampingkan proses produksi, terutama untuk papan dengan perubahan desain yang sering terjadi atau untuk produsen yang berurusan dengan berbagai macam desain papan.

Pengeluaran otomatis biasanya memiliki hasil yang lebih rendah dibandingkan dengan aplikasi stensil. Meskipun stensil dapat mengoleskan pasta solder ke semua bantalan secara bersamaan, dispenser otomatis harus mengoleskan pasta ke setiap bantalan satu per satu. Akibatnya, pengeluaran otomatis sering kali lebih disukai untuk pekerjaan perakitan jangka pendek dan cepat di mana waktu penyiapan yang berkurang lebih besar daripada kecepatan aplikasi yang lebih lambat.

Menjawab Pertanyaan Umum tentang Penempatan Fidusia

Ketika kita mempelajari lebih dalam tentang dunia penanda fidusia, beberapa pertanyaan dan kekhawatiran umum sering muncul. Mari kita bahas beberapa masalah utama ini untuk membantu Anda menavigasi kompleksitas penempatan fidusia dalam desain PCB Anda.

Penempatan Komponen di Dekat Tepi

Kekhawatiran yang sering muncul adalah penempatan komponen yang jauh dari fiducial dan dekat dengan tepi PCB. Mengapa hal ini merupakan masalah potensial, dan bagaimana cara mengatasinya?

Ketika komponen ditempatkan jauh dari fiducial dan dekat dengan tepi papan, ada peningkatan risiko ketidaksejajaran selama perakitan otomatis. Hal ini karena semakin jauh suatu komponen dari fiducial referensi, semakin besar potensi kesalahan kumulatif dalam pemosisian.

Sebagai contoh, pertimbangkan skenario di mana komponen ditempatkan di area yang jauh dari fiducial terdekat, sebut saja area "A". Peralatan perakitan harus memperkirakan posisi penempatan yang benar berdasarkan fiducial yang relatif jauh. Ketidaksejajaran sudut atau kelengkungan papan yang sedikit saja bisa diperbesar pada jarak ini, sehingga berpotensi menyebabkan penempatan komponen yang kurang akurat.

Untuk mengurangi masalah ini, pertimbangkan strategi berikut:

1. Jika memungkinkan, sesuaikan tata letak papan Anda untuk menjaga komponen penting tetap dekat dengan fidusia.
2. Untuk papan yang lebih besar, pertimbangkan untuk menambahkan fidusia lokal di dekat area dengan penempatan komponen yang padat, terutama jika area ini jauh dari fidusia global.
3. Diskusikan masalah ini dengan rumah perakitan Anda. Mereka mungkin memiliki rekomendasi khusus berdasarkan kemampuan peralatan mereka.

Komponen Nada Halus dan Hitungan Fidusia

Pertanyaan umum lainnya berkisar pada kontradiksi yang tampak jelas dengan menambahkan lebih dari tiga fiducial yang direkomendasikan ketika berurusan dengan komponen nada halus seperti BGA atau QFN. Bukankah ini melanggar aturan "maksimum 3 fidusial"?

Kunci untuk memahami hal ini adalah dengan membedakan antara fidusia global dan lokal. Aturan "maksimum 3 fidusia" umumnya berlaku untuk fidusia global, yang digunakan untuk penyelarasan papan secara keseluruhan. Fidusia lokal, di sisi lain, digunakan untuk penyelarasan yang tepat pada komponen tertentu dan dapat ditambahkan sesuai kebutuhan.

Untuk komponen dengan nada halus seperti BGA atau QFN besar, menambahkan fiducial lokal (biasanya dua, ditempatkan secara diagonal) di dekat komponen dapat secara signifikan meningkatkan akurasi penempatan. Fiducial lokal ini bekerja bersama dengan fiducial global, memberikan titik referensi tambahan untuk peralatan perakitan untuk memastikan keselarasan yang tepat dari komponen penting ini.

Jadi, meskipun Anda mungkin memiliki tiga fiducial global di papan Anda, Anda masih dapat menambahkan fiducial lokal di dekat komponen nada halus tanpa melanggar pedoman umum. Kuncinya adalah menggunakan fidusia lokal secara bijaksana, dengan menambahkannya hanya di tempat yang memberikan manfaat yang jelas dalam hal akurasi penempatan.

Bentuk PCB Non-Persegi

Desain PCB tidak selalu berbentuk persegi panjang sederhana. Bagaimana dengan penempatan fidusia pada PCB non-segi empat, seperti papan berbentuk T atau L?

Bentuk PCB yang tidak standar menghadirkan tantangan unik untuk penempatan fidusia. Prinsip utama yang perlu diingat adalah bahwa fidusia harus memberikan titik referensi yang jelas untuk semua area papan. Dalam kasus papan berbentuk T atau L, ini mungkin memerlukan lebih dari tiga fidusia standar.

Untuk bentuk-bentuk yang tidak persegi, pertimbangkan pendekatan berikut ini:

1. Tempatkan fidusia pada ujung-ujung bentuk papan. Untuk papan berbentuk T, ini mungkin berarti menempatkan fiducial di ujung palang "T" dan di bagian bawah batang.
2. Pastikan bahwa setiap area penting di papan tulis berada dalam jarak yang wajar dengan setidaknya dua fidusia. Hal ini mungkin memerlukan penambahan fidusia tambahan di luar tiga fidusia standar.
3. Berikan perhatian khusus pada area yang menonjol keluar dari bagian utama papan. Area-area ini mungkin mendapat manfaat dari fidusia lokal jika mengandung komponen dengan nada halus atau komponen penting.

Ingat, tujuannya adalah untuk menyediakan peralatan perakitan dengan titik referensi yang cukup untuk secara akurat menentukan orientasi dan posisi papan, apa pun bentuknya. Meskipun hal ini mungkin memerlukan lebih dari tiga fiducial, namun akurasi yang lebih baik dalam penempatan komponen akan sepadan dengan ruang papan tambahan.

Dalam semua kasus ini - komponen di dekat tepi, komponen dengan nada halus, dan bentuk papan yang tidak standar - komunikasi dengan produsen PCB dan rumah perakitan Anda sangat penting. Mereka dapat memberikan wawasan berharga berdasarkan kemampuan peralatan khusus mereka dan mungkin memiliki rekomendasi tambahan untuk memastikan hasil terbaik untuk desain PCB unik Anda.