フィデューシャルマークPCB設計：目的、配置、ベストプラクティス

プリント基板（PCB）は、ほとんどの電子・電気デバイスの重要なコンポーネントです。だからこそ、設計者はPCB設計を正しく行う必要があります。そのため、PCB設計者は参照点をPCB設計に追加します。これらの参照点は、向きを正しく保つのに役立ちます。

フィデューシャルマークの目的は、イメージングシステムの参照点を提供することです。残念ながら、多くの初心者設計者はフィデューシャルマークについて深い知識を持っていません。そのため、フィデューシャルPCBマークに関するこの包括的なガイドを準備しました。詳しく学びましょう。

（2DビューでのフィデューシャルPCB）

1. フィデューシャルPCBとは

「フィデューシャル」という用語は、参照の基準となる固定点を指します。その目的は比較です。フィデューシャルマークは、設計者がインデックスシステムの方向測定として使用する表面マークです。

自動化を利用する電子組み立て業界では、フィデューシャルマークはアライメントマークとして機能し、インデックスシステムがPCBを正しい歪みと方向で向きを合わせるのを助けます。これらの特徴により、ビジョンシステムが部品を回路上に正確に搭載できます。

フィデューシャルPCBマークは、自動化プロセス全体の重要な側面です。したがって、基板や回路の位置における単一のミスが、自動化の大惨事を引き起こす可能性があります。

フィデューシャルマークは3つの部分で構成されます。

• 表層または裏層の銅層上のソリッド銅リング
• 合わせる必要のあるターゲットである、ソルダーマスク上の円
• 側面のオプションテキストラベル

（フィデューシャルマークの説明図）

2. 一般的なフィデューシャルPCBのベンチマーク

一般的なフィデューシャルPCBマークには3つの主要なベンチマークがあります。これらのベンチマークと、基板上での配置場所を見てみましょう。

第1基準点（ファーストダタム）

第1基準点は、マウンターが空間内でのPCB位置を認識するのに役立ちます。通常、このベンチマークはX軸とY軸の寸法を使用します。

第2フィデューシャルベンチマーク

このベンチマークは、マシンがPCBの向きを認識するのを助けます。また、クランプ内でのPCBの傾き（スキュー）も明らかにします。PCBのわずかな回転でも、アセンブリ全体を台無しにする可能性があります。フィデューシャルPCBマークがこれを防ぎます。通常、マシンは基板の回転角度を0.01度単位で測定し、その後すべての配置をそれに応じて補正します。

第3ベンチマーク

最後のフィデューシャルベンチマークは、マウンターがPCBに存在する収縮と伸びを補正するのを助けます。多くの場合、長距離のPCBではわずかな量で変動します。そのため、より大きな収縮や伸びを経験する大型PCBでは、これらの変動を特定することが不可欠です。

両面SMTアセンブリでは、オーブンでの第1面のリフローにより、基板が伸び、縮み、反り、またはたわむ可能性があります。そのため、第3フィデューシャルベンチマークでそれを補正する必要があります。

3. なぜフィデューシャルPCBが重要なのか？

フィデューシャルマークは、ピックアンドプレース機械によるPCB実装時に不可欠です。自動化を利用するあらゆるプロセスにおいて、精度は極めて重要です。簡単に言えば、マシンは基板の正確な位置と部品を配置する場所を知る必要があります。フィデューシャルマークは、基板の向きが正しい方向とアライメントにあることを保証します。ハイテクカメラを使用することで、実装機は基板の正確な位置を特定できます。したがって、プロセス全体には、不可逆的なパターンで複数のフィデューシャルマークが必要です。

（フィデューシャルPCBの使用は必須）

4. フィデューシャルPCBを使用するタイミング

大量実装と少量実装

フィデューシャルマークは、PCBの大量部品表（BOM）が基板に実装される際に不可欠です。これらのマークが正しい部品配置とレジストレーションを保証するためです。少量実装では、これらのマークが必ずしも必要ではありません。しかし、大量・少量を問わず、PCBアセンブラーであればフィデューシャルマークを使用することは常に良い考えです。もちろん、部品を手動で配置する場合、PCBマークは完全に不要です。

5. 現代の製造技術には参照マークが必要か？

答えはイエスです。フィデューシャルマークは、今日のWellPCBで重要な役割を果たします。WellPCBはワンストップサービスと高品質製品を提供します。必要な書類を送っていただければ、即座にお見積もりします！ 何を待っていますか？ 10年のPCB製造技術があります。一般的に、フィデューシャル特性には2種類あります：

• グローバルフィデューシャルマーク： 回路パターンとパネルPCBの参照を区別するためのものです。3点のグリッドシステムベースの位置決めで、基準点は左下の0,0に位置し、他の2点はX軸とY軸の正の方向にあります。
• ローカルフィデューシャルマーク： 個々の部品の位置により高い精度を要求する位置決めです。

PCBのサイズに応じて、ローカルフィデューシャルマークを省略または含めることができます。PCBが小さい場合、設計者は信号トレースのスペースを増やすためにローカルPCBを省略できます。このような場合、実装機はグローバルフィデューシャルポイントを使用してSMT部品を配置できます。

