电路板设计和组装中的标靶

在 PCB 设计和装配中，实现精度是一项重大挑战。随着电路板变得越来越复杂，我们如何确保元件放置准确无误？经常被忽视的靶标对这一过程非常重要。它们是自动装配设备的路标，在生产中发挥着至关重要的作用。

本文介绍了有关靶标的最佳实践、设计因素和常见问题，以帮助优化 PCB 设计和装配流程。

印刷电路板上放置信标的最佳做法

关于靶标放置，遵循最佳实践可以显著提高 PCB 组装流程的准确性和效率。让我们来看看实现最佳靶标放置的重要因素。

受托人数量

使用靶标的数量会大大影响装配精度。为了达到最佳效果，一般建议使用三个全局靶标。这些靶标为自动装配设备正确对齐电路板提供了最佳参考点。但如果印刷电路板上的空间有限怎么办？

在电路板空间有限的情况下，您可能会考虑是否只需要较少的靶标就足够了。虽然三个靶标是最理想的，但如果有必要，至少一个全局靶标也是可以的。不过，请记住，这可能会降低元件贴装的整体精度，尤其是在较大的电路板上。

对于用于精确对准特定元件的局部靶标，经验法则是至少使用两个。这些靶标应对角放置在表面贴装元件的外边缘。这种对角线放置为装配设备提供了两个参考点，以确保元件的精确定位和放置。

有趣的是，虽然您可能认为靶标越多，精度就越高，但事实并非总是如此。事实上，使用四个靶标实际上会混淆自动装配中使用的计算机视觉系统。该系统依赖于将靶标位置与无靶标的角落进行比较，因此第四个靶标会扰乱这一过程。

安置

靶标的位置与数量同样重要。为了最大限度地提高精度，靶标应放置在印刷电路板的四角。这种放置策略能最大限度地增加靶标之间的距离，从而提高装配设备检测和纠正微小角度偏差的能力。

全局靶标应放置在电路板边缘。但重要的是，靶标与电路板边缘（不包括间隙区域）之间的最小距离应保持在 0.3 英寸（7.5 毫米）。这样既能确保装配设备容易检测到靶标，又能避免电路板处理和制造过程中可能出现的问题。

在放置靶标时，避免将相同的靶标挨在一起至关重要。这会混淆装配设备，并可能导致错位。取而代之的是清晰、独特的定位，以提供明确的参考点。

在较大的电路板上，靶标之间的距离变得更加重要。增加靶标之间的距离可以提高对微小角度偏差的检测能力，从而在整个电路板表面实现更精确的元件贴装。

特殊案例

印刷电路板的设计并不总是简单明了的，在某些情况下需要特别考虑靶标的放置。对于非方形印刷电路板，如 T 形或 L 形电路板，您需要根据具体的几何形状调整靶标放置策略。关键是要确保靶标为电路板的所有区域提供清晰的参考点，这可能需要比标准的三个靶标更多的靶标。

在使用双层电路板时，还需要考虑其他因素。在这种情况下，确保顶层和底层靶标在正上方对齐至关重要。这种对齐方式有助于保持各层之间的一致性，并确保在电路板的两侧准确放置元件。

遵循这些靶标放置的最佳实践，可以帮助您显著提高 PCB 组装流程的准确性和可靠性。请记住，咨询您的印刷电路板制造商和组装厂以确保您的靶标放置策略与他们的特定设备和工艺相匹配是明智之举。

标靶的设计规则和注意事项

虽然放置位置至关重要，但靶标本身的设计也同样重要。以下是主要的设计规则和注意事项，有助于优化靶标，实现最佳的装配效果。

形状

说到靶标的形状，简单和通用是关键。圆形是靶标的黄金标准。但为什么是圆形呢？答案在于其对称性和易于被自动装配设备识别。

虽然现代机器已经变得越来越先进，可以识别各种形状，但圆形靶标仍然是通用识别的首选。如果使用不同的设备或在不同的工厂组装印刷电路板，这一点尤为重要。坚持使用圆形靶标可确保各种装配工艺的兼容性。

尺寸

在使用靶标时，尺寸很重要，找到合适的平衡点至关重要。靶标的最佳尺寸通常在直径 1 至 3 毫米之间。这一范围在装配设备的可视性和尽量少占用电路板空间之间实现了良好的平衡。

靶标本身只是等式的一部分。在靶标周围留出一定的间隙同样重要。该间隙区域的直径应与标记本身的直径相近，基本上是每个靶标专用总面积的两倍。有些生产商甚至倾向于将间隙面积设为靶标直径的三倍。

对于阻焊层开口，一个好的经验法则是使其直径为靶标裸铜直径的两倍。较大的开口有助于确保组装设备能清楚地看到靶标，即使在制造过程中存在细微差别。

同一电路板上的靶标尺寸必须保持一致。全局和局部靶标的尺寸应保持一致，相差不超过 25 微米。这种一致性有助于确保整个电路板上的可靠识别和对齐。

材料和清理

用于靶标的材料应与电路板的其他部分相同，通常是铜。这可确保外观的一致性，并有助于防止因使用不同材料而可能产生的任何问题。

靶标设计的一个重要方面是确保标记没有焊接掩模，也没有被丝网覆盖。靶标的裸铜为装配设备的光学识别提供了最佳对比度。为进一步增强对比度，应在标记周围保持一个直径至少为焊盘尺寸两倍的净空区域。这一净空区域可帮助装配设备轻松将靶标与电路板上的周围特征区分开来。

