inspection de la pâte à souder (SPI) vs inspection optique automatisée (AOI) : quand utiliser chacun en PCBA : définition, portée et public visé par ce guide
Comprendre les rôles distincts de l'inspection de la pâte à souder (SPI) et de l'inspection optique automatisée (AOI) est essentiel pour optimiser le rendement dans la fabrication électronique moderne. Bien que les deux technologies visent à détecter les défauts, elles opèrent à différentes étapes de la ligne SMT et ciblent différentes causes profondes. Ce guide clarifie le processus de prise de décision pour SPI vs AOI : quand utiliser chacun en PCBA, aidant les responsables des achats et les ingénieurs qualité à équilibrer les coûts et les risques de fiabilité.
L'ISP se concentre sur la toute première étape du processus SMT – l'impression de la pâte à souder – mesurant le volume, la hauteur et la surface des dépôts de pâte avant que les composants ne soient placés. En revanche, l'AOI est généralement déployée après la soudure par refusion pour vérifier le placement des composants, la polarité et la qualité des joints de soudure formés. Pour les secteurs à haute fiabilité comme l'automobile ou le médical, l'utilisation des deux est standard ; cependant, pour les biens de consommation sensibles aux coûts, il est vital de comprendre où allouer les ressources d'inspection.
Ce guide est conçu pour les ingénieurs et les acheteurs s'approvisionnant auprès de fabricants comme APTPCB (APTPCB PCB Factory). Il va au-delà des définitions de base pour fournir des spécifications exploitables, des stratégies d'atténuation des risques et une liste de contrôle de qualification des fournisseurs. À la fin de ce guide, vous disposerez d'un plan de validation clair pour vous assurer que votre fournisseur de PCBA utilise la bonne stratégie d'inspection pour la complexité spécifique de votre conception.
Comprendre les rôles distincts de l'inspection de la pâte à souder (SPI) vs l'inspection optique automatisée (AOI) : quand exécuter chacun dans l'assemblage de PCB (et quand une approche standard est meilleure)
Ayant défini la portée fondamentale des technologies d'inspection, nous devons maintenant déterminer les scénarios spécifiques qui dictent leur déploiement dans un environnement de production.
La décision de quand exécuter le SPI vs l'AOI dans l'assemblage de PCB dépend souvent de la densité des composants et du coût de la reprise. Le SPI est indispensable lors de l'utilisation de composants à pas fin (0201, 01005 ou µBGA) car 70 % des défauts SMT proviennent de l'étape d'impression ; les détecter à ce stade permet de nettoyer et de réimprimer la carte pour quelques centimes. Si vous ignorez le SPI, un défaut d'impression devient un défaut de soudure, nécessitant une reprise coûteuse ou la mise au rebut complète de la carte.
L'AOI est universellement recommandé pour presque toutes les séries de production, quelle que soit leur complexité. Il sert de dernier gardien avant les tests fonctionnels. Cependant, se fier uniquement à l'AOI est une stratégie réactive – il détecte les défauts après qu'ils soient permanents. Une approche standard pour les cartes simples (composants 0603 et plus grands) pourrait se fier uniquement à l'AOI pour économiser les coûts d'installation. Cependant, pour toute conception nécessitant une haute fiabilité ou contenant des boîtiers sans plomb (QFNs/LGAs), le "vs" devient un "plus" – exécuter le SPI pour prévenir les défauts et l'AOI pour détecter les erreurs de placement est la seule voie sûre.
inspection de la pâte à souder (SPI) vs inspection optique automatisée (AOI) : quand exécuter chacun dans les spécifications de l'assemblage de PCB (matériaux, empilement, tolérances)
Une fois que vous avez déterminé la stratégie d'inspection, vous devez définir la conception de la carte de circuit imprimé et les spécifications des matériaux qui permettent à ces machines de fonctionner avec précision.
- Planéité de la finition de surface : Spécifiez ENIG ou ENEPIG plutôt que HASL si vous utilisez le SPI pour les composants à pas fin ; une topographie HASL inégale peut entraîner de fausses défaillances de hauteur en SPI.
- Marqueurs fiduciels : Exigez un minimum de 3 marqueurs fiduciels globaux et des marqueurs fiduciels locaux pour les CI à pas fin afin d'assurer l'alignement de la machine pour le SPI et l'AOI.