ローカルフィデューシャルマークを省略できるもう一つの状況は、ピッチの大きい表面実装部品を使用する場合です。部品が1mm以上立ち上がる場合、最新のマシンはローカルフィデューシャルマークなしで基板上に配置できます。

（グローバルフィデューシャルマークとローカルフィデューシャルマークを持つPCB）

6. PCB設計におけるフィデューシャルPCB使用時の注意点

フィデューシャルPCB設計の基本原則

機械実装で最高の結果を得るには、設計者はフィデューシャルマークを正しく配置する必要があります。このセクションでは、設計にフィデューシャルマークを配置する際に従うべきいくつかの重要なガイドラインを説明します。

1. 非ドリル銅層を配置する際は円形を維持し、フィデューシャルマークをはんだマスクから自由に保つ。
2. フィデューシャルマークの最適サイズは1mm〜3mm。マーカーの直径と同程度のクリアランスエリアを維持する。
3. グローバルフィデューシャルマークを作成する際、基板のエッジに3つのマーカーを配置する。これにより最高の精度が確保される。スペースが不十分な場合は、少なくとも1つのグローバルフィデューシャルマークを使用する。
4. フィデューシャルマークが基板のエッジから0.3インチ（約7.6mm）の距離を保つことを確認する。この距離には、フィデューシャルマークのクリアランスエリアは含まない。
5. ローカルフィデューシャルマークの場合、表面実装部品のエッジプラン上に、少なくとも2つのフィデューシャルPCBマークを対角線上に配置する。

（フィデューシャルPCB設計図）

フィデューシャル設計の最適化

フィデューシャルマークを設計する際に考慮すべき4つの要素があります。

形状： フィデューシャルPCBマークをどのように見せるか？ 一部のマシンは正方形、ダイヤモンド、砂時計など多様な形状を認識できますが、他のマシンはできません。したがって、エンジンが普遍的に認識できる円形マークを採用するのが最善です。

サイズ： フィデューシャルマークはさまざまなサイズにできます。平均して、フィデューシャルパッドは1〜3mmです。このサイズなら、カメラと装置がマークとして認識しやすくなります。

同一プリント基板上のフィデューシャルマークのサイズ差は25µmを超えてはなりません。ギャップエリアの最小サイズは、中心マークの半径の2倍以上とすることを推奨します。

（推奨標準サイズ）

材質： フィデューシャルパッドが基板の他の部分と同じ材質であることを確認してください。はんだマスクやシルクスクリーンでマークが覆われていないことを確認してください。

切り抜き / クリアランス： パッド周りの適切なクリアランスを確保することが重要です。基板周りの開放スペースがあると、カメラが干渉なくフィデューシャルマークを捉えやすくなります。クリアランスの直径をパッドサイズの少なくとも2倍に保ってください。スペースの形状は円形でも正方形でも構いません。

7. フィデューシャルPCB設計における問題

PCBアセンブリの他のすべてのプロセスと同様、フィデューシャル設計時にも問題に遭遇する可能性があります。これらの問題には以下が含まれます：

7.1 位置ずれ（Position Deviation）

基板の両側のフィデューシャルが対称パターンになっている場合、実装機は反転基板での180度配置の誤りに対してアラームを発せない可能性があります。なぜか？ 基板を逆方向に180度反転させると、対称的なフィデューシャルマークが位置を入れ替え、実装ラインの光学マシンを欺くからです。

さらに悪いことに、実装ラインはアラームを発せずに部品を誤配置し続けます。最終的に、不良PCB基板が製造され、時間、金銭、材料、その他のリソースを失うことになります。

7.2 直射光がバンプを引き起こす可能性

フィデューシャルマークのもう一つの大きな問題は、上部からの強い直射光です。この自然光がバンプ（凹凸）を生み出し、ビジョン検出を混乱させます。これは主に、不均一なはんだ表面が影を作るためです。

解決策は光量を減らすことです。それでも改善しない場合は、フィデューシャルを一方向の検出オフセットでプログラミングしてみてください。結果として、角度が変わり光が拡散されます。

7.3 PCBの両面にフィデューシャルマークは必要か？

PCB設計におけるフィデューシャルマークの重要性は疑う余地がありません。基板の両面にSMD部品がある場合、両面にフィデューシャルマークを配置すべきです。

はんだマスクがマークを覆っていないことを確認してください。ビジョンシステムがフィデューシャルを容易に見つけられる必要があるからです。マークの上にはんだマスクがあると、この作業が難しくなります。

まとめ：

フィデューシャルPCBマークの配置は、WellPCBの重要な部分です。WellPCBはワンストップサービスと高品質製品を提供します。必要な書類を送っていただければ、即座にお見積もりします！ 何を待っていますか？ 10年のPCB製造プロセスがあります。この作業のやり方が、シームレスな実装ラインと、継続的に調整が必要な状況の違いを生みます。サプライヤーが「マーカーなしで機械は動く」と言う場合でも、設計に正しくフィデューシャルを組み込む時間を取ってください。将来的に設計を修正したり最終製品をテストしたりする必要が生じたとき、これらのマーカーが有益になる可能性があります。

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