AoI spi meilleures pratiques

Bonnes pratiques Inspection Optique Automatisée (AOI) Inspection de la Pâte à Souder (SPI) : ce que couvre ce guide (et à qui il s'adresse)

Dans le monde à enjeux élevés de la fabrication électronique, se fier uniquement à l'inspection visuelle manuelle est une stratégie vouée à l'échec. Ce guide se concentre sur les bonnes pratiques AOI SPI — spécifiquement l'intégration de l'Inspection Optique Automatisée (AOI) et de l'Inspection de la Pâte à Souder (SPI) dans une boucle de contrôle qualité cohérente. Il est conçu pour les responsables des achats, les ingénieurs qualité et les chefs de produit qui doivent aller au-delà des métriques de base "réussite/échec" et comprendre les nuances techniques qui déterminent le rendement et la fiabilité.

Vous obtiendrez une approche structurée pour définir les critères d'inspection, identifier les risques de processus cachés et valider les capacités des fournisseurs. Nous allons au-delà des conseils génériques pour fournir des spécifications concrètes pour les seuils de volume de soudure, les angles d'éclairage et les boucles de rétroaction des données. L'objectif est de vous doter des connaissances nécessaires pour auditer efficacement un fabricant sous contrat et garantir que votre production de PCBA (Printed Circuit Board Assembly) évolue sans pic de taux de défauts.

Chez APTPCB (APTPCB PCB Factory), nous constatons souvent que la différence entre un rendement de premier passage de 95 % et de 99,9 % réside dans la rigueur avec laquelle ces machines d'inspection sont programmées et entretenues. Ce guide vous aide à faire respecter ces normes rigoureuses. Que vous construisiez des capteurs automobiles ou des appareils IoT grand public, maîtriser ces protocoles d'inspection est le seul moyen de garantir une qualité constante en volume.

Bonnes pratiques Inspection Optique Automatisée (AOI) Inspection de la Pâte à Souder (SPI) sont la bonne approche (et quand elles ne le sont pas)

Comprendre la portée de l'inspection automatisée est la première étape pour la mettre en œuvre efficacement, alors définissons où ces technologies apportent le plus de valeur.

Les meilleures pratiques AOI SPI sont l'approche obligatoire lorsque votre conception comporte des composants SMT (Surface Mount Technology) plus petits que 0402, des Ball Grid Arrays (BGA) ou des QFN à pas fin. Dans ces scénarios, l'œil humain ne peut pas détecter de manière fiable les problèmes de volume de pâte à souder ou les légers soulèvements de joints. Le SPI est essentiel ici car environ 70 % des défauts SMT proviennent de l'étape d'impression ; les détecter avant la refusion permet d'économiser des coûts de retouche importants. De même, l'AOI post-refusion est indispensable pour les secteurs à haute fiabilité comme l'automobile, l'aérospatiale et le médical, où une seule défaillance de joint peut être catastrophique.

Cependant, cette approche rigoureuse pourrait être excessive pour des prototypes traversants extrêmement simples et à faible volume, où l'inspection manuelle est plus rapide et plus rentable. Si vous construisez une douzaine de cartes avec de grands composants 1206 et sans circuits intégrés à pas fin, le temps de configuration pour l'AOI 3D et le SPI pourrait l'emporter sur les avantages. Pourtant, dès que vous passez à des séries de production dépassant 50 à 100 unités, ou si la densité de votre carte augmente, la précision automatisée du SPI et de l'AOI devient non négociable pour maintenir le débit et la qualité.

Exigences à définir avant de faire un devis

Pour vous assurer que votre partenaire de fabrication respecte les meilleures pratiques AOI SPI, vous devez établir des exigences techniques claires dès le départ plutôt que de vous fier à leurs paramètres par défaut.

