כשהקו שלך להרכבה בהלחמה עליונה (SMT) מבצע אלפי השמות בשעה, הדיוק קובע. אפילו מכונות Pick-and-Place המתקדמות ביותר צריכות נקודת ייחוס כדי לדעת בדיוק איפה ה-PCB נמצא.
סימוני Fiducial — נקודות נחושת זעירות על הלוח — עוזרים למכונות ליישר רכיבים בדיוק, ומונעים השמות שגויות ותיקונים יקרים.
מדריך זה מסביר מה הם סימוני Fiducial ב-PCB, למה הם חשובים, מתי להשתמש בסימונים גלובליים לעומת מקומיים, וכיצד לקבוע גודל, מיקום ותחזוקה כדי להגיע לתוצאות הרכבה מיטביות. נסקור גם את הקשר בין Fiducials לבין חריטת נחושת (PCB etching), פתיחות במסכת הלחמה (Solder Mask Openings) ובדיקות לוח לשיפור תפוקה ואמינות.
מהו Fiducial ב-PCB ולמה זה חשוב?
סימון Fiducial הוא עיגול נחושת קטן וחשוף (לפעמים מרובע או בצורת יהלום) שמונח על פני הלוח ומשמש כייחוס חזותי למערכות ראייה אוטומטיות.
מצלמות של מכונות Pick-and-Place, מדפסות משחת הלחמה ומערכות AOI (בדיקה אופטית אוטומטית) מאתרות את הסימונים האלה כדי לקבוע לפני ההשמה את קואורדינטות X/Y ואת זווית הסיבוב (θ) של הלוח.
במילים פשוטות: ה-Fiducials מאפשרים למכונה “לראות” את הלוח. בלעדיהם גם סטייה של 0.1 מ״מ עלולה לגרום להסתה של רכיבי Fine-Pitch — במיוחד בחבילות BGA, QFN, QFP.
למרות שמערכות כיול מודרניות התקדמו, Fiducials עדיין חיוניים לפיצוי התמתחות, הצטמקות או סיבוב של הלוח עקב חום ולמינציה. אלה הם בין אלמנטי התכנון הפשוטים והזולים ביותר שמעלים משמעותית את דיוק ההרכבה.
Fiducials גלובליים לעומת מקומיים
לא כל סימון Fiducial משרת את אותה מטרה. מקובל להשתמש בשני סוגים:
Fiducials גלובליים
- מגדירים את כיוון הלוח כולו או של הפאנל.
- ממוקמים בדרך כלל ליד שלוש פינות כך שהם יוצרים משולש.
- משמשים את המדפסת ומכונת ה-Pick-and-Place ליישור הלוח/הפאנל כולו.
- נמצאים לעיתים קרובות על מסילות תהליך (Panel Rails) כשעובדים במערך רב-לוחות.
Fiducials מקומיים
- ממוקמים בסמוך לרכיבים עדינים בודדים (כגון BGA או QFP).
- עוזרים למכונה ליישר במדויק את אותו רכיב ביחס לרגליות/פדים שלו.
- קריטיים כאשר ה-Pitch של המוליכים קטן מ-0.5 מ״מ או מרווחי הפדים קטנים מ-0.25 מ״מ.
מתי לשלב בין השניים?
כל לוח SMT צריך לכלול סימונים גלובליים. סימונים מקומיים מומלצים מאוד לרכיבי Fine-Pitch או ICs גדולים. אם העיצוב כולל רק רכיבי SMD גדולים (0805, SOT-23 וכד’), לעיתים יספיקו סימונים גלובליים בלבד.
צורה, גודל ופתיחת מסכת הלחמה
ה-Fiducials נראים פשוטים, אבל הגיאומטריה שלהם משפיעה על דיוק הראייה הממוחשבת:
- צורה:
עיגול מלא הוא התקן התעשייתי — סימטרי וקל לזיהוי במצלמה. ניתן להשתמש במרובע/יהלום במידת הצורך, אך חשוב לשמור על אחידות בכל הלוח. - קוטר נחושת:
בדרך כלל 1.0–3.0 מ״מ (0.040"–0.120").
