inspección de pasta de soldadura (SPI) vs y la inspección óptica automatizada (AOI): cuándo ejecutar cada uno en PCBA: definición, alcance y a quién va dirigida esta guía
Comprender los roles distintos de la inspección de pasta de soldadura (SPI) y la inspección óptica automatizada (AOI) es fundamental para optimizar el rendimiento en la fabricación moderna de productos electrónicos. Si bien ambas tecnologías tienen como objetivo detectar defectos, operan en diferentes etapas de la línea SMT y se dirigen a diferentes causas raíz. Esta guía aclara el proceso de toma de decisiones para SPI vs AOI: cuándo ejecutar cada uno en PCBA, ayudando a los líderes de adquisiciones y a los ingenieros de calidad a equilibrar el costo con los riesgos de confiabilidad.
La SPI se centra en el primer paso del proceso SMT —la impresión de soldadura— midiendo el volumen, la altura y el área de los depósitos de pasta antes de colocar los componentes. Por el contrario, la AOI se implementa típicamente después de la soldadura por reflujo para verificar la colocación de los componentes, la polaridad y la calidad de las uniones de soldadura formadas. Para sectores de alta fiabilidad como el automotriz o el médico, el uso de ambos es estándar; sin embargo, para bienes de consumo sensibles al costo, es vital comprender dónde asignar los recursos de inspección.
Este manual está diseñado para ingenieros y compradores que se abastecen de fabricantes como APTPCB (APTPCB PCB Factory). Va más allá de las definiciones básicas para proporcionar especificaciones accionables, estrategias de mitigación de riesgos y una lista de verificación de calificación de proveedores. Al final de esta guía, tendrá un plan de validación claro para asegurar que su proveedor de PCBA utilice la estrategia de inspección correcta para la complejidad específica de su diseño.
inspección de pasta de soldadura (SPI) vs y la inspección óptica automatizada (AOI): cuándo ejecutar cada uno en PCBA (y cuándo un enfoque estándar es mejor)
Habiendo definido el alcance fundamental de las tecnologías de inspección, ahora debemos determinar los escenarios específicos que dictan su implementación en un entorno de producción.
La decisión de cuándo ejecutar SPI vs AOI en PCBA a menudo depende de la densidad de los componentes y el costo de la reelaboración. SPI es indispensable cuando se utilizan componentes de paso fino (0201, 01005 o µBGA) porque el 70% de los defectos SMT se originan en la etapa de impresión; detectarlos aquí permite limpiar y reimprimir la placa por unos centavos. Si se omite el SPI, un defecto de impresión se convierte en un defecto de soldadura, lo que requiere una reelaboración costosa o el desguace completo de la placa.
AOI se recomienda universalmente para casi todas las series de producción, independientemente de la complejidad. Sirve como el último guardián antes de las pruebas funcionales. Sin embargo, confiar solo en AOI es una estrategia reactiva: detecta los defectos después de que son permanentes. Un enfoque estándar para placas simples (componentes 0603 y más grandes) podría depender únicamente de AOI para ahorrar costos de configuración. Sin embargo, para cualquier diseño que requiera alta fiabilidad o contenga encapsulados sin plomo (QFNs/LGAs), el "vs" se convierte en un "más": ejecutar SPI para prevenir defectos y AOI para detectar errores de colocación es el único camino seguro.
inspección de pasta de soldadura (SPI) vs y la inspección óptica automatizada (AOI): cuándo ejecutar cada uno en las especificaciones de PCBA (materiales, apilamiento, tolerancias)
Una vez que haya determinado la estrategia de inspección, debe definir el diseño de la PCB y las especificaciones de los materiales que permiten que estas máquinas funcionen con precisión.
- Planitud del acabado superficial: Especifique ENIG o ENEPIG en lugar de HASL si utiliza SPI para componentes de paso fino; una topografía HASL irregular puede causar falsos fallos de altura en SPI.
- Marcadores fiduciales: Requiera un mínimo de 3 marcadores fiduciales globales y marcadores fiduciales locales para los CI de paso fino para asegurar la alineación de la máquina tanto para SPI como para AOI.
- Diques de máscara de soldadura: Defina un dique de máscara de soldadura mínimo de 3-4 mil entre las almohadillas para evitar puentes, que el AOI debe programarse para detectar.
- Espacio libre de serigrafía: Asegúrese de que la serigrafía esté al menos a 6-8 mil de las almohadillas de soldadura; la tinta en las almohadillas confunde los algoritmos AOI con respecto a la calidad de la unión de soldadura.
