Die Lotpasteninspektion (SPI) ist das kritischste Qualitätsgate im SMT-Prozess (Surface Mount Technology), da fast 70 % der Lötfehler in der Druckphase entstehen. Dieses SPI-Inspektions-Tutorial bietet Ingenieuren einen praktischen Rahmen, um Abnahmekriterien festzulegen, Maschinenparameter zu konfigurieren und Druckfehler zu beheben, bevor Bauteile platziert werden. Bei APTPCB (APTPCB PCB Factory) nutzen wir 3D-SPI, um sicherzustellen, dass Lotpastenvolumen, -fläche und -höhe strenge IPC-Spezifikationen erfüllen und kostspielige Nacharbeiten später in der Fertigungslinie vermieden werden.

Die Lotpasteninspektion (SPI)-Inspektions-Tutorial: Kurzantwort (30 Sekunden)

Für Ingenieure, die eine Produktionslinie einrichten, sind hier die Kernparameter und Grenzwerte für einen erfolgreichen SPI-Prozess:

• Volumenschwellenwerte: Die Standardakzeptanz liegt typischerweise bei 75 % bis 125 % des theoretischen Schablonenöffnungs-Volumens.
• Höhenbegrenzungen: Die Lotpastenhöhe sollte im Allgemeinen zwischen 60 µm und 150 µm liegen, abhängig von der Schablonendicke (üblicherweise ±30 % der Folienstärke).
• Flächenabdeckung: Die minimale Flächenabdeckung wird oft auf 80 % festgelegt, um eine ausreichende Benetzungsflächenabdeckung zu gewährleisten.
• Versatztoleranz: Der maximale X/Y-Versatz ist normalerweise auf <20 % der Pad-Breite begrenzt, um Brückenbildung oder Tombstoning zu verhindern.
• Kritischer Fokus: Priorisieren Sie Fine Pitch (0,4 mm und darunter) und BGA-Pads, da diese am anfälligsten für unzureichende Paste sind.
• Validierung: Führen Sie nach der Schablonenreinigung oder der Installation eines neuen Rakels immer eine "Referenzplatinen"-Verifizierung durch.

Wann das Tutorial zur Die Lotpasteninspektion (SPI)-Inspektion anwendbar ist (und wann nicht)

Das Verständnis, wann strenge SPI-Protokolle eingesetzt werden sollten, gewährleistet eine kosteneffiziente Qualitätskontrolle ohne unnötige Engpässe.

Wann strenge SPI-Protokolle anzuwenden sind:

• Feinrasterbauteile (Fine Pitch Components): Unerlässlich für 0201, 01005, QFNs und BGAs, wo eine visuelle Inspektion unmöglich oder unzuverlässig ist.
• Hochzuverlässigkeitsbereiche: Obligatorisch für PCBA in der Automobil-, Medizin- und Luft- und Raumfahrtindustrie, wo die Zuverlässigkeit der Lötstellen nicht verhandelbar ist.
• Großserienproduktion: Entscheidend für automatisierte Rückkopplungsschleifen, bei denen SPI-Daten die Druckerausrichtung automatisch korrigieren.
• Stufenschablonen-Anwendungen (Step-Stencil Applications): Notwendig zur Überprüfung komplexer Pastenaufträge auf Leiterplatten, die mehrere Pastenhöhen erfordern.

Wann SPI vereinfacht oder übersprungen werden kann:

• Prototypen-Handbestückung: Wenn die Paste manuell oder mit einer einfachen Vorrichtung für eine einzelne Leiterplatte aufgetragen wird, ist eine automatisierte SPI nicht praktikabel.
• Große reine THT-Leiterplatten: Wenn die Leiterplatte hauptsächlich Durchsteckmontage (Through-Hole Technology) mit minimaler SMT verwendet, kann eine visuelle Inspektion ausreichen.
• Verbraucherelektronik mit geringer Dichte: Bei einfachen Designs mit großen 1206-Bauteilen kann eine 2D-Inspektion eine vollständige 3D-Volumenanalyse ersetzen.

Die Lotpasteninspektion (SPI)-Inspektion (Schlüsselparameter und Grenzwerte)

Um Ihre Maschine korrekt zu konfigurieren, müssen Sie spezifische Gut/Schlecht-Kriterien definieren. Die folgende Tabelle skizziert die Standardregeln, die in einem robusten SPI-Inspektions-Tutorial-Workflow verwendet werden.