Seuils de Volume SPI: Définissez les pourcentages acceptables de volume de pâte à souder, généralement de 70% à 130% du volume de l'ouverture du pochoir.
Limites de Hauteur SPI: Spécifiez la hauteur minimale et maximale de la pâte, généralement ±50% de l'épaisseur de la feuille du pochoir (par exemple, pour un pochoir de 100µm, les limites pourraient être de 50µm à 150µm).
Zone et Décalage: Établissez des critères pour la couverture de la zone de pâte (min 70%) et le décalage X/Y maximal (généralement <20% de la largeur du pad) pour éviter l'effet de pierre tombale.
Type de Caméra AOI: Exigez une AOI 3D pour les cartes complexes afin de mesurer la hauteur et la coplanarité des composants, et pas seulement des images 2D de dessus.
Configurations d'Éclairage: Spécifiez un éclairage multi-angle (RVB ou blanc) pour détecter les broches soulevées et les formes de ménisque sur différentes finitions de surface (HASL vs. ENIG).
Vitesse d'Inspection vs. Résolution: Définissez la résolution requise (par exemple, taille de pixel de 10µm ou 15µm) en fonction de votre plus petit composant (0201 ou 01005).
Taux de Faux Appels (FCR): Fixez un objectif pour les faux appels (par exemple, <500 ppm) afin de garantir que les opérateurs ne deviennent pas désensibilisés aux alarmes.
Rétention des Données: Exigez le stockage des images SPI et AOI pour chaque carte (réussie et échouée) pendant au moins 1 à 2 ans pour la traçabilité.
Rétroaction en Boucle Fermée: Demandez la capacité de la machine SPI à communiquer avec la sérigraphie pour corriger automatiquement les décalages d'alignement.
Norme de classification des défauts: Indiquer explicitement l'adhésion aux normes IPC-A-610 Classe 2 ou Classe 3 pour tous les critères d'inspection automatisée.
Exigences relatives aux repères fiduciels: Exiger des repères fiduciels globaux et locaux dans vos données de conception pour garantir que les machines puissent se verrouiller précisément sur la carte.
Qualité de la carte nue: Bien que le SPI vérifie la pâte, assurez-vous que les notes de fabrication spécifient le contrôle de la gravure des couches internes et la planéité, car les cartes déformées provoquent des erreurs de mesure de hauteur du SPI.

Les risques cachés qui entravent la montée en puissance

Même avec des exigences définies, des variables de processus spécifiques peuvent silencieusement saper votre stratégie d'inspection si elles ne sont pas gérées activement.

Déformation du PCB altérant la hauteur du SPI
- Pourquoi: Les PCB minces ou une distribution inégale du cuivre provoquent un bombement pendant l'impression. Le SPI mesure la hauteur par rapport à la surface de la carte ; la déformation fausse cette référence.
- Détection: Forte variance dans les lectures de hauteur de pâte sur l'ensemble du panneau.
- Prévention: Utiliser des blocs de support sous vide pendant l'impression et l'inspection ; spécifier des matériaux à Tg élevé.
Effets d'ombrage sur l'AOI
- Pourquoi: Les composants hauts (condensateurs électrolytiques) bloquent la lumière atteignant les petites pièces adjacentes, cachant les joints de soudure de la caméra.
- Détection: Zones "non inspectées" ou faux positifs fréquents près des pièces hautes.
- Prévention: Examiner la disposition des composants pour la ligne de visée ; utiliser l'AOI 3D avec des caméras à angle latéral ou la profilométrie laser.
Désaccord de conception d'ouverture de pochoir

Pourquoi: Si la conception du pochoir ne correspond pas à celle du pad (par exemple, rapport 1:1 sur les grands pads), l'SPI signalera des erreurs de volume même si le joint est fiable.
- Détection: Défaillance SPI constante sur des pads larges spécifiques (dissipateurs thermiques, blindage).
- Prévention: Appliquer des réductions d'ouverture de type "home-plate" ou "window-pane" au stade DFM.

Oxydation des Finitions de Surface
- Pourquoi: Les pads OSP ou ENIG oxydés réfléchissent la lumière différemment, ce qui perturbe les algorithmes AOI recherchant des angles de mouillage spécifiques.
- Détection: L'AOI signale un "mauvais mouillage" malgré de bonnes soudures ; la confirmation visuelle montre de bonnes soudures mais des pads ternes.
- Prévention: Contrôle strict de la durée de conservation des cartes nues ; cuisson des cartes en cas de suspicion d'humidité/oxydation.
Dérive du Seuil de Programmation
- Pourquoi: Les opérateurs peuvent élargir les fenêtres d'acceptation pour réduire les faux positifs pendant une période de rush, permettant ainsi à de réels défauts de s'échapper.
- Détection: Chute soudaine du FCR (False Call Rate) accompagnée de défaillances lors des tests fonctionnels en aval.
- Prévention: Verrouiller les autorisations de programmation ; exiger l'approbation de l'ingénierie pour les modifications de seuil.
Instabilité du Cadre de Panélisation
- Pourquoi: Les rails de panneau faibles vibrent pendant le mouvement du convoyeur, provoquant des images floues ou une inspection mal alignée.
- Détection: Décalages d'inspection aléatoires ou erreurs de "composant manquant" lorsque les composants sont présents.

