L'Inspection de la Pâte à Souder (SPI) est la porte de qualité la plus critique dans le processus de Technologie de Montage en Surface (SMT), car près de 70 % des défauts de soudure proviennent de l'étape d'impression. Ce tutoriel d'inspection SPI fournit un cadre pratique aux ingénieurs pour établir des critères d'acceptation, configurer les paramètres machine et dépanner les erreurs d'impression avant le placement des composants. Chez APTPCB (APTPCB PCB Factory), nous utilisons le SPI 3D pour garantir que le volume, la surface et la hauteur de la pâte à souder respectent les spécifications IPC strictes, évitant ainsi des retouches coûteuses plus tard sur la chaîne d'assemblage.
L'Inspection de la Pâte à Souder (SPI) : réponse rapide (30 secondes)
Pour les ingénieurs qui mettent en place une ligne de production, voici les paramètres et limites essentiels pour un processus SPI réussi :
- Seuils de Volume : L'acceptation standard est généralement de 75 % à 125 % du volume théorique de l'ouverture du pochoir.
- Limites de Hauteur : La hauteur de la pâte à souder doit généralement se situer entre 60 µm et 150 µm, selon l'épaisseur du pochoir (généralement ±30 % de l'épaisseur de la feuille).
- Couverture de Surface : La couverture de surface minimale est souvent fixée à 80 % pour assurer une couverture suffisante du pad de mouillage.
- Tolérance de Décalage : Le décalage X/Y maximal est généralement limité à <20 % de la largeur du pad pour éviter le pontage ou l'effet pierre tombale.
- Point Critique : Priorisez les pads à pas fin (0,4 mm et moins) et les pads BGA, car ce sont les plus susceptibles de présenter une pâte insuffisante.
- Validation : Effectuez toujours une vérification par "carte de référence" (Golden Board) après le nettoyage du pochoir ou l'installation d'une nouvelle raclette.
L'Inspection de la Pâte à Souder (SPI) s'applique (et quand il ne s'applique pas)
Comprendre quand déployer des protocoles SPI rigoureux garantit un contrôle qualité rentable sans goulots d'étranglement inutiles.
Quand appliquer des protocoles SPI stricts :
- Composants à pas fin (Fine Pitch) : Essentiel pour les 0201, 01005, QFN et BGA où l'inspection visuelle est impossible ou peu fiable.
- Secteurs à haute fiabilité : Obligatoire pour les PCBA automobiles, médicales et aérospatiales où la fiabilité des joints est non négociable.
- Production à grand volume : Critique pour les boucles de rétroaction automatisées où les données SPI corrigent automatiquement l'alignement de l'imprimante.
- Applications de pochoirs étagés (Step-Stencil) : Nécessaire pour vérifier le dépôt complexe de pâte sur les cartes nécessitant plusieurs hauteurs de pâte.
Quand le SPI peut être simplifié ou ignoré :
- Assemblage manuel de prototypes : Si la pâte est appliquée manuellement ou via un simple gabarit pour une seule carte, l'inspection SPI automatisée n'est pas réalisable.
- Grandes cartes uniquement THT : Si la carte utilise principalement la technologie à trous traversants (Through-Hole Technology) avec un minimum de SMT, l'inspection visuelle peut suffire.
- Électronique grand public à faible densité : Pour les conceptions simples avec de grands composants 1206, l'inspection 2D pourrait remplacer une analyse volumétrique 3D complète.
L'Inspection de la Pâte à Souder (SPI) (paramètres clés et limites)
Pour configurer correctement votre machine, vous devez définir des critères de réussite/échec spécifiques. Le tableau suivant présente les règles standard utilisées dans un flux de travail robuste de tutoriel d'inspection SPI.