- Barrages de masque de soudure : Définissez un barrage de masque de soudure d'au moins 3-4 mils entre les pastilles pour éviter les ponts, que l'AOI doit être programmé pour détecter.
- Dégagement de la sérigraphie : Assurez-vous que la sérigraphie est à au moins 6-8 mils des pastilles de soudure ; l'encre sur les pastilles perturbe les algorithmes AOI concernant la qualité des joints de soudure.
- Données de hauteur des composants : Fournissez des données précises sur la hauteur des composants dans le fichier BOM/pick-and-place pour permettre à l'AOI 3D de détecter les broches soulevées ou le tombstoning.
- Épaisseur du pochoir : Spécifiez l'épaisseur de la feuille de pochoir (généralement 0,10 mm à 0,15 mm) par rapport au pas du composant le plus petit pour garantir que les objectifs de volume SPI sont réalisables.
- Conception des pastilles : Suivez les normes IPC-7351 pour la géométrie des pastilles ; les pastilles non standard entraînent des congés de soudure variables qui déclenchent de fausses alertes en AOI.
- Cadres de panelisation : Incluez des rails sécables (5-10 mm) avec des marqueurs fiduciels pour permettre à la carte de circuit imprimé de traverser les convoyeurs SPI et AOI en ligne en toute sécurité.
- Couleur du matériau : Évitez les masques de soudure blancs ou jaunes si possible, car ils réfléchissent la lumière différemment et peuvent réduire le contraste pour les anciennes caméras AOI 2D.
- Points de test : Désignez des points de test qui n'interfèrent pas avec les corps des composants afin d'éviter les effets d'ombrage lors de l'inspection optique.
- Tolérance de déformation : Spécifiez un arc et une torsion maximum de <0,75 % (ou <0,5 % pour les BGA) pour garantir que la carte reste dans la profondeur de champ des caméras d'inspection.
inspection de la pâte à souder (SPI) vs inspection optique automatisée (AOI) : quand exécuter chacun dans les risques de fabrication PCBA (causes profondes et prévention)
Une fois les spécifications verrouillées, l'étape suivante consiste à anticiper les modes de défaillance potentiels et à comprendre comment spi vs aoi: when to run each in pcba les aborde.
- Pâte à souder insuffisante :
- Cause profonde : Ouvertures de pochoir bloquées ou faible pression de raclette.
- Détection : Le SPI détecte immédiatement un faible volume.
- Prévention : Cycles de nettoyage de pochoir automatisés et boucles de rétroaction SPI en temps réel.
- Ponts de soudure (courts-circuits) :
- Cause profonde : Dépôt excessif de pâte ou affaissement pendant le préchauffage.
- Détection : Le SPI détecte une violation de zone ; l'AOI détecte un pont physique après refusion.
- Prévention : Rapport d'aspect approprié dans la conception du pochoir et profil de refusion correct.
- Effet "Tombstoning" :
- Cause profonde : Forces de mouillage inégales ou décalage de placement.
- Détection : L'AOI identifie le composant soulevé.
- Prévention : Conception équilibrée des pastilles thermiques et placement de haute précision.
- Composants manquants :
- Cause première : Défaillance du chargeur ou perte de vide de la buse.
- Détection : L'AOI signale le pad vide.
- Prévention : Maintenance du chargeur et détection de vide sur les têtes de placement.
- Erreurs de polarité :
- Cause première : Chargement incorrect de la bobine ou orientation du plateau.
- Détection : L'AOI vérifie les marquages/chanfreins des composants.
- Prévention : Vérification par lecture de codes-barres lors de la configuration du chargeur (IQC).
- Problèmes de coplanarité (Pattes soulevées) :
- Cause première : Pattes tordues sur le composant ou PCB déformé.
- Détection : L'AOI 3D mesure la hauteur Z des pattes.
- Prévention : Manipulation stricte des composants et contrôle de la sensibilité à l'humidité (MSL).
- Billes de soudure :
- Cause première : Oxydation de la pâte ou rampe de température rapide.
- Détection : L'AOI (si programmé pour les débris) ou inspection visuelle.
- Prévention : Pâte à souder fraîche et profil de refusion optimisé.
- Vides (Voids) :
- Cause première : Dégazage du flux ou de la finition du PCB.
