Fiducials

Fiducials werden alternativ auch als Passermarken oder Kameramarken bezeichnet – hier ein Leiterplattenausschnitt mit Globalfiducial. (Bild: Kuttig)

In der hoch automatisierten Elektronikfertigung werden Maschinen mit Bilderkennungssystemen (Vision-Systemen) eingesetzt, mit denen vor einem Lotpastendruck, einer SMD-Bestückung oder einer AOI-Prüfung, die tatsächliche Positionierung der Schaltungsstruktur auf der Leiterplatte vermessen wird. Bei der Vermessung werden auf der Leiterplatte die Fiducials angefahren und deren Lage bestimmt. Anschließend werden diese Positionen mit dem mathematischen Abbild verglichen und eine eventuelle Dehnung/Stauchung sowie Verdrehung der Leiterplatte kompensiert.

Das Wort „Fiducial“ kommt aus dem Englischen (fiducial mark) und heißt übersetzt Rahmenmarke. Als „Fiducial“ bezeichnet man die Referenzpunkte auf einer Leiterplatte.

Leiterplattenausschnitt mit Nutzenfiducial und Globalfiducial
Leiterplattenausschnitt mit Nutzenfiducial und Globalfiducial (Bild: Kuttig)

Was passiert, wenn keine Fiducials vorhanden sind?

Fehlende Fiducials führen zu einem erhöhten Einrichtaufwand bei der Bestückung, da man auf alternative Marken wie Durchkontaktierungen oder Bohrungen zurückgreifen muss. Fiducials weisen im Gegensatz zu alternativen Marken eine größere Präzision auf, da diese im gleichen Fertigungsschritt geätzt werden wie die Schaltungsstrukturen. Nicht selten muss von Hand nachgearbeitet werden, um überhaupt automatisch bestücken zu können. Finepitch-Bauelemente können in ungünstigen Fällen nicht bestückt werden, wenn keine ausreichende Genauigkeit zur Lageerkennung vorhanden ist.

Das sind die optimalen Eckdaten für Fiducials

Beim EMS-Anbieter Kuttig werden folgende Eckdaten für eine optimale Fertigung empfohlen:

  • Fiducials weisen 1 mm Durchmesser auf,
  • Fiducials sind plan und freigestellt vom Lötstopplack,
  • Fiducials sind in der Lötstoppmaske 3 mm im Durchmesser oder quadratisch 3x3 mm freigestellt.

Bei geringen Platzverhältnissen können auch kleinere Fiducials gesetzt werden. Diese sollten jedoch in keinem Fall kleiner als 0,5 mm sein und ausreichend Kontrast durch eine Freistellung aufweisen.

Empfehlung für optimale Passermarken
Empfehlung für optimale Passermarken (Bild: Kuttig)
  Optimal Optional Minimal
Durchmesser Fiducial Mark 1 mm 1 mm 0,5 mm
Freistellung umlaufend 1 mm 0,5 mm 0,25 mm
Durchmesser (Fiducial inkl. Freistellung) 3 mm 2 mm 1 mm
Leiterplattenausschnitt mit Globalfiducial
Leiterplattenausschnitt mit Globalfiducial (Bild: Kuttig)

Wie werde Fiducials positioniert?

Globale-/Nutzenfiducials

  • Drei Fiducials je einzel-PCB im „L“ angeordnet.
  • Bei einer Mehrfach-Leiterplatte im Nutzen zusätzlich drei Fiducials im „L“ angeordnet auf dem Nutzenrand.
  • Alle Fiducials möglichst weit außen angeordnet, damit maximale Abstände entstehen. Mindestens jedoch 5 mm Abstand zum Rand (Transportrand!).
  • Empfohlene Referenzbezeichnung: FD1 bis FD3 für TOP-Seite, FD4 bis FD6 für BOTTOM-Seite (diese sollten wie Bauteile im Pick & Place File vorhanden sein).
  • Fiducials auch in den Lotpastendaten eintragen (diese werden bei der Herstellung der Schablone von unten angelasert).

Lokale Fiducials

Bei Bauteilen mit einem Pin-Abstand (Pitch) ≤ 0,5 mm, empfiehlt Kuttig, lokale Fiducials vorzusehen.

  • Für jedes entsprechende Bauteil drei Fiducials anordnen (Minimum zwei diagonal),
  • Koordinaten ebenfalls wie Bauteile (Referenz FDx-IC# ) im Pick & Place File angeben,
  • Genügend Abstand zum Bauteil (Fiducials sollten nach der Bestückung noch sichtbar sein).

Zur Vermeidung von Produktionskomplikationen informiert der EMS-Dienstleister Kuttig Electronic aus Roetgen über die optimalen Produktionsbedingungen bei der Fertigung von elektronischen Baugruppen. Schon im Entwicklungsprozess wird der Grundstein eines erfolgreichen Produktes gelegt und spätere Probleme bei der Fertigung können vermieden werden. Das spart allen beteiligten Zeit und Geld. Durch die Erfahrung aus der Elektronikfertigung von rund 1000 Fertigungslosen im Jahr, kann Kuttig Electronic zuverlässige Aussagen über Leiterplatten-Layouts treffen, die grundsätzlich problemlos gefertigt werden können.

Michael Kuttig

Geschäftsführer, Kuttig Electronic GmbH, Roetgen

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Kuttig Electronic GmbH Entwicklung und Fertigung elektronischer Geräte und Baugruppen

Am Vennstein 6
52159 Roetgen
Germany