יצרנים רבים ממליצים על כ-1.5 מ״מ (≈0.060") לנראות טובה. - פתיחת מסכת הלחמה (Solder Mask Clearance):
הסימון חייב להיות נחושת חשופה לחלוטין — ללא מסכת הלחמה. קוטר פתיחת המסכה צריך להיות פי 2–3 מקוטר הנחושת (לדוגמה: פד 1 מ״מ עם פתיחה 2–3 מ״מ) כדי ליצור ניגודיות גבוהה מול המסכה שמסביב. - גימור פני שטח:
ENIG, HASL או OSP כולם מתאימים, ובלבד שהאזור נקי ומחזיר אור לזיהוי מצלמה.
אחידות היא שם המשחק — השתמש באותו קוטר ואותה פתיחה לכל ה-Fiducials על אותו לוח.
כללי מיקום ושיטות עבודה מומלצות
מקם Fiducials כך שיהיו נראים היטב ויספקו קריאת כיוון מדויקת.
מספר ותבנית
- השתמש ב-שלושה סימונים המסודרים במשולש לא קו-ישר (Non-Collinear) לקבלת תיקון מיטבי של סיבוב וקנה-מידה.
- שניים הוא המינימום ליישור בסיסי, אבל שלושה מספקים יתירות ומאפשרים פיצוי על עיוות/קימור של הלוח.
מיקום
- מקם סמוך לפינות מנוגדות של הלוח (לרוב: שמאל-עליון, ימין-תחתון, שמאל-תחתון).
- שמור מרחק מינימלי של 3.5–5 מ״מ מקצה הלוח כדי להימנע מהצללת קליבות.
- שמור לפחות 6 מ״מ מפולות נחושת, מסך משי (Silkscreen) או ויות.
צד עליון ותחתון
אם יש רכיבי SMT על שני הצדדים, כלול Fiducials על כל צד.
ודא שבנתוני הייצור הם משויכים לצד הנכון — לא במראה הפוכה בטעות.
Fiducials על מסילות פאנל ובמערכי Multi-Up
ליעילות הייצור מייצרים לעיתים מספר לוחות בפאנל אחד. כאן תפקיד ה-Fiducials משמעותי אף יותר:
- הנח שלושה Fiducials גלובליים על מסגרת/מסילות הפאנל — מחוץ לגבולות כל לוח יחיד. אלה מגדירים את מערכת הצירים של הפאנל ליישור הדפסת השבלונה וההשמה.
- לכל לוח בודד יכולים להיות גם סימונים גלובליים/מקומיים משלו כייחוס משני.
- שמור לפחות 5 מ״מ מרחק בין Fiducials לבין קווי V-Cut או Tab-Routing כדי למנוע פגיעה או קריאה שגויה.
אחידות Fiducials ברמת הפאנל מאיצה טעינה ויישור, משפרת תפוקה ומקצרת זמני הכנה.
קשר לשלבי ייצור אחרים של ה-PCB
Fiducials לא חיים בוואקום; יש להם מגע עם כמעט כל תהליך — מחריטה ועד בדיקה.
1) במהלך חריטת ה-PCB (Etching)
דיסק הנחושת של ה-Fiducial חייב להישאר נקי וחלק.
שאריות חריטה או חריטת-יתר עלולות לטשטש את הקצוות ולפגוע בזיהוי.
ודא שאין זליגה של מסך משי או מסכת הלחמה לאזור הנחושת.
גם גימור פני השטח חשוב: ENIG/OSP מעניקים לרוב ניגודיות טובה יותר למצלמות, בעוד HASL לא אחיד עלול ליצור החזרי אור בעייתיים.
2) בעת הדפסת משחת הלחמה
מערכות יישור השבלונה משתמשות בעיקר ב-Fiducials שעל מסילות הפאנל.
אם חסרים או שאינם במידות נכונות, תראה הסחת משחה וכיסוי לא מספיק בפדים עדינים.
3) במהלך Pick-and-Place
המצלמה קוראת קודם את ה-Fiducials ואז מחשבת את קואורדינטות הלוח.
סימונים גלובליים קובעים את הבסיס; מקומיים מכוילים את השמת ה-IC העדין.
אפילו כתם/חמצון קטן יכולים לגרום לשגיאת “Fiducial not found”.
