Qué son fiduciales y cómo diseñarlos

Fiduciales son unos símbolos o marcas que deben tener las tarjetas de circuitos impresos cuando van a ser sometidas a procesos automáticos de montaje de componentes (Pick & Place), de inspección de defectos de soldadura y ensamble (AOI), de test eléctrico etc. Las máquinas utilizadas en dichos procesos necesitan esas marcas como puntos de referencia para alinearse automáticamente con la tarjeta que se va a procesar y lograr posicionarse precisamente sobre las coordenadas y poder efectuar la labor requerida.

Librerías de fiduciales:

Para aquellos usuarios que no quieran profundizar en el tema hemos desarrollado librerías de fiduciales ajustados a la norma IPC-2221 y que  podrá descargar gratis de los siguientes enlaces de  acuerdo al programa usado para diseñar PCBs e incluirlos como un componente en el diseño del circuito y lograr de esta forma implementar sin costo procesos como el Test eléctrico de las tarjetas.
Los fiduciales incluidos en las librerías suministradas sirven además para los procesos de ensamble automatizado e inspección AOI de defectos de ensamble , ya que cumplen con la norma SMEMA 3.1 (Asociación de de fabricantes de maquinaria para Montaje superficial) y están aceptadas en la norma IPC 2221 (Estándares generales para el diseño de circuitos impresos).

• Librería de fiduciales en Altium Designer para test eléctrico.

• Librería de fiduciales en Eagle para test eléctrico.

• Librería de fiduciales en Proteus para test eléctrico

• Librería de fiduciales en KiCad para test eléctrico

Nota: Si su tarjeta no está diseñada en alguno de los programas anteriores consúltenos sobre la disponibilidad de la librería para su programa o la asesoría para su correcta creación.

En la librería descargada encontraremos dos footprints para nuestro PCB, necesarios  para obtener sin costo en Microensamble, el proceso de test eléctrico de nuestros circuitos:

• FIDUCIAL_TEST_PCB_1C, para los fiduciales que facilitarán e proceso de test eléctrico en nuestra tarjeta de una capa.
• FIDUCIAL_TEST_PCB_2C, para los fiduciales que facilitarán e proceso de test eléctrico en nuestra tarjeta de dos capas.

• Nota: En el caso de circuitos de 2 capas solo es necesario colocar los cuatro fiduciales sobre la cara TOP de la librería adecuada ya que la librería contiene también los de la otra capa ubicados exactamente uno detrás del otro como se aprecia en la figura 1.

Formas estándar usadas como fiduciales:

Como se puede observar en la figura 1, hay varias formas de fiduciales aceptadas por los sistemas automáticos de alineamiento, siendo la forma circular la más fácil de implementar y de reconocer actualmente en procesos automatizados.

FIDUCIALES GLOBALES:

Son las marcas de registro ubicadas dentro de un circuito impreso y usualmente deberán estar distribuidas de la siguiente forma:

• Un primer fiducial ubicado sobre la zona inferior izquierda de la tarjeta.
• Un segundo fiducial ubicado en lo posible en línea verticalmente con respecto al anterior sobre la zona superior izquierda de la tarjeta.
• Un tercer fiducial ubicado en la zona inferior derecha de la tarjeta e idealmente en línea horizontal con el primer fiducial.
• Adicionalmente, si su circuito se va a beneficiar de procesos de Test eléctrico en la fabricación del circuito impreso es ideal colocar un cuarto fiducial ubicado diagonalmente al primero sobre la zona superior derecha de la tarjeta.
• Cuatro fiduciales similares a los anteriores en el lado BOTTOM de la tarjeta.

Los fiduciales globales deberán ser incorporados a la tarjeta cumpliendo las siguientes características:

• Deberán tener la forma de un pad circular entre 1 y 1.2 mm de diámetro.
• No deberá estar cubierto por máscara antisoldante.
• Su superficie deberá ser totalmente plana y altamente reflectiva con acabado final HASL, Estaño, Oro o Plata por Inmersión.
• Deberá estar rodeado de un área circular mínimo de 2.4 mm (preferiblemente de 3.6 mm) de diámetro libre de cualquier objeto de cobre, como pistas, pads, etc.  así como de máscara antisolder y leyenda de componentes. Esto garantizará el mayor contraste posible para ser identificado por los sistemas de reconocimiento automático de fiduciales.
• Deberán estar ubicados en todas las caras que contengan componentes que vayan a ser ensamblados automáticamente.
• Si la tarjeta tiene componentes SMT en ambas caras, la ubicación de los fiduciales de una misma esquina debera ser idealmente, uno exactamente detrás del otro pero en diferente capa.
• La distancia de los bordes de la tarjeta deberá ser por lo menos 4 mm desde el borde del fiducial como se ilustra en la figura 2.

Importante:  Idealmente, los fiduciales deberían ser colocados sobre la tarjeta al inicio del diseño para su correcta ubicación. Sin embargo si ya hemos finalizado ese proceso y/o las esquinas de la tarjeta contienen objetos que no queremos reubicar,  podremos incluir los fiduciales ubicándolos diagonalmente lo más cerca de las esquinas y separándolos entre si la mayor distancia posible como se ilustra en la siguiente figura.

FIDUCIALES LOCALES:

Cuando una tarjeta contenga elementos de montaje superficial de Fine Pitch que requieran un alto grado de precisión para su montaje, se deben colocar dos marcas de registro denominados Fiduciales locales,  ubicados diagonalmente y lo más cerca posible del footprint del componente así como lo ilustra la figura 4. Esto es requerido para que las máquinas Pick & Place coloquen precisamente componentes tales como QFNs, QFPs, BGAs, etc., utilizando para ello dichos registros en lugar de los fiduciales globales obteniendo así mayor precisión al momento de alinear el componente con sus respectivos pads. Si la tarjeta no tiene espacio disponible, se podra ubicar un solo fiducial local en el centro de componentes que no tengan un footprint tipo BGA o pads termicos como algunos encapsulados QFN. Ver Fig. 5