| Règle | Valeur/Plage Recommandée | Pourquoi c'est important | Comment vérifier | Si ignoré |
|---|---|---|---|---|
| Volume % | 75% – 125% | Assure suffisamment de soudure pour un joint solide sans pontage. | Analyse volumétrique SPI 3D | Joints secs (faible) ou courts-circuits (élevé). |
| Hauteur % | 70% – 130% de la feuille de pochoir | Prévient les "oreilles de chien" ou une hauteur de pic insuffisante pour le contact des composants. | Triangulation laser / Moiré | Joints ouverts ou décalage des composants. |
| Surface % | > 80% de l'ouverture | Garantit que la pâte couvre suffisamment la surface du pad pour le mouillage. | Traitement d'image 2D/3D | Mauvais angles de mouillage et liaisons mécaniques faibles. |
| Décalage X/Y | < 20% de la largeur du pad | Empêche la pâte de toucher le masque ou les pads adjacents. | Vérification des repères d'alignement | Pontage, effet pierre tombale ou billes de soudure. |
| Détection de pontage | 0 (Aucun autorisé) | Toute connexion entre les pads est un court-circuit garanti. | Analyse d'écart par algorithme | Court-circuit électrique immédiat après refusion. |
| Déformation de forme | < 20% de déviation | Indique un affaissement ou un mauvais démoulage du pochoir. | Analyse de contour | Formes de joint incohérentes et vides potentiels. |
| Coplanarité (BGA) | < 30µm de variance | Assure que toutes les billes d'un BGA touchent la pâte simultanément. | Comparaison de hauteur multi-pads | Défauts Head-in-Pillow (HiP) sur les BGA. |
| Viscosité de la pâte | Surveiller la fenêtre de processus | Affecte la façon dont la pâte roule et se libère, impactant le volume. | Rhéomètre (Hors ligne) | Volume d'impression incohérent sur toute la carte. |
| Vitesse de la raclette | 20 – 100 mm/sec | Trop rapide provoque des sauts ; trop lent provoque des bavures. | Journal des paramètres de l'imprimante | Hauteur variable ou pâte étalée. |
| Vitesse de séparation | 0,5 – 2,0 mm/sec | Critique pour définir la netteté des bords des briques de pâte. | Écran de configuration de l'imprimante | "Oreilles de chien" ou dépôts de pâte en pointe. |
L'Inspection de la Pâte à Souder (SPI) (points de contrôle du processus)
La mise en œuvre du SPI nécessite l'intégration de la machine d'inspection dans la ligne SMT et l'établissement d'une boucle de rétroaction.
- Conception du pochoir et importation Gerber : Chargez les données Gerber du pochoir dans la machine SPI. Définissez les zones "Keep Out" et identifiez les composants critiques (BGA, QFN) nécessitant des tolérances plus strictes.
- Calibrage du plan zéro : Calibrez la machine à l'aide d'un PCB nu pour établir la référence de "hauteur zéro". Les cartes déformées peuvent fausser les lectures de hauteur, assurez-vous donc que le système de serrage aplatit efficacement le PCB.
- Configuration des paramètres : Définissez la limite supérieure de spécification (USL) et la limite inférieure de spécification (LSL) pour le volume, la surface et la hauteur en fonction du tableau ci-dessus.
- Apprentissage et débogage : Exécutez une "carte dorée" (une impression connue comme bonne). La machine apprend les emplacements des pastilles et les caractéristiques de réflexion typiques. Ajustez les paramètres d'éclairage pour éliminer le bruit des finitions HASL ou ENIG.
- Inspection du Premier Article (IPA) : Imprimez le premier panneau de production. La machine SPI le scanne. Vérifiez manuellement toute défaillance pour exclure les fausses alertes. Si l'impression est bonne, enregistrez les paramètres comme programme maître.
- Configuration du retour d'information en boucle fermée : Connectez la machine SPI à l'imprimante de pâte à souder. Configurez le système pour déclencher un nettoyage automatique du pochoir si des défauts consécutifs (par exemple, des ouvertures bouchées) sont détectés.
- Surveillance de la production : Surveillez les graphiques SPC (Contrôle Statistique des Procédés) en temps réel (carte de contrôle X-barre, carte de contrôle R). Recherchez les tendances, telles qu'une diminution progressive du volume, ce qui indique que le pochoir a besoin d'être nettoyé ou que la pâte doit être réapprovisionnée.
- Examen et traitement des défauts : Lorsque la machine signale un défaut, l'opérateur doit examiner l'image 2D/3D. Les vrais défauts nécessitent que la carte soit lavée et réimprimée. Les fausses alertes nécessitent un réglage fin des paramètres de seuil.
tutoriel d'inspection spi dépannage (modes de défaillance et correctifs)
Même avec des réglages parfaits, des défauts peuvent survenir. Cette section du tutoriel d'inspection spi se concentre sur le diagnostic des modes de défaillance courants.
Symptôme : Volume insuffisant (pâte faible)
- Causes : Ouvertures du pochoir bouchées, pâte séchée, faible pression de la raclette ou pâte insuffisante sur le pochoir.
- Vérifications : Inspectez la propreté du pochoir ; vérifiez le diamètre du rouleau de pâte (devrait être de 15-20 mm).
- Correctif : Effectuez un nettoyage sous le pochoir ; ajoutez de la pâte fraîche ; augmentez légèrement la pression de la raclette.
Prévention : Augmenter la fréquence d'essuyage automatique.
Symptôme : Hauteur excessive (Pics/Oreilles de chien)
- Causes : Mauvaise vitesse de séparation (trop rapide), viscosité de la pâte trop élevée, ou distance de décollement du pochoir incorrecte.
- Vérifications : Vérifier les réglages de vitesse de séparation ; vérifier la date de péremption/le temps d'exposition de la pâte.
- Correction : Ralentir la vitesse de séparation ; remplacer la pâte ancienne.