4) במהלך ריפלואו ובדיקה
לאחר ההלחמה, Fiducials מסייעים ל-AOI ו-SPI ליישור מסגרת ההתייחסות.
הם גם מספקים נקודת ייחוס קבועה לבדיקה חוזרת בין אצוות.
5) במהלך בדיקות לוח (PCB Board Testing)
ב-ICT (In-Circuit Test) או Flying Probe, Fiducials מסייעים ליישור ה-Fixture ומבטיחים מגע מדויק של המחטים.
גם בבדיקות פונקציונליות הם מאפשרים מיקום אופטי/מכני חוזר של לוחות מרובים בתוך הג’יג.
המלצות לפי סוג רכיב
חבילות BGA ורכיבי Fine-Pitch
- מקם תמיד שני Fiducials מקומיים באלכסון, ליד פינות מנוגדות של הרכיב.
- שמור ≥5 מ״מ מפדים ומוליכים.
- השתמש באותו גודל ויחס פתיחה כמו בסימונים הגלובליים לשמירת עקביות.
לוחות גדולים או ארוכים
- שקול להוסיף Fiducials גלובליים נוספים במרכז כדי לפצות על קימור אפשרי.
- לוחות ארוכים (לדוגמה, רצועות LED או Backplanes) נהנים מסימון כל 100–150 מ״מ לכיול מצלמה חוזר.
עיצובים בדחיסות נמוכה
- אם יש רק רכיבים גדולים (1206, SOIC וכו’) והפאנל קשיח ומוגדר היטב, ייתכן שיספיקו סימונים גלובליים.
- עדיין, השארת Fiducials משפרת את הגמישות במעבר בין קווי ייצור שונים.
טעויות נפוצות שכדאי להימנע מהן
- מכוסים במסכת הלחמה: יש להשאיר את הסימון נחושת חשופה; כל מסכה מורידה ניגודיות.
- קטנים מדי/גדולים מדי: הישאר בטווח 1–3 מ״מ.
- קרובים מדי לקצה או ל-V-Cut: שמור לפחות 5 מ״מ.
- חפיפה עם מסך משי: אין להדפיס טקסט/סימן קוטביות על הסימון.
- חוסר אחידות בגודל/צורה: האחידות מפשטת כיול.
- סימון יחיד על הלוח: שניים מינימום, שלושה עדיף.
- חסר בצד השני: בהרכבה דו-צדדית — לשני הצדדים.
בדיקת כללי תכן (DRC) לפני יצוא Gerber תאתר כמעט את כל הבעיות הללו.
יישום Fiducials בכלי ה-EDA שלך
ב-Altium Designer, KiCad, Eagle ההוספה פשוטה:
- צור פד נחושת (ללא ציפוי חור) על שכבת העליונה או התחתונה.
- בטל מסכת הלחמה לפד זה כך שהנחושת תיחשף.
- הגדר קוטר (למשל 1.5 מ״מ) ופתיחה (למשל 3 מ״מ).
- ב-Altium השתמש ברכיב הספרייה Fiducial.
- כלול Fiducials גם בקבצי Gerber/ODB++ וגם ב-Pick-and-Place כדי שהמבצע יראה אותם.
- בהרכבה דו-צדדית, ציין במפורש Fiducials ל-Top ול-Bottom בהערות הייצור.
הוספה קטנה — השפעה גדולה על תשואת ההרכבה ודיוק הבדיקה.
שאלות נפוצות (FAQ)
כמה Fiducials צריך?
לפחות שניים; מומלץ שלושה לתיקון מלא של כיוון ועיוות.
באיזה גודל?
קוטר נחושת 1–3 מ״מ (מועדף 1.5 מ״מ), עם פתיחת מסכה פי 2–3 מהקוטר.
אפשר לשים Fiducials מתחת לרכיבים?
לא מומלץ. הם חייבים להישאר נראים בכל שלבי ההרכבה.
סיכום
סימוני Fiducial הם הגיבורים האלמוניים של ייצור ה-PCB — פרטים קטנים שמאפשרים ייצור מדויק בקנה-מידה גדול.
תכננו אותם נכון, והלוחות שלכם יעברו בחלק כל שלב — מהדפסת השבלונה ועד הבדיקה הסופית.