- Détection : Rayons X (ni le SPI ni l'AOI ne voient à l'intérieur du joint, mais le SPI assure la présence de suffisamment de flux).
- Prévention : Temps de trempage de refusion correct.
- Placement décalé :
- Cause première : Mouvement de la carte ou vitesse de placement trop élevée.
- Détection : L'AOI mesure la déviation X/Y.
- Prévention : Broches de support de carte sécurisées et calibration de la vitesse du convoyeur.
inspection de la pâte à souder (SPI) vs inspection optique automatisée (AOI) : quand les utiliser pour la validation et l'acceptation des PCBA (tests et critères de réussite)
L'identification des risques n'est efficace que si vous disposez d'un plan de validation rigoureux pour vérifier que l'équipement d'inspection est calibré et détecte les défauts comme prévu.
- Validation du seuil de volume SPI :
- Objectif : S'assurer que le SPI rejette la pâte insuffisante.
- Méthode : Exécuter une carte de test avec des ouvertures de pochoir délibérément bloquées.
- Critères : Le SPI doit signaler 100 % des pastilles avec <70 % de volume.
- Test de précision de la hauteur SPI :
- Objectif : Vérifier la mesure de l'axe Z.
- Méthode : Utiliser un bloc d'étalonnage ou une carte dorée avec des hauteurs de pâte connues.
- Critères : La mesure doit être à moins de ±10 % de la norme connue.
- Réglage du taux de faux appels AOI :
- Objectif : Minimiser les fausses alarmes sans manquer de vrais défauts.
- Méthode : Exécuter 50 cartes reconnues bonnes à travers l'AOI.
- Critères : Le taux de faux appels doit être <500 ppm (parties par million) pour éviter la fatigue de l'opérateur.
- Étude d'évasion AOI :
- Objectif : Vérifier la détection des défauts réels.
- Méthode : Introduire des cartes "lapin" avec des défauts connus (pièce manquante, polarité incorrecte) dans la ligne.
- Critères : L'AOI doit détecter 100 % des défauts introduits.
- Comparaison d'échantillons dorés :
- Objectif : Établir une base de référence pour l'acceptation visuelle.
- Méthode : Créer une carte dorée validée qui représente la norme parfaite.
- Critères : Toutes les cartes de production sont comparées à ce jumeau numérique dans la bibliothèque AOI.
- Examen des données SPC :
- Objectif : Surveiller la stabilité du processus.
- Méthode : Examiner les données CpK de la machine SPI pour les composants critiques.
- Critères : CpK > 1,33 indique un processus d'impression stable.
- Validation d'algorithme :
- Objectif : S'assurer que l'OCR (Reconnaissance Optique de Caractères) fonctionne.
- Méthode : Vérifier que l'AOI lit le texte sur les CI de différents fournisseurs.
- Critères : Identification réussie des numéros de pièce alternatifs si approuvés.
- Vérification de l'ombrage :
- Objectif : S'assurer que les composants hauts ne cachent pas les petits.
- Méthode : Inspecter la disposition pour les condensateurs hauts à côté des petites résistances.
- Critères : Les caméras AOI 3D doivent avoir une projection multi-angle pour voir "derrière" les obstacles.
inspection de la pâte à souder (SPI) vs inspection optique automatisée (AOI) : quand les exécuter dans la liste de contrôle de qualification des fournisseurs de PCBA (RFQ, audit, traçabilité)
Pour vous assurer que votre partenaire de fabrication peut exécuter le plan de validation, utilisez cette liste de contrôle pendant les phases de RFQ et d'audit. Cela inclut des éléments d'une liste de contrôle de contrôle qualité à l'entrée (IQC) pour PCBA afin de s'assurer que les entrées sont correctes avant même que l'inspection ne commence.
Entrées et exigences de la RFQ
- La RFQ demande-t-elle explicitement "100% 3D SPI et 100% AOI en ligne" pour le projet ?
- Les critères d'inspection IPC Classe 2 ou Classe 3 sont-ils spécifiés ?
- L'exigence d'inspection aux rayons X sur les BGA/QFN est-elle incluse parallèlement à SPI/AOI ?
- Avez-vous demandé un rapport DFM qui met spécifiquement en évidence les problèmes d'"Ombrage" ou d'"Accès à l'inspection" ?
- Le taux maximal de fausses alertes autorisé est-il défini dans l'accord de qualité ?