- Datos de altura de componentes: Proporcione datos precisos de altura de componentes en el archivo BOM/pick-and-place para permitir que el AOI 3D detecte pines levantados o tombstoning.
- Espesor de la plantilla: Especifique el espesor de la lámina de la plantilla (típicamente de 0,10 mm a 0,15 mm) en relación con el paso del componente más pequeño para asegurar que los objetivos de volumen de SPI sean alcanzables.
- Diseño de la almohadilla: Siga los estándares IPC-7351 para la geometría de la almohadilla; las almohadillas no estándar conducen a filetes de soldadura variables que activan falsas alarmas en AOI.
- Marcos de panelización: Incluya rieles separables (5-10 mm) con marcadores fiduciales para permitir que la PCB viaje de forma segura a través de los transportadores SPI y AOI en línea.
- Color del material: Evite las máscaras de soldadura blancas o amarillas si es posible, ya que reflejan la luz de manera diferente y pueden reducir el contraste para las cámaras AOI 2D más antiguas.
- Puntos de prueba: Designe puntos de prueba que no interfieran con los cuerpos de los componentes para evitar efectos de sombreado durante la inspección óptica.
- Tolerancia de deformación: Especifique una comba y torsión máximas de <0,75% (o <0,5% para BGA) para asegurar que la placa permanezca en la profundidad focal de las cámaras de inspección.
inspección de pasta de soldadura (SPI) vs y la inspección óptica automatizada (AOI): cuándo ejecutar cada uno en los riesgos de fabricación de PCBA (causas raíz y prevención)
Con las especificaciones bloqueadas, el siguiente paso es anticipar los posibles modos de falla y comprender cómo spi vs aoi: when to run each in pcba los aborda.
- Pasta de soldadura insuficiente:
- Causa raíz: Aberturas de la plantilla bloqueadas o baja presión de la rasqueta.
- Detección: SPI detecta un volumen bajo inmediatamente.
- Prevención: Ciclos de limpieza de la plantilla automatizados y bucles de retroalimentación SPI en tiempo real.
- Puentes de soldadura (cortocircuitos):
- Causa raíz: Liberación excesiva de pasta o hundimiento durante el precalentamiento.
- Detección: SPI detecta la violación del área; AOI detecta el puente físico después del reflujo.
- Prevención: Relación de aspecto adecuada en el diseño de la plantilla y perfil de reflujo correcto.
- Efecto "Tombstoning":
- Causa raíz: Fuerzas de humectación desiguales o desplazamiento de colocación.
- Detección: AOI identifica el componente levantado.
- Prevención: Diseño equilibrado de la almohadilla térmica y colocación de alta precisión.
- Componentes faltantes:
- Causa raíz: Falla del alimentador o pérdida de vacío de la boquilla.
- Detección: El AOI marca la almohadilla vacía.
- Prevención: Mantenimiento del alimentador y detección de vacío en los cabezales de colocación.
- Errores de polaridad:
- Causa raíz: Carga incorrecta del carrete u orientación de la bandeja.
- Detección: El AOI verifica las marcas/chaflanes de los componentes.
- Prevención: Verificación por escaneo de código de barras durante la configuración del alimentador (IQC).
- Problemas de coplanaridad (Pines levantados):
- Causa raíz: Pines doblados en el componente o PCB deformado.
- Detección: El AOI 3D mide la altura Z de los pines.
- Prevención: Manipulación estricta de los componentes y control de la sensibilidad a la humedad (MSL).
- Bolas de soldadura:
- Causa raíz: Oxidación de la pasta o rampa de temperatura rápida.
- Detección: El AOI (si está programado para escombros) o inspección visual.
- Prevención: Pasta de soldar fresca y perfil de reflujo optimizado.
- Vacíos (Voiding):
- Causa raíz: Desgasificación del fundente o del acabado del PCB.
- Detección: Rayos X (ni SPI ni AOI ven dentro de la unión, pero SPI asegura que haya suficiente fundente).
- Prevención: Tiempo de remojo de reflujo correcto.
- Colocación sesgada:
- Causa raíz: Movimiento de la placa o velocidad de colocación demasiado alta.
- Detección: El AOI mide la desviación X/Y.
- Prevención: Pines de soporte de placa seguros y calibración de la velocidad del transportador.
inspección de pasta de soldadura (SPI) vs y la inspección óptica automatizada (AOI): cuándo ejecutar cada uno en la validación y aceptación de PCBA (pruebas y criterios de aprobación)
Identificar los riesgos solo es efectivo si se tiene un plan de validación riguroso para verificar que el equipo de inspección esté calibrado y detecte los defectos según lo previsto.