Regel	Empfohlener Wert/Bereich	Warum es wichtig ist	Wie zu überprüfen	Bei Missachtung
Volumen %	75% – 125%	Stellt sicher, dass genügend Lötmittel für eine starke Verbindung ohne Brückenbildung vorhanden ist.	3D SPI Volumenanalyse	Kalte Lötstellen (niedrig) oder Kurzschlüsse (hoch).
Höhe %	70% – 130% der Schablonenfolie	Verhindert "Hundsohren" oder unzureichende Spitzenhöhe für den Bauteilkontakt.	Lasertriangulation / Moiré	Offene Lötstellen oder Bauteilverschiebung.
Fläche %	> 80% der Apertur	Garantiert, dass die Paste genügend Pad-Oberfläche für die Benetzung bedeckt.	2D/3D Bildverarbeitung	Schlechte Benetzungswinkel und schwache mechanische Verbindungen.
Offset X/Y	< 20% der Pad-Breite	Verhindert, dass die Paste die Maske oder benachbarte Pads berührt.	Ausrichtungs-Fiducial-Prüfung	Brückenbildung, Tombstoning oder Lötkugeln.
Brückenerkennung	0 (Keine erlaubt)	Jede Verbindung zwischen Pads ist ein garantierter Kurzschluss.	Algorithmus-Spaltanalyse	Sofortiger elektrischer Kurzschluss nach dem Reflow.
Formverformung	< 20% Abweichung	Zeigt Absacken oder schlechte Ablösung von der Schablone an.	Konturanalyse	Inkonsistente Lötstellenformen und potenzielle Hohlräume.
Koplanarität (BGA)	< 30µm Varianz	Stellt sicher, dass alle Kugeln eines BGA gleichzeitig die Paste berühren.	Multi-Pad Höhenvergleich	Head-in-Pillow (HiP)-Defekte bei BGAs.
Pastenviskosität	Prozessfenster überwachen	Beeinflusst, wie die Paste rollt und freigegeben wird, was das Volumen beeinflusst.	Rheometer (Offline)	Inkonsistentes Druckvolumen auf der gesamten Platine.
Rakelgeschwindigkeit	20 – 100 mm/Sek.	Zu schnell führt zu Aussetzern; zu langsam führt zu Verlaufen.	Drucker-Parameterprotokoll	Variable Höhe oder verschmierte Paste.
Trenngeschwindigkeit	0,5 – 2,0 mm/Sek.	Entscheidend für die Definition der Schärfe der Pastenziegelkanten.	Drucker-Einrichtungsbildschirm	"Hundsohren" oder spitze Pastenablagerungen.

Implementierungsschritte für das Die Lotpasteninspektion (SPI)-Inspektionstutorial (Prozesskontrollpunkte)

Die Implementierung von SPI erfordert die Integration der Inspektionsmaschine in die SMT-Linie und die Einrichtung einer Rückkopplungsschleife.

1. Schablonendesign & Gerber-Import: Laden Sie die Schablonen-Gerber-Daten in die SPI-Maschine. Definieren Sie "Keep Out"-Bereiche und identifizieren Sie kritische Komponenten (BGAs, QFNs), die engere Toleranzen erfordern.
2. Null-Ebenen-Kalibrierung: Kalibrieren Sie die Maschine mit einer unbestückten Leiterplatte, um die "Nullhöhen"-Referenz zu etablieren. Verformte Platinen können Höhenmessungen verzerren, stellen Sie daher sicher, dass das Klemmsystem die Leiterplatte effektiv glättet.
3. Parameterkonfiguration: Legen Sie die obere Spezifikationsgrenze (USL) und die untere Spezifikationsgrenze (LSL) für Volumen, Fläche und Höhe basierend auf der obigen Tabelle fest.
4. Einlernen & Debuggen: Führen Sie eine "Golden Board"-Messung durch (einen bekannten guten Druck). Die Maschine lernt die Pad-Positionen und typischen Reflexionseigenschaften. Passen Sie die Beleuchtungseinstellungen an, um Rauschen von HASL- oder ENIG-Oberflächen zu eliminieren.
5. Erstmusterprüfung (EMP): Drucken Sie die erste Produktionsplatine. Die SPI-Maschine scannt sie. Überprüfen Sie alle Fehler manuell, um Fehlalarme auszuschließen. Wenn der Druck gut ist, speichern Sie die Einstellungen als Masterprogramm.
6. Einrichtung der geschlossenen Regelschleife (Closed-Loop Feedback): Verbinden Sie die SPI-Maschine mit dem Lotpastendrucker. Konfigurieren Sie das System so, dass es eine automatische Schablonenreinigung auslöst, wenn aufeinanderfolgende Defekte (z. B. verstopfte Öffnungen) erkannt werden.
7. Produktionsüberwachung: Überwachen Sie SPC-Diagramme (Statistische Prozesslenkung) in Echtzeit (X-quer-Diagramm, R-Diagramm). Achten Sie auf Trends, wie z. B. ein allmählich abnehmendes Volumen, was darauf hindeutet, dass die Schablone gereinigt oder die Paste nachgefüllt werden muss.
8. Fehlerprüfung und -behebung: Wenn die Maschine einen Defekt meldet, muss der Bediener das 2D-/3D-Bild überprüfen. Echte Defekte erfordern, dass die Platine gewaschen und neu bedruckt wird. Fehlalarme erfordern eine Feinabstimmung der Schwellenwerteinstellungen.