- Prévention : Contrôler la température et l'humidité dans la salle SMT.
Symptôme : Pontage (Courts-circuits)
- Causes : Pression excessive de la raclette provoquant un "pompage", mauvais support de la carte, ou désalignement.
- Vérifications : Vérifier la présence de bavures de pâte sous le pochoir ; vérifier les broches de support de la carte.
- Correction : Nettoyer soigneusement le dessous du pochoir ; réduire la pression ; réaligner le PCB.
- Prévention : Utiliser de meilleurs outils de support de carte pour éviter la flexion du PCB.
Symptôme : Décalage (Désalignement)
- Causes : PCB non serré fermement, erreur de reconnaissance des repères fiduciels, ou étirement du pochoir.
- Vérifications : Vérifier les repères fiduciels sur le PCB pour l'oxydation ; vérifier la largeur du rail de transport.
- Correction : Nettoyer les repères fiduciels ; ajuster la largeur du rail ; recalibrer l'alignement de l'imprimante.
- Prévention : Maintenance régulière du système de vision de l'imprimante.
Symptôme : Creusement (Hauteur centrale basse)
- Causes : La lame de la raclette est trop souple ou la pression est trop élevée sur les grandes ouvertures.
- Vérifications : Inspecter l'état de la lame en caoutchouc/métal.
Fix: Passez à une raclette métallique ; réduisez la pression ; utilisez une conception d'ouverture en hachures croisées.
Prevention: Optimisez la conception de l'ouverture pour les grandes pastilles.
Symptom: Alertes de débris aléatoires
- Causes: Poussière, fibres ou oxydation sur la carte nue déclenchant de fausses alertes.
- Checks: Inspectez la propreté des PCB entrants.
- Fix: Ajustez la sensibilité ou l'éclairage du SPI ; utilisez un nettoyeur de PCB/nettoyeur de bande avant l'impression.
- Prevention: Améliorez les conditions de stockage des PCB nus.
L'Inspection de la Pâte à Souder (SPI) par rapport à d'autres méthodes
Lors de la conception d'une stratégie de contrôle qualité, les ingénieurs comparent souvent le SPI à d'autres technologies d'inspection.
SPI vs. AOI (Inspection Optique Automatisée) : Le SPI a lieu avant le placement des composants et la refusion, se concentrant uniquement sur la pâte à souder. L'inspection AOI a lieu après la refusion (ou parfois avant la refusion) pour vérifier le placement des composants, la polarité et la qualité finale des joints de soudure. Vous avez besoin des deux : le SPI prévient les défauts, tandis que l'AOI détecte les erreurs de placement.
SPI vs. Inspection aux rayons X : Le SPI utilise des lumières optiques (franges de Moire) pour mesurer la topologie de surface. Il ne peut pas voir à l'intérieur d'un joint. Une introduction à l'inspection aux rayons X expliquerait que les rayons X sont nécessaires pour voir à travers le composant afin de vérifier les vides BGA ou les courts-circuits sous le boîtier après la refusion. Le SPI prédit la qualité BGA en mesurant le volume de pâte, mais les rayons X la confirment.
SPI 2D vs. 3D : Le SPI 2D ne vérifie que la surface et la couverture (comme une caméra). Le SPI 3D mesure la hauteur et le volume. Pour l'électronique moderne avec des tailles de composants variables, le 3D est obligatoire car un pad peut avoir une couverture de surface parfaite mais une hauteur insuffisante, ce qui entraîne une connexion ouverte.
L'Inspection de la Pâte à Souder (SPI) FAQ (coût, délai, défauts courants, critères d'acceptation, fichiers DFM)
1. L'ajout du SPI augmente-t-il le coût de l'assemblage de PCB ? Le coût direct est négligeable par rapport aux économies réalisées. Bien qu'il y ait un temps de configuration de la machine, le SPI réduit les coûts de reprise en détectant les défauts avant le coûteux processus de refusion. APTPCB inclut le SPI comme une partie standard de notre processus qualité pour les cartes complexes.
2. Comment le SPI impacte-t-il le délai de production ? Il ajoute un temps minimal (secondes par panneau) au cycle. La configuration est effectuée en parallèle avec la configuration de l'imprimante. Pour les commandes de PCB à rotation rapide, le léger temps de configuration vaut la réduction des risques.
3. Quels sont les critères d'acceptation pour les passifs 0201 ? Pour les 0201, la cohérence du volume est essentielle. Nous recherchons généralement un volume >80% et <120%, sans aucun pontage autorisé. La variation de hauteur doit être strictement contrôlée pour éviter l'effet de pierre tombale (tombstoning).
4. Le SPI peut-il détecter les défauts sur les pads BGA ? Oui. Le SPI est le meilleur outil pour prévenir les défauts BGA. Il mesure la coplanarité des dépôts de pâte sur l'empreinte BGA. Si un pad a un faible volume, cela provoquera probablement un défaut "Head-in-Pillow".