- Validación del umbral de volumen de SPI:
- Objetivo: Asegurar que el SPI rechace la pasta insuficiente.
- Método: Ejecutar una placa de prueba con aberturas de la plantilla deliberadamente bloqueadas.
- Criterios: El SPI debe marcar el 100% de las almohadillas con <70% de volumen.
- Prueba de precisión de altura de SPI:
- Objetivo: Verificar la medición del eje Z.
- Método: Usar un bloque de calibración o una placa dorada con alturas de pasta conocidas.
- Criterios: La medición debe estar dentro de ±10% del estándar conocido.
- Ajuste de la tasa de falsas llamadas de AOI:
- Objetivo: Minimizar las falsas alarmas sin pasar por alto defectos reales.
- Método: Ejecutar 50 placas conocidas como buenas a través de AOI.
- Criterios: La tasa de falsas llamadas debe ser <500 ppm (partes por millón) para evitar la fatiga del operador.
- Estudio de escapes de AOI:
- Objetivo: Verificar la detección de defectos reales.
- Método: Introducir placas "conejo" con defectos conocidos (pieza faltante, polaridad incorrecta) en la línea.
- Criterios: El AOI debe detectar el 100% de los defectos introducidos.
- Comparación de muestra dorada:
- Objetivo: Establecer una línea de base para la aceptación visual.
- Método: Crear una placa dorada aprobada que represente el estándar perfecto.
- Criterios: Todas las placas de producción se comparan con este gemelo digital en la biblioteca AOI.
- Revisión de datos SPC:
- Objetivo: Monitorear la estabilidad del proceso.
- Método: Revisar los datos CpK de la máquina SPI para componentes críticos.
- Criterios: CpK > 1.33 indica un proceso de impresión estable.
- Validación de algoritmos:
- Objetivo: Asegurar que el OCR (Reconocimiento Óptico de Caracteres) funcione.
- Método: Verificar que el AOI lea el texto en los CI de diferentes proveedores.
- Criterios: Identificación exitosa de números de pieza alternativos si están aprobados.
- Verificación de sombreado:
- Objetivo: Asegurar que los componentes altos no oculten a los pequeños.
- Método: Inspeccionar el diseño en busca de condensadores altos junto a resistencias pequeñas.
- Criterios: Las cámaras AOI 3D deben tener proyección multiángulo para ver "detrás" de los obstáculos.
inspección de pasta de soldadura (SPI) vs y la inspección óptica automatizada (AOI): cuándo ejecutar cada uno en la lista de verificación de calificación de proveedores de PCBA (RFQ, auditoría, trazabilidad)
Para asegurar que su socio de fabricación pueda ejecutar el plan de validación, utilice esta lista de verificación durante las fases de RFQ y auditoría. Esto incluye elementos de una lista de verificación de control de calidad de entrada (IQC) para PCBA para asegurar que las entradas sean correctas antes de que comience la inspección.
Entradas y requisitos de RFQ
- ¿La RFQ solicita explícitamente "100% 3D SPI y 100% AOI en línea" para el proyecto?
- ¿Se especifican los criterios de inspección IPC Clase 2 o Clase 3?
- ¿Se incluye el requisito de inspección por rayos X en BGAs/QFNs junto con SPI/AOI?
- ¿Ha solicitado un informe DFM que destaque específicamente los problemas de "sombreado" o "acceso para inspección"?
- ¿Está definida la tasa máxima permitida de falsas alarmas en el acuerdo de calidad?
- ¿Se enumeran los requisitos específicos de informes de datos (por ejemplo, histogramas de volumen SPI)?
- ¿Está especificado el acabado superficial (ENIG/OSP) para soportar la precisión de la inspección?
- ¿Se proporcionan planos de panelización con las ubicaciones de los puntos de referencia claramente marcadas?
Prueba de Capacidad
- ¿El proveedor utiliza SPI 3D (volumétrico) en lugar de SPI 2D (solo área)?
- ¿Puede el equipo AOI manejar el tamaño de componente más pequeño de su lista de materiales (por ejemplo, 01005)?
- ¿El proveedor dispone de estaciones de programación fuera de línea para minimizar el tiempo de inactividad?
- ¿Está el AOI conectado en red a la estación de reparación para guiar a los operadores a la ubicación exacta del defecto?
- ¿Puede el proveedor demostrar un sistema de circuito cerrado (retroalimentación SPI a la impresora)?