spi inspektions-tutorial fehlerbehebung (fehlermodi und korrekturen)

Auch bei perfekten Einstellungen treten Defekte auf. Dieser Abschnitt des spi inspektions-tutorials konzentriert sich auf die Diagnose gängiger Fehlermodi.

• Symptom: Unzureichendes Volumen (wenig Paste)

  • Ursachen: Verstopfte Schablonenöffnungen, getrocknete Paste, geringer Rakeldruck oder unzureichende Paste auf der Schablone.
  • Prüfungen: Überprüfen Sie die Sauberkeit der Schablone; überprüfen Sie den Pastenwalzendurchmesser (sollte 15-20 mm betragen).
  • Behebung: Führen Sie eine Unterseitenreinigung der Schablone durch; fügen Sie frische Paste hinzu; erhöhen Sie den Rakeldruck leicht.

• Prävention: Häufigkeit des automatischen Wischens erhöhen.

• Symptom: Übermäßige Höhe (Spitzenbildung/Hundsohren)

  • Ursachen: Schlechte Trenngeschwindigkeit (zu schnell), zu hohe Pastenviskosität oder falscher Schablonenabstand.
  • Prüfungen: Trenngeschwindigkeitseinstellungen überprüfen; Pastenverfalls-/Expositionszeit prüfen.
  • Behebung: Trenngeschwindigkeit verringern; alte Paste ersetzen.
  • Prävention: Temperatur und Luftfeuchtigkeit im SMT-Raum kontrollieren.

• Symptom: Brückenbildung (Kurzschlüsse)

  • Ursachen: Übermäßiger Rakeldruck, der "Pumpen" verursacht, schlechte Leiterplattenunterstützung oder Fehlausrichtung.
  • Prüfungen: Auf Pastenverschmierung unter der Schablone prüfen; Leiterplattenstützstifte überprüfen.
  • Behebung: Die Unterseite der Schablone gründlich reinigen; Druck reduzieren; Leiterplatte neu ausrichten.
  • Prävention: Bessere Werkzeuge zur Leiterplattenunterstützung verwenden, um ein Verbiegen der Leiterplatte zu verhindern.

• Symptom: Versatz (Fehlausrichtung)

  • Ursachen: Leiterplatte nicht fest eingespannt, Fehler bei der Fiducial-Erkennung oder Schablonendehnung.
  • Prüfungen: Fiducial-Markierungen auf der Leiterplatte auf Oxidation prüfen; Breite der Transportschiene überprüfen.
  • Behebung: Fiducials reinigen; Schienenbreite anpassen; Druckerausrichtung neu kalibrieren.
  • Prävention: Regelmäßige Wartung des Druckersichtsystems.

• Symptom: Ausschöpfen (Niedrige Mittelhöhe)

  • Ursachen: Rakelblatt ist zu weich oder der Druck ist über großen Öffnungen zu hoch.
  • Prüfungen: Zustand des Gummi-/Metallrakelblatts überprüfen.

• Fix: Wechseln Sie zu einer Metallrakel; reduzieren Sie den Druck; verwenden Sie ein Kreuzschraffur-Aperturdesign.

• Prevention: Optimieren Sie das Aperturdesign für große Pads.

