基于元认知学习策略的Mark点设计

彭琛1　张海峰2　郝秀云1　刘克能3

（1.南京信息职业技术学院机电学院，江苏 南京 210023；2.南京理工大学教务处，江苏 南京 210094；

3.挪拉通科技〈苏州〉有限公司，江苏 苏州 215021）

【摘要】Mark点虽然只是PCB板上的一个微小图元，但对保证组装生产正常进行却发挥着重要作用。即便如此，却极少有文章或资料来详细讨论如何正确的设计Mark点。本文基于元认知学习策略，深入浅出，仔细介绍满足组装生产要求的Mark点是如何设计的。

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关键词 元认知学习策略；Mark点设计；可制造性设计

Fiducial Mark Design Based on Metacognitive Learning Strategy

Peng Chen1　Zhang Hai-feng2　Hao Xiu-yun1　Liu Ke-neng3

(1. Mechatronics School, Nanjing College of Information Technology, Nanjing Jiangsu 210023；2. Academic Affairs Office, Nanjing University of science & Technology, Nanjing Jiangsu 210094；3.Norautron Suzhou Co., Ltd., Suzhou Jiangsu 215021)

【Abstract】Fiducial mark is a small element of PCB, but it plays great role on ensuring electronic assembly. Even so, there is few articles and information to show or discuss how to design a good fiducial mark. Therefore, this paper explains how to do a suitable mark good for electronic assembly based on metacognitive learning strategy.

【Key words】Metacognitive learning strategy; Fiducial mark design; Design for manufacturability

元认知是弗拉维尔(Flavel)于20世纪70年代提出的一个概念，他认为：元认知就是个体关于自己的认知过程的知识和调节这些过程的能力。元认知策略是一种典型的学习策略，即通过确定学习目标－－制定学习计划—开展学习—学习反馈—调整学习内容、方式或途径等—再学习和反馈—……—直到达成目标。下面，本文以学习Mark点的设计为例，介绍如何通过元认知的学习策略进行自主学习。

1　元认知学习实施方案

1）确定学习目标：掌握与Mark点设计有关的理论知识和设计实践。

2）制定学习计划：

①通过查阅纸质书籍、网络资源或同学、朋友、老师之间的探讨，了解与Mark点作用、设计理论有关的知识。

②将上述理论知识梳理出来，并就其中的基础部分、设计要点以及易出错部分记录下来，最好能找到案例予以佐证。

③进行上机实践，与理论知识进行对照，并请其他有经验的人员帮助评判（比如老师），进行学习效果反馈。

④根据反馈结果，调整学习方式、学习方法或学习途径。

⑤再学习、再反馈、再调整直到达成目标。

⑥学习总结。

2　Mark点设计理论学习

2.1　Mark点的构成要素及其设计参数

一个完整的Mark点包括：标记点或特征点和空旷区，如图1所示。标记点常见的形状如图2所示。

一般情况下，标记点应优选直径为Φ1mm(±0.2mm)的实心圆，空旷区圆半径r≥2R（R为标记点半径），当r =3R时，设备识别效果最好。

2.2　Mark点的布局布线要求

因为空间中，不在一条直线上的3个点可以确定一个平面，所以，若条件允许，可在需要进行贴装元件的PCB板面上呈“L”形放置3个Mark点，如图3所示。但若板面紧张或受到其它方面的限制，不能放置3个Mark点，则在需要进行贴装的板面上至少放置一对Mark点，呈对角放置，但不能完全对称，如图4所示。

另外，Mark点距离PCB板边缘距离必须大于SMT设备夹持的最小间距要求，且必须在PCB板内而非在板边，并满足最小的基准点空旷度要求。此外，为了保证印刷设备和贴片设备的识别效果，Mark点空旷区应无其它走线、丝印、焊盘或V-Cut等，与其它同类型金属圆点（如测试点等）的距离不低于5mm，如图5所示。

2.3　Mark点的制造要求

制造PCB裸板时，同一PCB板上Mark点尺寸变化不能超过25μm。否则尺寸变化过大，机器影像获得的数据偏差会超出标准值的变化范围，从而做出拒绝进板和报警，影响生产效率。

Mark点标记的表面平整度应该在15μm之内，且所有Mark点的内层背景必须相同。否则平整度不好，可能会影响机器的识别效果甚至让机器无法识别。

同一板号的PCB 上，所有Mark点必须大小形状一致；建议将所有图档中的Mark点标记统一为Φ1mm的实心圆。当Mark点标记与印刷板的基质材料之间出现高对比度时可达到最佳的性能。此外，Mark点若做在覆铜箔上，需要与铜箔进行隔离。

3　操作练习，评估学习效果

为了评估学习效果，利用protel软件绘制了一个50mmX30mm的PCB样板，并在板面上设计了Mark点，如图6所示。

通过软件测量，发现两点坐标分别为（6.5，23.5）和（43.5，6.5），采用了对称设计，Mark点标记点直径为Ф0.5mm，空旷区宽度为2mm。对照第2部分中的Mark点构成要素及其主要设计参数和Mark点布局布线要求，发现该设计中设计参数和布局均不太恰当，需要进行修改。通过该练习，可以发现学习者对于Mark点的主要设计参数和布局方面的知识掌握还不全面，需要进行加强。

4　调整学习

通过前面的反馈练习和评估结果，发现需要在Mark点设计参数及布局方面需要加强学习。在后续的学习调整过程中，除了多查阅资料外，还去生产线体旁仔细查看设备工作过程，仔细体会不同设计参数及布局效果对机器识别结果的影响。

通过再次学习，发现：①Mark点对角放置时，不能完全对称，否则进板错误时，机器无法发现，从而出现印刷糊板或后续贴装错误的缺陷。对于一些有特殊要求、需要精确定位的单个元件(如QFP、CSP、BGA等重要元件)，可设计局部Mark点标记,以提高贴装精度。②Mark点标记符号不宜过小或过大，过小可能系统不易识别；过大，可能超出识别范围，不被当作Mark点处理。不论哪种情况，均有可能使系统出现误报，耽误生产的正常进行。所以，采用圆形标记符号时，其直径应控制在Ф1-3mm，空旷区宽度应在标记符号半径的2倍以上，最好是标记符号半径的3倍。本例中，若将圆形标记符号直径设计为Ф1mm，则空旷区直径应为3mm。

5　操作练习，再评估学习效果

将前次的练习图样进行改进设计，如图7所示。

6　学习总结

根据前面所介绍的，不难发现，Mark点虽然容易设计，但一些细节问题却容易忽视。若设计不当，Mark点应有的作用不仅不能发挥出来，甚至有可能起到反作用，造成印刷错误，延误生产。所以，作为电路设计人员，不仅需要掌握好电路设计的理论知识，还需要掌握组装设备对PCB的制造要求，充分考虑从设计到生产的各个环节的要求，做好可制造性设计，提高产品的可制造性、生产效率和经济性。

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参考文献

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［2］丘丹. DFM在PCBA质量控制中的运用[M].中国新通信，2012(10)：56-59.

［3］杜连芳，胡岚. PCB工艺设计中应注意的问题[M].中国新技术新产品，2009(24)：138.

［责任编辑：曹明明］