Prévention: Suivre un guide de conception de panelisation strict pour assurer une rigidité suffisante des rails et une profondeur de rainure en V.

Changements de rhéologie de la pâte à souder
- Pourquoi: La pâte sèche si elle est laissée trop longtemps sur le pochoir, modifiant sa forme et son volume, ce que le SPI pourrait passer de justesse mais qui échoue à la refusion.
- Détection: Tendance progressive à la diminution du volume de pâte au cours d'un quart de travail.
- Prévention: Mettre en œuvre des cycles de "malaxage" et un suivi strict de la durée de vie de la pâte (par exemple, 4 heures de vie sur le pochoir).
Variations de couleur des composants
- Pourquoi: L'approvisionnement de pièces alternatives avec des couleurs de corps différentes (par exemple, condensateurs bleus vs noirs) perturbe la correspondance des couleurs de l'AOI 2D.
- Détection: Taux élevé de fausses défaillances sur des MPN spécifiques après le chargement d'une nouvelle bobine.
- Prévention: Utiliser l'OCR (reconnaissance optique de caractères) et des algorithmes basés sur la forme plutôt que de se fier uniquement à la couleur/au contraste.
Échec de la reconnaissance des repères
- Pourquoi: Des repères mal gravés ou couverts empêchent la machine d'aligner le système de coordonnées.
- Détection: La machine s'arrête fréquemment ou inspecte les mauvais emplacements (décalage).
- Prévention: S'assurer que les repères sont exempts de masque de soudure et de sérigraphie ; vérifier que le contrôle de la gravure des couches internes n'affecte pas l'enregistrement des couches externes.
Silos de données
- Pourquoi: Les données SPI ne sont pas analysées conjointement avec les données AOI ; vous manquez la corrélation selon laquelle une "pâte marginale" équivaut à un "risque de tombstone".

Détection: Défauts récurrents qui auraient pu être prédits par les tendances SPI.
Prévention: Intégrer le SPI et l'AOI dans un MES (Manufacturing Execution System) central pour l'analyse des tendances.

Plan de validation (quoi tester, quand et ce que signifie « réussi »)

Pour vérifier que les meilleures pratiques AOI SPI sont réellement en place, vous avez besoin d'un plan de validation qui va au-delà de la simple confiance en la parole du fournisseur.

Création de la carte de référence (Golden Board)
- Objectif: Établir une base de référence pour un assemblage "parfait".
- Méthode: Assembler une carte, la vérifier manuellement par un expert IPC de Classe 3, et la scanner comme référence maître.
- Critères: Zéro défauts trouvés manuellement ; la programmation de la machine correspond à cette carte comme "Réussi".
Introduction de défauts (Le test du "Lapin Rouge")
- Objectif: Prouver que les machines peuvent réellement détecter les défauts.
- Méthode: Introduire délibérément des erreurs (pièce manquante, polarité incorrecte, pastilles pontées, pâte insuffisante) sur une carte de test.
- Critères: L'AOI/SPI doit détecter 100 % des défauts introduits. Zéro défauts non détectés autorisés.
Gage R&R (Répétabilité et Reproductibilité)
- Objectif: Assurer la cohérence des mesures.
- Méthode: Faire passer la même carte dans la machine 10 fois sans modifier les réglages.
- Critères: La variation de mesure (rapport P/T) doit être <10 % pour les caractéristiques critiques comme la coplanarité BGA.
Test de stress du taux de fausses alertes
- Objectif: Vérifier l'efficacité du processus et la confiance de l'opérateur.

