什么是PCB的Mark点？如何进行设计Mark点？

一、什么是Mark点？

        PCB的Mark点，也被称为基准点或光学定位点，是在印刷电路板（Printed Circuit Board, PCB）上设置的一种特殊标记。

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        Mark点的主要作用是为表面贴装技术（Surface Mount Technology, SMT）和自动光学检测（Automatic Optical Inspection, AOI）等自动化装配过程中提供一个参考标准，以确保机器能够准确地识别并放置组件。Mark点对于SMT生产至关重要，因为它允许贴片机在加载程序后自动设置机器，从而实现高精度的元件贴装。

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二、Mark的识别机制

        Mark点通常是一个远离其他可见地标、单独存在的铜垫，它没有焊盘或其他电路特征，这样可以保证机器视觉系统能够清晰地捕捉到这个点，并以此作为参考来确定其他元件的位置。

Mark点的识别机制主要依赖于视觉系统，具体如下：

1. 高对比度：Mark点一般设计为具有高对比度的特征，通常是黑色背景上的白色圆点或者相反。这使得视觉系统可以容易地区分mark点与周围环境。

2. 形状和尺寸固定：Mark点的形状和尺寸是预先设定好的，并且在整个生产过程中保持一致。这有助于机器快速而准确地识别这些点。

3. 位置固定：每个Mark点都有一个相对于PCB上的其他特征（如元件位置）的固定位置。通过识别这些点的位置，机器可以计算出整个PCB的精确位置和方向。

4. 图像处理技术：使用高级图像处理算法来分析由摄像头捕捉到的Mark点图像。这些算法可以包括边缘检测、形态学操作、模板匹配等方法，以确定Mark点的确切中心位置。

5. 补偿机制：一旦识别出Mark点，SMT（表面贴装技术）设备就可以根据实际找到的位置对元件的贴装位置进行微调，补偿任何由于PCB制造公差、热膨胀等因素引起的偏差。

三、Mark点的分类

根据其用途和位置的不同，Mark点可以分为几类：

1. 全局Mark点(单板Mark点)：用于单块电路板的定位。这些Mark点位于PCB板的边缘或角落，帮助贴片机等设备确定PCB的整体位置、方向以及可能存在的任何变形，从而确保所有元件能够准确地放置在其预定位置上。

2. 局部Mark点：用于需要精确定位的元器件。与全局Mark点相比，局部Mark点通常位于特定元件附近，尤其是对于那些需要极高精度放置的细间距元件（如BGA、CSP、QFP等）。局部Mark点提供了针对特定元件更精确的位置参考，有助于补偿由于PCB制造过程中的微小偏差导致的定位不准确问题。

3. 拼板Mark点（工艺边mark点）：用于整块拼板的定位。其作用拼板上辅助定位所有电路特征的位置，辅助定位；

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双面板Mark点：某种程度上来说，这不属于一个分类，只是对于双面PCB设计（Top面或Bottom面）而言，每面贴装器件都需要自己的Mark点。这是因为两面的SMT元件布局可能完全不同，需要独立的参考点来保证每面上的贴装元件的精确定位。

        注：在双面板PCB设计中，Mark点的放置通常不是重叠的。每层上的Mark点应独立设置，以确保各自层面的精确定位和对齐。

四、Mark点怎么设计？

4.1、形状

        虽然一些制造设备被编程为可以识别各种形状，如菱形、正方形或沙漏形，但并不是所有的机器都可以处理。Mark点一般比较普遍设计成实心圆，这是因为圆形物体更容易被机器定位，而且无论从哪个角度观察，圆形的中心都是相同的，这有助于提高定位精度。此外，圆形表面积最小，蚀刻均匀，不易变形，且与传统的矩形电路板功能区形成鲜明对比，便于机器识别。

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4.2、尺寸

        Mark点的直径通常为1.0mm至3.0mm之间，具体取决于制造商使用的组装机器。为了保证一致性，同一块电路板上的所有Mark点大小应该相同，变化不应超过约25微米。阻焊层（空旷区）最小直径应为Mark点裸铜直径的两倍，且其周围应该空旷，不应该有丝印或者其他元素；这样做是为了确保机器视觉系统能够在不受干扰的情况下清楚地识别Mark点。

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                                           R1为Mark点直径；R2为空旷区(阻焊层)直径；

一般设置R2 ≥ 2×R1，当R2达到3×R1时，机器识别效果更好。

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4.3、位置

        Mark点应当位于电路板对角线的相对位置，并尽可能地分开，最好分布在最长对角线上。这样的布局可以帮助减少由于PCB变形带来的误差。

        a. 对于长度小于200mm的PCB，至少应放置2个Mark点，如下图4.4-a；

        b. 对于长度超过200mm的PCB，在PCB上放置4个mark点，如下图4.4-b；沿着PCB长边的中心线或靠近中心线放置1或2个mark点。

        c. PCB mark点 标记应沿着每个小板的对角线放置，如下图4.4-c所示。

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        同时，Mark点边缘距离PCB板边缘必须保持一定的安全距离（≥5.0mm），以避免被夹具覆盖，如下图。

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 Mark点位置放置按照以下原则：

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4.4、数量

        一般而言，三个基准点的数量是消除模板相对于 PCB 意外错位的最佳数字。

        另外根据PCB的具体情况，可能需要设置多个Mark点，例如，单面贴装的PCB每个表贴面至少有一对Mark点位于对角线方向上；双面贴装时，每一面都应该有Mark点。此外，对于引脚间距较小的复杂元件（如QFP、CSP、BGA等），还需要额外设置局部Mark点来提高贴装精度。

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• 只有1 个mark点时

        只有一个基准标记可用，扫描软件无法确定 PCB 的正确旋转。一台机器实际上无法运行只有一个基准标记的 PCB。

• 当有2个mark点时

        有两个可用的基准标记，机器可以正常运行。然而，这里有两个风险在起作用。

1. 双标记设置提供了很好但通常不是很好的位置跟踪。如果使用的是细间距组件，可能就不会那么准确；
2. 相反的基准点可能会导致操作员错误。如果将 PCB 倒置插入，机器可能仍会看到基准点并继续其愉快的工作。这种失误最好的情况是浪费时间，最坏的情况是导致灾难性的组件堆积或永久性 PCB 和设备损坏。

• 有3 个mark点时

        三个是正确运行 PCB 的最佳基准标记数，包括第三个基准标记可以为三角测量增加一个额外的点，从而提高整体精度。它还消除了错误旋转的板通过相机的任何可能性。

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• 达到4 个mark点时

        虽然看起来添加四个点只能进一步提高准确性，但很少有更多的东西可以通过这一点获得。这里的主要缺点是第四个基准标记会重新引入处理倒置面板的危险。走这条路线时要格外小心。

五、Mark点设计注意事项

设计不良案例：