5. Quels fichiers dois-je envoyer pour la programmation SPI ?
Vous devez fournir les fichiers Gerber de la couche de pâte (généralement .GTP ou .GBP) et le fichier XY Pick and Place (pour la référence des composants).
6. Comment gérez-vous les fausses alertes en SPI ? Les fausses alertes proviennent souvent de la déformation du PCB ou de l'oxydation sur les pastilles. Nous ajustons le plan de référence de hauteur et optimisons les angles d'éclairage. Nous n'élargissons pas simplement les tolérances pour les ignorer.
7. Le SPI est-il nécessaire pour les PCB rigides-flexibles ? Oui, les surfaces des PCB rigides-flexibles peuvent être inégales. Le SPI 3D est crucial pour compenser les légères variations de hauteur dans les zones de transition afin d'assurer un dépôt de pâte correct.
8. Quelle est la différence entre le rapport de surface (Area Ratio) et le rapport d'aspect (Aspect Ratio) dans le contexte du SPI ? Ce sont des termes de conception de pochoir. Le rapport d'aspect est la largeur d'ouverture / l'épaisseur de la feuille (>1,5). Le rapport de surface est la surface de l'ouverture / la surface des parois de l'ouverture (>0,66). Le SPI vérifie si ces rapports ont permis une libération réussie de la pâte.
9. Les données SPI peuvent-elles être utilisées pour le DFM ? Absolument. Si le SPI montre constamment un faible volume sur des pastilles spécifiques, nous transmettons cette information à l'équipe de conception pour ajuster les tailles d'ouverture dans le pochoir ou modifier l'empreinte du PCB dans les révisions futures.
10. Comment le SPI se rapporte-t-il aux bases de l'AOI ? Alors que les bases de l'AOI se concentrent sur la présence des composants et les congés de soudure, le SPI se concentre sur la quantité de matière première (pâte). Une défaillance en SPI est un indicateur précurseur d'une défaillance en AOI.
L'Inspection de la Pâte à Souder (SPI) (termes clés)
| Terme | Définition |
|---|---|
| Volume | La quantité totale de pâte à souder déposée sur un pad, calculée comme Surface × Hauteur. |
| Coplanarity | La différence de hauteur maximale entre les dépôts de pâte les plus hauts et les plus bas au sein d'une seule empreinte de composant (critique pour les BGA). |
| Moiré Fringe | Une technique optique utilisant des motifs d'interférence pour mesurer la hauteur 3D de la pâte à souder. |
| Slump | La tendance de la pâte à souder à s'étaler et à perdre de la hauteur après l'impression mais avant la refusion. |
| Bridging | Pâte à souder connectant deux pads adjacents, entraînant un court-circuit. |
| Dog Ears | Pics de pâte aux coins d'un pad causés par une mauvaise séparation du pochoir. |
| Tombstoning | Un défaut où un composant se dresse sur une extrémité ; souvent causé par un volume de pâte inégal (détecté par SPI). |
| Zero Plane | Le niveau de hauteur de référence de la surface du PCB nu (masque de soudure) utilisé pour calculer la hauteur de la pâte. |
| SPC | Contrôle Statistique des Processus ; utilisation des données SPI pour surveiller la stabilité du processus au fil du temps. |
| Transfer Efficiency | Le pourcentage du volume de pâte déposé sur le PCB par rapport au volume de l'ouverture. |
L'Inspection de la Pâte à Souder (SPI) (revue DFM + tarification)
Prêt à maximiser le rendement de votre PCBA ? APTPCB propose une inspection SPI 3D complète dans le cadre de nos services d'assemblage, garantissant que vos cartes répondent aux normes de fiabilité les plus élevées.
Pour obtenir un devis précis et une revue DFM, veuillez envoyer :
- Fichiers Gerber : Plus précisément la couche de pâte et les couches de cuivre.
- BOM (Nomenclature) : Pour identifier les composants critiques comme les BGA ou les connecteurs à pas fin.
- Dessins d'assemblage : Indiquant toute exigence spéciale de masquage ou de pâte.
- Quantité : Volume de prototype ou de production de masse.
L'Inspection de la Pâte à Souder (SPI)
La mise en œuvre d'un flux de travail robuste pour le tutoriel d'inspection SPI est l'étape la plus efficace pour réduire les défauts SMT. En surveillant strictement les paramètres de volume, de hauteur et de décalage, les ingénieurs peuvent pratiquement éliminer les problèmes de soudure avant qu'ils ne deviennent permanents. Que vous prototypiez une carte HDI complexe ou que vous augmentiez la production, le recours à des processus SPI basés sur les données garantit que chaque joint est mécaniquement et électriquement sain.