I fiducial mark sono quei piccoli cerchi metallici che vedi sul tuo PCB. Sembrano insignificanti, ma senza di loro le macchine pick-and-place non saprebbero dove piazzare i componenti. Sbaglia i fiducial e l'intera produzione va a monte.
In questa guida ti spiego cosa sono, come dimensionarli, dove posizionarli, e la differenza tra fiducial globali e locali. Con esempi pratici e le regole che uso ogni giorno.
Ho visto produzioni bloccate per giorni perché qualcuno aveva messo il solder mask sopra i fiducial. La macchina non li vedeva. Errore banale, conseguenze costose.— Hommer Zhao, Technical Director
In Questo Articolo:
- → Cosa sono i fiducial e come funzionano
- → Fiducial globali vs locali
- → Dimensioni e specifiche di design
- → Posizionamento corretto
- → Errori comuni da evitare
- → Checklist fiducial
Cosa Sono i Fiducial Mark
I fiducial mark (o fiducial) sono riferimenti ottici stampati sul PCB, tipicamente cerchi di rame nudo senza solder mask. Le telecamere delle macchine di assemblaggio SMT li usano per:
Allineamento XY
Determinano la posizione esatta del PCB sul conveyor. Compensano le tolleranze di caricamento.
Correzione Rotazione
Due fiducial diagonali permettono di calcolare e correggere l'angolo di rotazione del PCB.
Scaling
Compensano la dilatazione/contrazione del PCB dovuta a variazioni di temperatura.
Come Funziona
La telecamera cerca i fiducial, ne determina il centro con precisione sub-pixel, e calcola la trasformazione necessaria. Tutto questo avviene in millisecondi prima di ogni piazzamento componente.
Fiducial Globali vs Locali
Fiducial Globali (Panel/Board)
Usati per allineare l'intero PCB o pannello. Posizionati vicino agli angoli opposti diagonalmente.
- • Quantità: min 2, ideale 3
- • Posizione: angoli diagonali opposti
- • Uso: allineamento iniziale del PCB
- • Obbligatori: sempre per SMT
Fiducial Locali (Component)
Usati per allineare componenti specifici ad alta precisione, come BGA, QFP fine-pitch, connettori critici.
- • Quantità: 2 per componente (angoli opposti)
- • Posizione: vicino al footprint del componente
- • Uso: correzione locale per fine-pitch
- • Obbligatori: per pitch ≤0.5mm
| Tipo Componente | Pitch | Fiducial Globali | Fiducial Locali |
|---|---|---|---|
| Resistori/Condensatori 0402+ | N/A | ✓ Sufficienti | Non necessari |
| QFP 0.65mm pitch | 0.65mm | ✓ Necessari | Consigliati |
| QFP/QFN 0.5mm pitch | 0.5mm | ✓ Necessari | ✓ Necessari |
| BGA 0.8mm pitch | 0.8mm | ✓ Necessari | ✓ Necessari |
| BGA ≤0.5mm pitch | ≤0.5mm | ✓ Necessari | ✓ Obbligatori |
Dimensioni e Specifiche di Design
Le dimensioni dei fiducial devono rispettare standard precisi per essere riconosciuti dalle telecamere. Ecco le specifiche secondo IPC-7351:
| Parametro | Valore Tipico | Range Accettabile |
|---|---|---|
| Diametro fiducial | 1.5mm | 1.0 - 3.0mm |
| Clearance solder mask | 3.0mm (2× diametro) | 2× - 3× diametro |
| Distanza dal bordo PCB | 5mm | ≥5mm |
| Materiale | Rame nudo o ENIG | Superficie riflettente uniforme |
| Forma | Cerchio pieno | Cerchio, quadrato, diamante |
Corretto
- • Cerchio di rame pieno 1.5mm
- • Clearance solder mask 3mm
- • Superficie uniforme, alta riflettività
- • Finitura ENIG consigliata
Da Evitare
- • Solder mask sopra il fiducial
- • Fiducial troppo vicino a tracce/via
- • Superficie ossidata o non uniforme
- • Forme irregolari o asimmetriche
Posizionamento Corretto
Fiducial Globali
- 1.Posiziona almeno 2 fiducial in diagonale opposta (angoli opposti)
- 2.Per maggiore precisione, usa 3 fiducial (L-shape o triangolo)
- 3.Distanza minima dal bordo PCB: 5mm
- 4.I fiducial devono essere asimmetrici per rilevare orientamento errato
Fiducial Locali (per BGA/QFP)
- 1.Posiziona 2 fiducial in angoli diagonali opposti del componente
- 2.Distanza dal bordo del footprint: 1-3mm
- 3.Dimensione tipica: 1.0mm (più piccoli dei globali)
- 4.Non posizionarli sotto il corpo del componente
Consiglio per Pannelli
Per pannelli multipli, aggiungi fiducial sia sul rail del pannello che sui singoli PCB. I fiducial panel allineano l'intero array, quelli PCB correggono le variazioni locali.
Errori Comuni da Evitare
1. Solder Mask sopra il Fiducial
Il solder mask verde/nero rende il fiducial invisibile alla telecamera. Il contrasto con il background si perde completamente.
Soluzione:
Definisci sempre un'apertura solder mask 2-3× il diametro del fiducial. Verifica nel file Gerber che l'apertura sia presente.
2. Fiducial Simmetrici
Se i fiducial sono posizionati simmetricamente (es. centro dei lati), la macchina non può rilevare se il PCB è stato caricato ruotato di 180°.
Soluzione:
Posiziona i fiducial in modo asimmetrico. Il pattern L-shape (un angolo + due lati adiacenti) è ideale.
3. Tracce o Via troppo Vicini
Elementi di rame nell'area di clearance confondono l'algoritmo di riconoscimento, causando errori di allineamento.
Soluzione:
Mantieni l'area di clearance completamente libera da tracce,via, o altri elementi metallici.
4. Nessun Fiducial Locale per BGA
Per BGA con pitch ≤0.5mm, i soli fiducial globali non garantiscono precisione sufficiente. L'errore accumulato può causare cortocircuiti.
Soluzione:
Aggiungi sempre fiducial locali vicino a componenti fine-pitch. Per PCB HDI con molti BGA, questo è essenziale.
Checklist Fiducial Mark
Domande Frequenti
Q: Posso usare via come fiducial?
No. I via hanno un foro centrale che confonde l'algoritmo di riconoscimento. Usa sempre cerchi di rame pieni senza fori.
Q: Servono fiducial per PCB solo through-hole?
Per assemblaggio puramente THT non sono strettamente necessari, ma sono utili per ispezione AOI e test. Per SMT sono obbligatori.
Q: Quale finitura superficiale per i fiducial?
ENIG è ideale per la superficie piatta e riflettente. HASL funziona ma è meno uniforme. OSP va bene se usato entro la shelf life.
Conclusione
I fiducial mark sono piccoli ma critici. Sbagliarli significa bloccare la produzione o, peggio, assemblare schede con componenti fuori posizione. Segui le regole di questa guida e non avrai problemi.
Riepilogo
- ✓ Globali: min 2, diagonali, asimmetrici
- ✓ Locali: per BGA/QFP pitch ≤0.5mm
- ✓ Dimensioni: 1.5mm diametro, 3mm clearance
- ✓ Posizione: ≥5mm dal bordo, area libera attorno
- ✓ Mai: solder mask sopra, simmetria, via come fiducial
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