• Symptom: Zufällige Schmutzwarnungen

  • Causes: Staub, Fasern oder Oxidation auf der Leiterplatte lösen Fehlalarme aus.
  • Checks: Überprüfen Sie die Sauberkeit der eingehenden Leiterplatten.
  • Fix: Passen Sie die SPI-Empfindlichkeit oder Beleuchtung an; verwenden Sie vor dem Drucken einen Leiterplattenreiniger/Bahnreiniger.
  • Prevention: Verbessern Sie die Lagerbedingungen für unbestückte Leiterplatten.

So wählen Sie ein Die Lotpasteninspektion (SPI)-Inspektionstutorial gegenüber anderen Methoden

Bei der Entwicklung einer Qualitätskontrollstrategie vergleichen Ingenieure oft SPI mit anderen Inspektionstechnologien.

SPI vs. AOI (Automatisierte Optische Inspektion): SPI findet vor der Bauteilplatzierung und dem Reflow statt und konzentriert sich ausschließlich auf die Lötpaste. AOI-Inspektion erfolgt nach dem Reflow (oder manchmal vor dem Reflow), um die Bauteilplatzierung, Polarität und die endgültige Lötstellenqualität zu überprüfen. Sie benötigen beides: SPI verhindert Defekte, während AOI Platzierungsfehler erkennt.

SPI vs. Röntgeninspektion: SPI verwendet optisches Licht (Moiré-Muster), um die Oberflächentopologie zu messen. Es kann nicht in eine Lötstelle hineinsehen. Eine Einführung in die Röntgeninspektion würde erklären, dass Röntgen notwendig ist, um durch das Bauteil zu sehen und BGA-Hohlräume oder Kurzschlüsse unter dem Gehäuse nach dem Reflow zu überprüfen. SPI prognostiziert die BGA-Qualität durch Messung des Pastenvolumens, aber Röntgen bestätigt sie.

2D vs. 3D SPI: 2D-SPI prüft nur Fläche und Abdeckung (wie eine Kamera). 3D-SPI misst Höhe und Volumen. Für moderne Elektronik mit unterschiedlichen Bauteilgrößen ist 3D zwingend erforderlich, da ein Pad eine perfekte Flächenabdeckung, aber eine unzureichende Höhe aufweisen kann, was zu einer offenen Lötstelle führt.

Die Lotpasteninspektion (SPI)-Inspektions-Tutorial FAQ (Kosten, Lieferzeit, häufige Defekte, Abnahmekriterien, DFM-Dateien)

1. Erhöht das Hinzufügen von SPI die Kosten der Leiterplattenbestückung? Die direkten Kosten sind im Vergleich zu den Einsparungen vernachlässigbar. Obwohl es eine Einrichtungszeit für die Maschine gibt, reduziert SPI die Nacharbeitskosten, indem es Defekte vor dem teuren Reflow-Prozess erkennt. APTPCB integriert SPI als Standardbestandteil unseres Qualitätsprozesses für komplexe Platinen.

2. Wie wirkt sich SPI auf die Produktionslieferzeit aus? Es fügt dem Zyklus nur minimale Zeit (Sekunden pro Panel) hinzu. Die Einrichtung erfolgt parallel zur Druckereinrichtung. Bei schnellen Leiterplattenbestellungen ist die geringe Einrichtungszeit die Risikoreduzierung wert.

3. Was sind die Abnahmekriterien für 0201-Passive? Bei 0201-Bauteilen ist die Volumenkonsistenz entscheidend. Wir suchen typischerweise nach einem Volumen von >80% und <120%, wobei keine Brückenbildung zulässig ist. Höhenschwankungen sollten streng kontrolliert werden, um Tombstoning zu verhindern.

4. Kann SPI Defekte an BGA-Pads erkennen? Ja. SPI ist das beste Werkzeug zur Vermeidung von BGA-Defekten. Es misst die Koplanarität der Pastenablagerungen über die gesamte BGA-Fläche. Wenn ein Pad ein geringes Volumen aufweist, führt dies wahrscheinlich zu einem „Head-in-Pillow“-Defekt.

5. Welche Dateien muss ich für die SPI-Programmierung senden? Sie müssen die Gerber-Dateien der Pastenschicht (normalerweise .GTP oder .GBP) und die XY-Bestückungsdatei (für die Bauteilreferenz) bereitstellen.

6. Wie gehen Sie mit Fehlalarmen bei der SPI um? Fehlalarme entstehen oft durch Leiterplattenverzug oder Oxidation auf den Pads. Wir passen die Höhenreferenzebene an und optimieren die Beleuchtungswinkel. Wir erweitern die Toleranzen nicht einfach, um sie zu ignorieren.