- Les exigences spécifiques en matière de rapports de données (par exemple, histogrammes de volume SPI) sont-elles listées ?
- La finition de surface (ENIG/OSP) est-elle spécifiée pour garantir la précision de l'inspection ?
- Les dessins de panelisation sont-ils fournis avec les emplacements des points de référence clairement marqués ?
Preuve de Capacité
- Le fournisseur utilise-t-il le SPI 3D (volumétrique) plutôt que le SPI 2D (surface uniquement) ?
- L'équipement AOI peut-il gérer la plus petite taille de composant de votre nomenclature (par exemple, 01005) ?
- Le fournisseur dispose-t-il de stations de programmation hors ligne pour minimiser les temps d'arrêt ?
- L'AOI est-il mis en réseau avec la station de réparation pour guider les opérateurs vers l'emplacement exact du défaut ?
- Le fournisseur peut-il démontrer un système en boucle fermée (rétroaction SPI vers l'imprimante) ?
- Ont-ils des algorithmes spécifiques pour l'inspection des broches de connecteurs et des composants traversants ?
Système Qualité & Traçabilité
- Existe-t-il une liste de contrôle robuste pour le contrôle qualité entrant (CQA) des composants PCBA avant qu'ils n'arrivent sur la ligne ?
- Les images SPI et AOI sont-elles archivées pendant une période minimale (par exemple, 1 an) pour la traçabilité ?
- Le MES (Manufacturing Execution System) relie-t-il les résultats d'inspection au numéro de série de la carte ?
- Existe-t-il une procédure de vérification des "fausses alertes" (double vérification par un inspecteur certifié) ?
- Les journaux de maintenance des caméras d'inspection et des sources d'éclairage sont-ils à jour ?
- Existe-t-il un déclencheur "Stop Line" si des défauts consécutifs sont détectés par SPI/AOI ?
Contrôle des changements et livraison
- Existe-t-il un processus de mise à jour des programmes AOI si les fournisseurs de composants (et l'apparence visuelle) changent ?
- Des contrôles de révision sont-ils en place pour garantir que l'ancien programme AOI n'est pas utilisé sur une nouvelle révision de PCB ?
- Le certificat de conformité (CoC) atteste-t-il que toutes les cartes ont passé les inspections SPI et AOI ?
- Existe-t-il une procédure pour gérer les passages "marginaux" (avertissements de dérive de processus) ?
- Le fournisseur peut-il fournir un rapport de rendement séparant les rejets SPI des rejets AOI ?
- Les actions de réparation/retouche sont-elles enregistrées et réinspectées par AOI ?
Comprendre les rôles distincts de l'inspection de la pâte à souder (SPI) et inspection optique automatisée (AOI) : quand utiliser chacun dans l'assemblage de PCB (compromis et règles de décision)
Après avoir examiné les capacités et les risques, la décision finale implique souvent des compromis. Voici un cadre logique pour guider votre choix.
- Si vous privilégiez Zéro Défaut sur les BGA : Choisissez SPI + AOI + Rayons X. Le SPI est le seul moyen de garantir le volume de pâte correct sous un BGA avant que le composant ne cache les pastilles.
- Si vous privilégiez le Coût sur les Prototypes Simples : Choisissez AOI Uniquement. Pour les composants à grand pas (>0805) sur une série de 5 pièces, le temps de configuration du SPI peut dépasser la valeur de l'inspection. L'inspection visuelle plus l'AOI est généralement suffisante.
- Si vous privilégiez le débit (vitesse) : Choisissez 3D SPI + AOI 2D/3D haute vitesse. La détection immédiate des défauts d'impression avec le SPI évite de perdre du temps à placer des composants sur des cartes défectueuses, ce qui maintient la ligne en mouvement efficacement.
- Si vous privilégiez la réduction des retouches : Choisissez SPI. Étant donné que la plupart des défauts sont liés à l'impression, les arrêter à ce stade signifie que vous pouvez simplement laver la carte. Les détecter avec l'AOI nécessite des fers à souder et de la chaleur, ce qui sollicite le PCB.
- Si vous privilégiez la vérification des composants : Choisissez AOI. Le SPI ne peut pas vous dire si une mauvaise valeur de résistance a été placée ou si une pièce est entièrement manquante ; seul l'AOI (ou un test électrique) peut le confirmer.