- ¿Tienen algoritmos específicos para inspeccionar pines de conectores y piezas de orificio pasante?
Sistema de Calidad y Trazabilidad
- ¿Existe una lista de verificación robusta de control de calidad de entrada (CQC) para componentes PCBA antes de que lleguen a la línea?
- ¿Se archivan las imágenes SPI y AOI por un período mínimo (por ejemplo, 1 año) para la trazabilidad?
- ¿El MES (Sistema de Ejecución de Fabricación) vincula los resultados de la inspección con el número de serie de la placa?
- ¿Existe un procedimiento para la verificación de "falsas alarmas" (doble verificación por un inspector certificado)?
- ¿Están actualizados los registros de mantenimiento de las cámaras de inspección y las fuentes de iluminación?
- ¿Existe un disparador de "Línea de Parada" si SPI/AOI detecta defectos consecutivos?
Control de Cambios y Entrega
- ¿Existe un proceso para actualizar los programas AOI si cambian los proveedores de componentes (y la apariencia visual)?
- ¿Existen controles de revisión para asegurar que el programa AOI antiguo no se utilice en una nueva revisión de PCB?
- ¿Certifica el Certificado de Conformidad (CoC) que todas las placas pasaron SPI y AOI?
- ¿Existe un procedimiento para manejar los pases "marginales" (advertencias de desviación del proceso)?
- ¿Puede el proveedor proporcionar un informe de rendimiento que separe los fallos de SPI de los fallos de AOI?
- ¿Se registran las acciones de reparación/reelaboración y se reinspeccionan mediante AOI?
inspección de pasta de soldadura (SPI) vs y la inspección óptica automatizada (AOI): cuándo ejecutar cada uno en PCBA (compensaciones y reglas de decisión)
Después de revisar las capacidades y los riesgos, la decisión final a menudo implica compensaciones. Aquí hay un marco lógico para guiar su elección.
- Si prioriza Cero Defectos en BGAs: Elija SPI + AOI + Rayos X. SPI es la única forma de garantizar el volumen de pasta correcto debajo de un BGA antes de que la pieza oculte las almohadillas.
- Si prioriza el Costo en Prototipos Simples: Elija solo AOI. Para componentes de paso grande (>0805) en una tirada de 5 piezas, el tiempo de configuración para SPI puede exceder el valor de la inspección. La inspección visual más AOI suele ser suficiente.
- Si prioriza el rendimiento (velocidad): Elija 3D SPI + AOI 2D/3D de alta velocidad. Detectar los defectos de impresión inmediatamente con SPI evita perder tiempo colocando componentes en placas defectuosas, manteniendo la línea en movimiento de manera eficiente.
- Si prioriza la reducción de retrabajo: Elija SPI. Dado que la mayoría de los defectos están relacionados con la impresión, detenerlos aquí significa que simplemente puede lavar la placa. Detectarlos con AOI requiere soldadores y calor, lo que estresa la PCB.
- Si prioriza la verificación de componentes: Elija AOI. SPI no puede decirle si se colocó un valor de resistencia incorrecto o si una pieza falta por completo; solo AOI (o una prueba eléctrica) puede confirmarlo.
- Si prioriza el control de datos/procesos: Elija Ambos. La combinación proporciona una imagen completa de los datos: SPI le informa sobre la estabilidad de su proceso (impresión) y AOI sobre la precisión de su colocación.
inspección de pasta de soldadura (SPI) vs y la inspección óptica automatizada (AOI): cuándo ejecutar cada uno en PCBA FAQ (costo, plazo de entrega, archivos DFM, materiales, pruebas)
P: ¿Cómo afecta la adición de SPI al costo de spi vs aoi: when to run each in pcba?
La adición de SPI generalmente agrega un pequeño cargo NRE (Ingeniería No Recurrente) por programación, pero ahorra una cantidad significativa de dinero en la producción en masa al reducir los desechos. Para APTPCB, el 3D SPI es a menudo estándar para placas complejas para garantizar la calidad.
P: ¿Ejecutar tanto SPI como AOI aumenta el plazo de entrega de producción? Generalmente, no. Las máquinas SPI y AOI modernas operan "en línea" a la velocidad de la línea de producción. La inspección ocurre mientras la siguiente placa se está imprimiendo o montando, por lo que no crea un cuello de botella a menos que la tasa de defectos sea extremadamente alta.
P: ¿Qué archivos DFM se requieren para programar equipos spi vs aoi: when to run each in pcba?