对比度

靶标的有效性在很大程度上取决于其在自动装配设备上的可见度。为此，确保靶标与背景之间的高对比度至关重要。这种高对比度使设备更容易快速准确地定位靶标，从而实现更精确的部件放置。

保护层

虽然靶标在电路中不起作用，但其完整性对准确组装至关重要。为了在加工和处理过程中保持靶标的可识别性，可以考虑使用保护层。镍/锡电镀或 HASL（热风焊锡流平）等选择都很有效。

保护层的厚度非常重要。通常 5 至 10 微米的保护层就足够了，但不应超过 25 微米。该保护层的作用是防止氧化或其他形式的玷污，这些玷污可能会混淆自动装配中使用的光学系统。

目标是提供清晰、一致的参考点，使自动化设备能够以尽可能高的精度放置部件。

现代 PCB 组装是否需要本地托管？

在印刷电路板组装领域，局部靶标的必要性是一个持续讨论的话题。随着技术的进步，你可能会问：局部靶标在现代印刷电路板组装中是否仍然适用？事实上，答案取决于多个因素。

电路板尺寸

印刷电路板的尺寸对于确定是否有必要使用局部靶标非常重要。对于小型电路板，由于表面积较小，全局靶标通常可以满足要求，起到局部靶标的作用。在这种情况下，电路板上的任何一点与全局靶标之间的距离都相对较小，因此可以在整个电路板上准确放置元件。

随着电路板尺寸的增大，对局部靶标的需求也越来越明显。大于 8×8 英寸的电路板通常需要局部靶标来实现精确贴装，尤其是在处理细间距元件时。这是因为较大的电路板更容易受到轻微翘曲或尺寸变化的影响，当与全局靶标的距离增加时，就会导致元件放置的累积误差。

组件规格

印刷电路板上使用的元件类型会极大地影响对局部靶标的需求。间距小于 1.0mm 的元件，尤其是间距小于 0.5mm - 0.8mm 的 BGA，通常需要局部靶标。这些细间距元件需要极其精确的贴装，而局部靶标则提供了实现这种精确度所需的额外参考点。

较大的集中式 SMD 芯片（如较大的 BGA）更需要局部靶标，因为错位的风险更大。即使是轻微的角度误差，也会导致这些较大元件的边缘出现严重错位。

另一方面，间距较大（如 1.0 毫米及以上）的元件可能不需要局部靶标。现代装配设备通常只需使用全局靶标就能准确地放置这些元件，尤其是在较小的电路板上。

技术进步

近年来，拾取贴装设备的性能有了显著提高。随着这些机器变得越来越精确，一些装配车间开始放弃本地靶标，尤其是在较小的电路板上。这些先进的机器通常只使用全局靶标就能达到很高的精度，从而减少了对额外参考点的需求。

省略局部靶标的决定应慎重做出。应考虑所用组装设备的具体能力以及电路板设计的复杂性。

制造商通信

鉴于装配设备和流程的多变性，与制造商的沟通至关重要。在决定是否加入本地靶标之前，请与制造商讨论拾放设备的设计和规格。他们可以就其具体能力和要求提供有价值的见解。

请务必向制造商了解他们对靶标的具体要求。有些制造商可能会根据其设备和流程制定严格的指导方针，而其他制造商则可能会更加灵活。这种沟通可确保您的电路板设计符合制造商的能力，从而实现最佳的组装效果。

维修和返工

虽然主要关注点通常是初始装配，但也要考虑到未来维修或返工的潜在需求。即使局部靶标在初始放置时并非绝对必要，但在这些情况下也是有益的。局部靶标可提供精确的参考点，这在维修过程中更换或重新调整部件时至关重要。

在面板和模板上谨慎使用

靶标不仅在单个印刷电路板上必不可少，在制造过程中使用的面板和模板上也同样重要。了解这些情况下如何使用靶标，有助于优化整个印刷电路板生产流程：

专家小组

包含多块单板的 PCB 面板需要一套自己的靶标来指导制造过程。但这些靶标具体放置在哪里，与单个电路板上的靶标有何不同？

面板上的靶标用于在制造过程中为整个面板提供方向测量。这些靶标通常放置在面板边缘靠近工具孔的位置，类似于在单个印刷电路板上放置靶标的方式。这种放置方式可使制造设备准确对准并加工整个面板。

有趣的是，面板靶标的尺寸可以与典型的电路板靶标相同。这种一致性可以简化制造过程，减少出错的机会。不过，值得注意的是，面板上的每块电路板在脱离面板后仍有自己的靶标进行校准。

