Platine mit bedrahteten Bauteilen

Passermarken / Fiducials



Passermarken (engl.: fiducials) werden in der Leiterplattentechnik für Positionieraufgaben innerhalb verschiedener Prozessschritte der Herstellung und Bestückung verwendet. Erzeugt werden Passer im gleichen Herstellungsschritt, in welchem auch die Leiterbildstruktur erzeugt wird. Danach ermöglichen diese optischen Referenzpunkte bei der Herstellung die deckungsgleiche Positionierung der einzelnen Lagen und Leiterbildstrukturen zueinander. Zusätzlich ermöglichen Bereichspassermarken eine sehr genaue Ausrichtung von Bauteilen während der Bestückung (beispielsweise Fine Pitch QFN-Gehäuseformen). Die automatisch-optisch auswertbaren Referenzmarken sollten im Design als Bauteil betrachtet werden und sich dementsprechend auch in den Bestückungsdaten wiederfinden. Somit stehen sie während des Datentransfers beim Bestücker automatisch zur Verfügung. Grundsätzlich untergliedert man also in global und lokal verwendete Passermarken. Ihrem Einsatzzweck zuträglich sollten Passermarken wie im nebenstehenden Bild aufgebaut sein.

Anforderungen an Passermarken
Anforderung an die Gestaltung von Passermarken

Der innere Kreis mit dem Radius r besteht nach seiner Herstellung aus Kupfer. Vorzugsweise sollte der Radius 500µm (Durchmesser = 1mm) betragen. Der äußere Kreis stellt symbolisch die umlaufende und strukturfreie Freistellung zu allen anderen angrenzenden Masken (Lötstoppmaske, Bestückungsdrucke, …) dar und sollte den zweifachen Radius r nicht unterschreiten. Die Fertigungstoleranz liegt bei 25µm. Die Freistellung der Lötstoppmaske schließt die innere Kupferfläche mit ein. Auf diese Weise wird verhindert, dass Visionsysteme eventuell durch Blendungen oder Spiegelungen behindert werden. Auch von einer überlagernden Bauteilplatzierung sollte man hier absehen, um die Visionsysteme der automatischen Bestückungsanlagen in ihrer Arbeit nicht zu behindern (Man sollte also auch die 3 Dimension immer im Hinterkopf behalten!) Alle Maßnahmen und Merkmale sollten darauf abzielen, eine möglichst kontrastreiche, eindeutige und gleichartige Lesbarkeit jeder Passermarke zu erreichen. Befindet sich beispielsweise auf der ersten elektrischen Innenlage Kupfer hinter einer der Passermarke, so muss diese auch unter den anderen Passermarken erkennbar sein.

Nachdem wir uns nun die Funktion und den Aufbau einer Passermarke erklären können, soll noch kurz auf den Einsatz eingegangen werden.

Globale Passermarken: Diese Marken werden verwendet, um die Position aller Schaltungsmerkmale einer Leiterplatte eindeutig ermitteln zu können. Hierfür sollte jede Leiterplatte mit mehreren und möglichst weit entfernten Markierungen versehen werden. Dies ermöglicht eine weitaus genauere Positionierung und Erkennbarkeit auch geringster Versetze beim übereinanderschichten einzelner Lagen. Eine mangelhafte Positionierung einzelner Lagen kann sich als Versatz in x/y-Richtung, als Drehwinkel oder einer Kombination dieser darstellen. Um dies möglichst zu verhindern, hat es sich als praktisch erwiesen mindestens 3 Passermarken, welche im rechten Winkel und größtmöglichen Abstand zueinander positioniert werden (siehe Bild). Die IPC stellt noch eine zusätzliche Positioniermöglichkeit zur Verfügung. Hier wird die erste Marke in den Ursprung (P1=0,0) der LP gesetzt. Die Zweite und Dritte soll dann auf die x- und y-Achse des ersten Quadranten gesetzt werden, begrenzt durch die maximale Ausdehnung der LP (P2=x,0; P3=0,y) – eine Geschmackssache.

Globale Passermarken
Anordnungsempfehlung globaler Passermarken
Anforderungen an Passermarken
Darstellung lokaler Passermarken

Lokale Passermarken / Bereichspassermarken: Diese Art wird für die eindeutige und genaue Positionierung einzelner Bauteile, meist mit kleinem Raster (Finepitch), verwendet. Im Gegensatz zu den globalen Markierungen genügen hier 2 diagonal angeordnete Passer um Koordinatenabweichungen und Verdrehfehler ausgleichen zu können. Die beiden Passer werden meist innerhalb oder leicht außerhalb der äußeren Bauteilbegrenzungslinie (Courtyard) positioniert. Doch auch hier muss abermals für ausreichend Kontrast zum Leiterplattenmaterial gesorgt werden. Eine weitere Besonderheit lokaler Passer, ist die Möglichkeit bei beengten Platzverhältnissen, Passer gemeinschaftlich zu nutzen. Durch geschickte Anordnung von Bauteilen, können einzelne Passer entfallen und die Passer benachbarter Bauelemente mitgenutzt werden.

Bemerkung: Passermarken verlieren nach Herstellung und Bestückung ihre Bedeutung für die fertige Leiterplatte – im späteren Betrieb der Leiterplatte sind sie funktionslos!

Ansicht einer Passermarke auf einer realen Leiterplatte
Ansicht einer Passermarke auf einer realen Leiterplatte




Quickinfo Designtipps:

  • Mindestdurchmesser des Kupferpads sollte 1 mm nicht unterschreiten
  • umlaufende Freistellung des Lötstoppdruckes von mindestens 0,5 mm
  • Abstand zum Leiterplattenrand von minimal 4,75 mm nicht unterschreiten
  • Globale Passermarken gehören zu jeder Leiterplatte, lokale Passermarken gehören zu anspruchsvolleren Platzierungsaufgaben
  • tbd




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