Debe proporcionar archivos Gerber (específicamente la capa de pasta para SPI y la serigrafía/cobre para AOI), datos Centroid/Pick-and-Place (XY) y una lista de materiales (BOM) con números de pieza del fabricante para identificar los tipos de encapsulado de los componentes.
P: ¿Puede la AOI reemplazar las pruebas eléctricas (ICT/FCT)? No. La AOI verifica defectos físicos (orientación, uniones de soldadura), pero no puede verificar si un chip es eléctricamente funcional o si un condensador tiene la capacitancia correcta. La AOI y las pruebas eléctricas son complementarias.
P: ¿Cómo afectan los materiales de PCB a la precisión de spi vs aoi: when to run each in pcba?
Los materiales altamente reflectantes (como la máscara de soldadura blanca) o muy flexibles (como las PCB flexibles delgadas) pueden desafiar a las cámaras ópticas. Las PCB flexibles a menudo requieren soportes rígidos para asegurar la planitud necesaria para una inspección 3D precisa.
P: ¿Cuáles son los criterios de aceptación para spi vs aoi: when to run each in pcba?
La aceptación se basa generalmente en la norma IPC-A-610 (Aceptabilidad de ensamblajes electrónicos). La Clase 2 es estándar para el sector de consumo/industrial, mientras que la Clase 3 es para alta fiabilidad (médico/aeroespacial) y requiere umbrales de inspección más estrictos.
P: ¿Cubre spi vs aoi: when to run each in pcba los componentes de orificio pasante?
SPI es estrictamente para pasta SMT. AOI puede inspeccionar las uniones de soldadura de orificio pasante (calidad del filete) y la presencia de componentes, pero la inspección visual manual a veces todavía se utiliza para ensamblajes THT complejos.
P: ¿Por qué es importante una lista de verificación de control de calidad de entrada (IQC) para PCBA para el éxito de la inspección? Si la PCB en bruto tiene almohadillas oxidadas o los componentes son del tamaño incorrecto (entradas), SPI y AOI generarán una gran cantidad de falsas alarmas o no detectarán problemas. IQC asegura que las entradas coincidan con los parámetros del programa.
Recursos para spi vs aoi: when to run each in pcba (páginas y herramientas relacionadas)
- Inspección SPI: Profundice en cómo funciona la inspección de pasta de soldadura y los defectos específicos que previene en la etapa de impresión.
- Inspección AOI: Descripción detallada de las capacidades de la inspección óptica automatizada para detectar errores de colocación y soldadura.
- Control de Calidad de Entrada: Aprenda cómo se verifican las materias primas antes del ensamblaje, un precursor crucial para una inspección automatizada exitosa.
- Directrices DFM: Consejos de diseño para asegurar que su diseño de PCB esté optimizado para equipos de inspección automatizada.
- Ensamblaje SMT y THT: Comprender el proceso completo de ensamblaje ayuda a contextualizar dónde encajan SPI y AOI en la línea de producción.
- Sistema de Calidad: Explore el marco de calidad más amplio que rige los estándares de inspección y las certificaciones.
inspección de pasta de soldadura (SPI) vs y la inspección óptica automatizada (AOI): cuándo ejecutar cada uno en PCBA (revisión DFM + precios)
¿Listo para pasar de la planificación a la producción? Solicite un presupuesto a APTPCB para obtener una revisión DFM completa que incluye un análisis de sus requisitos de inspección.
Para obtener el presupuesto y el plan de inspección más precisos, proporcione:
- Archivos Gerber: Incluyendo capas de pasta, máscara y serigrafía.
- BOM (Lista de Materiales): Con números de pieza completos del fabricante.
- Datos XY: Archivo de centroide para la colocación de componentes.
- Volumen: Cantidades de prototipos vs. producción en masa (influye en la estrategia de inspección).
- Requisitos especiales: IPC Clase 2 vs. Clase 3, o necesidades de prueba específicas.
inspección de pasta de soldadura (SPI) vs y la inspección óptica automatizada (AOI): cuándo ejecutar cada uno en PCBA – próximos pasos
Decidir sobre spi vs aoi: when to run each in pcba no se trata de elegir uno sobre el otro, sino de construir una estrategia de defensa en profundidad para sus productos electrónicos. El SPI asegura la base garantizando una impresión de soldadura perfecta, mientras que el AOI actúa como el verificador final de la integridad del ensamblaje. Al definir especificaciones claras, comprender los riesgos y validar las capacidades de su proveedor, puede reducir significativamente los costos de retrabajo y asegurar una entrega confiable.