Méthode: Exécuter un lot de 50 cartes reconnues comme bonnes.
Critères: Les fausses alertes doivent être <500 ppm (parties par million). Un nombre élevé de fausses alertes indique une mauvaise programmation.

Vérification de la plus petite caractéristique
- Objectif: Confirmer la capacité de résolution.
- Méthode: Inspecter le plus petit composant (par exemple, 0201) et le CI à pas le plus serré.
- Critères: La machine résout clairement le ménisque de soudure et les congés de pointe/talon dans les données d'image.
Validation de l'ombrage
- Objectif: Vérifier les angles morts.
- Méthode: Inspecter les petits composants placés immédiatement à côté de connecteurs hauts.
- Critères: La reconstruction 3D montre des données de hauteur valides, et non des données estimées ou interpolées.
Vérification OCR / Polarité
- Objectif: Vérifier la reconnaissance de texte.
- Méthode: Utiliser des composants de tailles de corps similaires mais avec des marquages différents.
- Critères: L'AOI identifie correctement le texte/la marque de polarité et signale les non-concordances.
Précision du volume de pâte à souder
- Objectif: Calibrer les lectures SPI.
- Méthode: Mesurer un dépôt spécifique avec un microscope 3D hors ligne et le comparer aux données SPI en ligne.
- Critères: L'écart entre la métrologie hors ligne et le SPI en ligne doit être <5%.
Compensation de l'étirement/rétraction du panneau
- Objectif: Tester l'alignement dynamique.
- Méthode: Exécuter un panneau avec une légère dilatation linéaire (simulée ou réelle).

Critères: La machine ajuste les fenêtres d'inspection en fonction des repères locaux pour se centrer sur les pastilles.

Audit de traçabilité des données
- Objectif: S'assurer que les enregistrements sont conservés.
- Méthode: Demander les images SPI et AOI pour un numéro de série spécifique produit il y a 3 jours.
- Critères: Le fournisseur récupère les images spécifiques et les données paramétriques dans les 15 minutes.

Liste de contrôle du fournisseur (RFQ + questions d'audit)

Utilisez cette liste de contrôle pour auditer APTPCB ou tout autre fournisseur afin de vous assurer qu'ils respectent les meilleures pratiques AOI SPI robustes.

Entrées RFQ (Demandez-les dans votre dossier de devis)

Utilisez-vous le SPI 3D pour toutes les lignes SMT, ou uniquement pour les produits à pas fin?
Quelle est la taille minimale de composant que votre AOI peut inspecter de manière fiable (0201, 01005)?
Disposez-vous de stations de programmation hors ligne pour éviter les temps d'arrêt pendant la configuration NPI?
Pouvez-vous fournir un exemple de format de rapport SPI/AOI avec le devis?
L'inspection aux rayons X est-elle disponible pour les BGA/QFN afin de compléter l'AOI?
Soutenez-vous les critères d'inspection IPC-A-610 Classe 3?
Quelle est votre procédure standard pour gérer les fausses alertes?
Facturez-vous des frais supplémentaires pour les gabarits d'inspection personnalisés ou la programmation?
Pouvez-vous importer des données ODB++ ou IPC-2581 pour une programmation plus rapide?
Avez-vous un guide de conception de panelisation documenté pour optimiser le débit d'inspection?

Preuve de capacité (Vérifier lors de la visite sur site ou de l'audit vidéo)

Démontrer le test "Red Rabbit" (carte défectueuse) sur la ligne de production.
Montrer la reconstruction d'image 3D d'un BGA ou d'un connecteur haut.
Montrer comment la machine SPI communique les données de décalage à la sérigraphie.
Vérifier les angles d'éclairage utilisés pour vérifier les broches soulevées sur les CI.
Vérifier le réglage de la résolution sur la machine (par exemple, 15µm vs 25µm).
Confirmer que la base de données de la bibliothèque est centralisée (non locale à une seule machine).
Vérifier la capacité de la machine à lire les codes-barres 2D sur le PCB.
Demander à voir le journal de maintenance pour l'étalonnage de la caméra.