7. Ist SPI für Starrflex-Leiterplatten notwendig? Ja, Starrflex-Leiterplatten-Oberflächen können uneben sein. 3D-SPI ist entscheidend, um die geringfügigen Höhenunterschiede in den Übergangszonen auszugleichen und einen korrekten Pastenauftrag zu gewährleisten.

8. Was ist der Unterschied zwischen Flächenverhältnis (Area Ratio) und Seitenverhältnis (Aspect Ratio) im SPI-Kontext? Dies sind Begriffe aus dem Schablonendesign. Das Seitenverhältnis ist Öffnungsbreite / Folienstärke (>1,5). Das Flächenverhältnis ist Fläche der Öffnungsöffnung / Fläche der Öffnungswände (>0,66). SPI überprüft, ob diese Verhältnisse eine erfolgreiche Pastenfreigabe ermöglichten.

9. Können SPI-Daten für DFM verwendet werden? Absolut. Wenn SPI konsistent ein geringes Volumen auf bestimmten Pads anzeigt, geben wir dies an das Designteam zurück, um die Öffnungsgrößen in der Schablone anzupassen oder den Leiterplatten-Footprint in zukünftigen Revisionen zu ändern.

10. Wie hängt SPI mit den AOI-Grundlagen zusammen? Während sich die AOI-Grundlagen auf die Bauteilpräsenz und Lötverbindungskehlen konzentrieren, konzentriert sich SPI auf die Rohmaterial (Paste)-Menge. Ein Fehler in der SPI ist ein führender Indikator für einen Fehler in der AOI.

Die Lotpasteninspektion (SPI)-Inspektions-Tutorial-Glossar (Schlüsselbegriffe)

Begriff	Definition
Volume	Die Gesamtmenge der auf ein Pad aufgetragenen Lötpaste, berechnet als Fläche × Höhe.
Coplanarity	Der maximale Höhenunterschied zwischen den höchsten und niedrigsten Pastenaufträgen innerhalb eines einzelnen Bauteil-Footprints (entscheidend für BGAs).
Moiré Fringe	Eine optische Technik, die Interferenzmuster verwendet, um die 3D-Höhe der Lötpaste zu messen.
Slump	Die Tendenz der Lötpaste, sich nach dem Drucken, aber vor dem Reflow, auszubreiten und an Höhe zu verlieren.
Bridging	Lötpaste, die zwei benachbarte Pads verbindet, was zu einem Kurzschluss führt.
Dog Ears	Pastenspitzen an den Ecken eines Pads, verursacht durch schlechte Trennung von der Schablone.
Tombstoning	Ein Defekt, bei dem eine Komponente auf einem Ende steht; oft verursacht durch ungleichmäßiges Pastenvolumen (durch SPI erkannt).
Zero Plane	Die Referenzhöhenebene der blanken Leiterplattenoberfläche (Lötstopplack), die zur Berechnung der Pastenhöhe verwendet wird.
SPC	Statistische Prozesskontrolle; Verwendung von SPI-Daten zur Überwachung der Prozessstabilität über die Zeit.
Transfer Efficiency	Der Prozentsatz des auf die Leiterplatte aufgetragenen Pastenvolumens im Vergleich zum Volumen der Apertur.

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Um ein präzises Angebot und eine DFM-Überprüfung zu erhalten, senden Sie bitte:

• Gerber-Dateien: Insbesondere die Pastenschicht und die Kupferschichten.
• BOM (Stückliste): Zur Identifizierung kritischer Komponenten wie BGAs oder Fine-Pitch-Steckverbinder.
• Bestückungszeichnungen: Angabe spezieller Maskierungs- oder Pastenanforderungen.
• Menge: Prototypen- oder Massenproduktionsvolumen.

Die Lotpasteninspektion (SPI)-Inspektion

Die Implementierung eines robusten Workflows für das Tutorial zur SPI-Inspektion ist der effektivste Schritt zur Reduzierung von SMT-Fehlern. Durch die strikte Überwachung von Volumen-, Höhen- und Offset-Parametern können Ingenieure Lötprobleme praktisch eliminieren, bevor sie dauerhaft werden. Ob Sie eine komplexe HDI-Platine prototypisieren oder die Produktion hochfahren, die Nutzung datengesteuerter SPI-Prozesse stellt sicher, dass jede Lötstelle mechanisch und elektrisch einwandfrei ist.

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