模板上

焊膏模板用于在元件贴装前将焊膏涂到印刷电路板上，也需要靶标来进行精确对准。但钢网靶标与印刷电路板上的靶标有何不同？

钢网通常有三个全局靶标，与印刷电路板上的位置相匹配。这种匹配位置对于确保焊膏精确地涂抹到电路板上的正确区域至关重要。与印刷电路板不同，钢网通常不需要局部靶标，因为全局靶标可为整个钢网提供足够的对准。

钢网与印刷电路板之间的精确对准对于确保焊膏只涂抹在预定区域至关重要。即使是轻微的不对齐也会导致焊桥或元件焊盘上焊料不足，从而可能造成组装缺陷。

通过自动点胶超越钢网引信

虽然钢网是一种常见的焊膏涂敷方法，但有一种替代方法在某些情况下越来越受到重视：自动焊膏涂敷。这种方法是如何使用靶标的？

自动锡膏点胶机可替代钢网，利用印刷电路板的靶标进行对准。这种方法无需钢网工具和清洁，对于原型或小批量生产特别有利。

直接使用印刷电路板的靶标可使自动点胶实现精确的焊膏贴装，而无需单独的钢网。这可以简化生产流程，特别是对于设计经常变更的电路板或需要处理各种电路板设计的制造商而言。

与钢网应用相比，自动点胶的吞吐量通常较低。钢网可以同时在所有焊盘上涂抹焊膏，而自动点胶机则必须单独在每个焊盘上涂抹焊膏。因此，自动点胶通常更适用于短期、快速的装配工作，因为在这种情况下，减少的设置时间超过了较慢的涂胶速度。

解决有关鳍状肢放置的常见问题

当我们深入了解靶标的世界时，经常会遇到一些常见问题和疑虑。让我们来讨论其中的一些关键问题，帮助您在 PCB 设计中应对靶标放置的复杂性。

靠近边缘的元件放置

一个经常出现的问题是，元件的位置远离靶标，而靠近 PCB 边缘。为什么这是个潜在问题，如何解决？

当元件放置在远离靶标和靠近电路板边缘的位置时，在自动装配过程中发生错位的风险就会增加。这是因为元件离参考靶标越远，定位累积误差的可能性就越大。

例如，将元件放置在远离最近靶标的区域，我们称之为 "A "区域。装配设备必须根据相对较远的靶标推算出正确的放置位置。在这个距离上，任何轻微的角度偏差或电路板翘曲都会被放大，从而可能导致元件贴装精度降低。

为缓解这一问题，可考虑采取以下策略：

1. 如果可能，调整电路板布局，使关键元件更靠近靶标。
2. 对于较大的电路板，可考虑在元件放置密集的区域附近添加局部靶标，尤其是在这些区域远离全局靶标的情况下。
3. 请与装配厂讨论这个问题。他们可能会根据其设备能力提出具体建议。

细间距元件和纤 维数

另一个常见问题是，在处理 BGA 或 QFN 等细间距元件时，增加的靶标数量超过建议的三个，这显然是矛盾的。这不是违反了 "最多 3 个靶标 "的规则吗？

理解这一点的关键是区分全局靶标和局部靶标。最大 3 个靶标 "规则通常适用于全局靶标，全局靶标用于电路板的整体对齐。而局部靶标则用于特定元件的精确对齐，可根据需要添加。

对于 BGA 或大型 QFN 等细间距元件，在元件附近添加局部靶标（通常为两个，对角放置）可显著提高贴装精度。这些局部靶标与全局靶标协同工作，为装配设备提供额外的参考点，以确保这些关键元件的精确对准。

因此，虽然电路板上可能有三个全局靶标，但仍可在细间距元件附近添加局部靶标，而不会违反一般准则。关键是要慎重使用局部靶标，只有在能明显提高贴装精度的情况下才添加局部靶标。

非方形印刷电路板形状

PCB 设计并不总是简单的矩形。那么在非正方形的 PCB（如 T 形或 L 形电路板）上如何放置靶标呢？

非标准印刷电路板形状给靶标放置带来了独特的挑战。需要牢记的关键原则是，靶标应为电路板的所有区域提供清晰的参考点。对于 T 形或 L 形电路板，可能需要比标准的三个靶标更多的靶标。

对于这些非正方形图形，可以考虑采用以下方法：

1. 在木板形状的两端放置靶标。对于 "T "形木板，这可能意味着要在 "T "形横杆的两端和杆的底部放置靶标。
2. 确保电路板上的每个重要区域都与至少两个靶标保持合理距离。这可能需要在标准的三个靶标之外增加额外的靶标。
3. 特别注意从电路板主体突出的区域。如果这些区域包含细间距或关键元件，则可能受益于局部靶标。

请记住，目标是为组装设备提供足够的参考点，以便准确确定电路板的方向和位置，无论其形状如何。虽然这可能需要三个以上的靶标，但元件放置精度的提高完全值得增加电路板空间。

在所有这些情况下（靠近边缘的元件、细间距元件和非标准电路板形状），与 PCB 制造商和组装厂的沟通至关重要。他们可以根据其特定的设备能力提供有价值的见解，并可能提出其他建议，以确保您独特的印刷电路板设计获得最佳结果。