Système Qualité & Traçabilité

Les données d'inspection sont-elles liées au numéro de série du PCB dans le MES ?
Combien de temps les données d'image (réussite/échec) sont-elles conservées ?
Les opérateurs sont-ils certifiés IPC-A-610 ?
Existe-t-il une "boucle fermée" où les défauts AOI déclenchent un examen des données SPI pour cette carte ?
Montrer les graphiques SPC (Statistical Process Control) pour le volume de pâte à souder.
Quel est le processus d'escalade si des défauts consécutifs sont trouvés ?
Comment les "fausses défaillances" sont-elles vérifiées ? Un microscope est-il utilisé ?
Existe-t-il une zone de ségrégation pour les cartes qui échouent à l'AOI ?

Contrôle des Changements & Livraison

Qui est autorisé à modifier les tolérances d'inspection (Ingénieurs vs Opérateurs) ?
Comment les mises à jour de programme sont-elles gérées lorsque la nomenclature change (par exemple, nouveau fabricant) ?
Existe-t-il un journal de toutes les modifications de programme avec horodatages et identifiants d'utilisateur ?
Pouvez-vous fournir un Certificat de Conformité (CoC) listant les résultats d'inspection ?
Comment gérez-vous l'inspection pour les prototypes urgents "à rotation rapide" ?
Effectuez-vous une Inspection du Premier Article (FAI) à l'aide d'un système séparé ?
Les pochoirs sont-ils inspectés/nettoyés automatiquement pour prévenir les défaillances SPI ?
Comment validez-vous les mises à jour logicielles des nouveaux équipements avant leur utilisation en production ?

Guide de décision (compromis que vous pouvez réellement choisir)

La mise en œuvre des meilleures pratiques AOI SPI implique d'équilibrer les coûts, la vitesse et les risques. Voici comment naviguer parmi les compromis courants.

AOI 3D vs 2D: Si vous privilégiez la détection des fils levés et des problèmes de coplanarité (essentiel pour l'automobile), choisissez l'AOI 3D. Si vous privilégiez la vitesse et un coût inférieur pour les cartes grand public simples avec uniquement des résistances CMS, l'AOI 2D peut suffire, mais vous acceptez le risque de manquer des défauts basés sur la hauteur.
Inspection en ligne vs hors ligne: Si vous privilégiez un débit élevé et un retour d'information immédiat sur le processus, choisissez l'AOI/SPI en ligne. Si vous privilégiez la flexibilité pour de très petits lots (5-10 pièces) où l'intégration de la ligne prend trop de temps, l'inspection hors ligne (sur établi) est acceptable, à condition que les critères restent stricts.
Vitesse vs Résolution: Si vous privilégiez la détection des défauts sur les puces 01005, choisissez la Haute Résolution (10-15µm), ce qui ralentit la ligne. Si vous privilégiez le nombre maximal de battements par heure (BPH) et que vous n'avez pas de pièces plus petites que 0603, choisissez la Résolution Standard (20-25µm).
Tolérances strictes vs. lâches: Si vous privilégiez zéro défaut (aucune carte défectueuse livrée aux clients), choisissez des tolérances strictes, mais prévoyez un budget pour une révision manuelle plus élevée des faux positifs. Si vous privilégiez le flux et une faible intervention de l'opérateur, choisissez des tolérances plus lâches, mais comprenez le risque qu'un joint marginal puisse passer.
Inspection à 100% vs. Échantillonnage: Si vous privilégiez la fiabilité, choisissez l'inspection à 100% (standard pour SPI/AOI). L'échantillonnage est généralement déconseillé pour les processus d'inspection automatisés, car les machines sont conçues pour une couverture à 100% sans pénalité sur le temps de cycle.
Stockage des données vs. Coût: Si vous privilégiez une protection complète de la responsabilité, choisissez la conservation complète des images, ce qui nécessite un stockage serveur important. Si vous privilégiez un faible coût informatique, choisissez uniquement les données paramétriques (journaux de réussite/échec), mais vous perdez la capacité d'auditer visuellement les productions passées.

FAQ

Quelle est la différence entre SPI et AOI ? Le SPI (Inspection de la Pâte à Souder) a lieu avant le placement des composants pour vérifier le volume et la hauteur de la pâte. L'AOI (Inspection Optique Automatisée) a lieu après la refusion (généralement) pour vérifier le placement des composants, la polarité et la qualité des joints de soudure.

Pourquoi le SPI est-il considéré comme plus critique pour le rendement que l'AOI ? Le SPI est proactif ; il détecte les erreurs d'impression (qui causent environ 70% des défauts) avant le placement des composants, permettant de nettoyer et de réimprimer la carte à faible coût. L'AOI est réactif ; les défauts trouvés nécessitent une reprise coûteuse avec des fers à souder. L'AOI peut-elle remplacer les tests électriques (ICT/FCT) ? Non. L'AOI vérifie l'apparence physique (joints de soudure, alignement), mais elle ne peut pas vérifier les valeurs électriques, la fonction du micrologiciel ou les joints de soudure cachés (comme sous les BGA). Vous avez besoin des deux.

Comment la panelisation affecte-t-elle les performances de l'AOI ? Un bon guide de conception de panelisation assure un placement cohérent des repères et la rigidité de la carte. Si un panneau vibre ou manque de repères, la machine AOI ne peut pas s'aligner correctement, ce qui entraîne de faux appels ou des inspections manquées.

Qu'est-ce qu'un "faux positif" et pourquoi est-ce mauvais ? Un faux positif se produit lorsque la machine signale une bonne carte comme mauvaise. Des taux élevés de faux positifs amènent les opérateurs à ignorer les alarmes ou à "valider automatiquement" les cartes sans les examiner, ce qui finit par laisser échapper de vrais défauts.

Ai-je besoin d'une AOI 3D pour des cartes simples ? Pas nécessairement. Pour les cartes avec seulement de grands composants passifs et des boîtiers SOIC, l'AOI 2D est souvent suffisante. La 3D est obligatoire pour vérifier les problèmes sensibles à la hauteur comme les broches soulevées sur les QFP ou la coplanarité sur les connecteurs.

Comment savoir si l'AOI de mon fournisseur fonctionne réellement ? Demandez le test "Red Rabbit" lors d'un audit. Demandez-leur de faire passer une carte avec des défauts connus ; si la machine la valide, leur processus est défectueux.

L'AOI vérifie-t-elle les défauts des couches internes ? Non, l'AOI vérifie l'assemblage de surface. Le contrôle de la gravure des couches internes est vérifié lors de la fabrication du PCB nu à l'aide de différents scanners optiques (AOI pour cartes nues) ou de tests électriques à sonde volante.

Pages et outils associés

Services d'inspection AOI – Plongez dans la manière dont APTPCB configure l'inspection optique pour différentes classes IPC.
Capacités d'inspection SPI – Comprenez les métriques spécifiques que nous utilisons pour contrôler le volume de pâte à souder et prévenir les courts-circuits.
Directives DFM – Lecture essentielle pour la panelisation et le placement des repères afin de garantir que votre conception est prête pour l'inspection.
Aperçu du système qualité – Découvrez comment les données d'inspection s'intègrent dans notre cadre qualité plus large certifié ISO.
Inspection du premier article (FAI) – Apprenez comment nous validons la toute première carte avant le début de la production de masse.
Assemblage SMT et THT – Contexte sur la façon dont l'inspection s'intègre dans le processus plus large d'assemblage en surface et traversant.

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Fichiers Gerber (format RS-274X) incluant les couches de pâte, de sérigraphie et de perçage.
Fichier Centroid/Pick-and-Place (coordonnées XY) pour la programmation des machines d'inspection.
Nomenclature (BOM) avec les références fabricant.
Plans d'assemblage indiquant les marques de polarité et les notes d'inspection spéciales.
Exigences de test (par exemple, "100% AOI 3D requis", "inspection de Classe 3").

Conclusion

Maîtriser les meilleures pratiques AOI SPI ne consiste pas seulement à acheter des machines coûteuses ; il s'agit de la discipline de la définition des tolérances, de la validation des processus et de la fermeture de la boucle de données. En spécifiant des exigences claires pour le volume de soudure et l'éclairage, et en auditant votre fournisseur par rapport aux risques décrits dans ce guide, vous transformez l'inspection d'un goulot d'étranglement en un avantage stratégique. APTPCB s'engage à ce niveau de transparence et de précision, garantissant que chaque carte quittant la ligne respecte les normes rigoureuses exigées par votre produit.