- Si vous privilégiez le contrôle des données/processus : Choisissez Les deux. La combinaison fournit une image complète des données – le SPI vous renseigne sur la stabilité de votre processus (impression), et l'AOI sur la précision de votre placement.
inspection de la pâte à souder (SPI) vs inspection optique automatisée (AOI) : quand utiliser chacun dans l'assemblage PCBA - FAQ (coût, délai, fichiers DFM, matériaux, tests)
Q : Comment l'ajout du SPI impacte-t-il le coût de spi vs aoi: when to run each in pcba ?
L'ajout du SPI entraîne généralement des frais NRE (Non-Recurring Engineering) minimes pour la programmation, mais permet d'économiser considérablement en production de masse en réduisant les rebuts. Pour APTPCB, le SPI 3D est souvent standard pour les cartes complexes afin de garantir la qualité.
Q : L'utilisation simultanée du SPI et de l'AOI augmente-t-elle le délai de production ? Généralement, non. Les machines SPI et AOI modernes fonctionnent "en ligne" à la vitesse de la chaîne. L'inspection a lieu pendant que la carte suivante est imprimée ou montée, elle ne crée donc pas de goulot d'étranglement, sauf si le taux de défauts est extrêmement élevé.
Q: Quels fichiers DFM sont nécessaires pour programmer les équipements spi vs aoi: when to run each in pcba ?
Vous devez fournir les fichiers Gerber (spécifiquement la couche de pâte pour le SPI et la sérigraphie/cuivre pour l'AOI), les données Centroid/Pick-and-Place (XY), et une nomenclature (BOM) avec les numéros de pièces du fabricant pour identifier les types de boîtiers de composants.
Q: L'AOI peut-elle remplacer les tests électriques (ICT/FCT) ? Non. L'AOI vérifie les défauts physiques (orientation, joints de soudure), mais elle ne peut pas vérifier si une puce est fonctionnelle électriquement ou si un condensateur a la bonne capacitance. L'AOI et les tests électriques sont complémentaires.
Q: Comment les matériaux des PCB affectent-ils la précision de spi vs aoi: when to run each in pcba ?
Les matériaux très réfléchissants (comme le masque de soudure blanc) ou très flexibles (comme les PCB flexibles minces) peuvent poser des défis aux caméras optiques. Les PCB flexibles nécessitent souvent des supports rigides pour garantir la planéité requise pour une inspection 3D précise.
Q: Quels sont les critères d'acceptation pour spi vs aoi: when to run each in pcba ?
L'acceptation est généralement basée sur la norme IPC-A-610 (Acceptabilité des assemblages électroniques). La Classe 2 est standard pour les produits de consommation/industriels, tandis que la Classe 3 est destinée aux applications à haute fiabilité (médical/aérospatial) et exige des seuils d'inspection plus stricts.
Q : Est-ce que spi vs aoi: when to run each in pcba couvre les composants traversants ?
Le SPI est strictement destiné à la pâte SMT. L'AOI peut inspecter les joints de soudure traversants (qualité du congé) et la présence des composants, mais l'inspection visuelle manuelle est parfois encore utilisée pour les assemblages THT complexes.
Q : Pourquoi une liste de contrôle de la qualité entrante (IQC) pour PCBA est-elle importante pour le succès de l'inspection ? Si le PCB brut présente des pastilles oxydées ou si les composants sont de mauvaise taille (entrées), le SPI et l'AOI généreront un grand nombre de fausses alertes ou ne parviendront pas à détecter les problèmes. L'IQC garantit que les entrées correspondent aux paramètres du programme.
Ressources pour spi vs aoi: when to run each in pcba (pages et outils connexes)
- Inspection SPI: Plongez en profondeur dans le fonctionnement de l'inspection de la pâte à souder et les défauts spécifiques qu'elle prévient au stade de l'impression.
- Inspection AOI: Aperçu détaillé des capacités de l'inspection optique automatisée pour la détection des erreurs de placement et de soudure.
- Contrôle Qualité Entrant: Découvrez comment les matières premières sont vérifiées avant l'assemblage, un précurseur crucial pour une inspection automatisée réussie.
- Directives DFM: Conseils de conception pour garantir que votre disposition de PCB est optimisée pour les équipements d'inspection automatisée.
- Assemblage SMT & THT: Comprendre le processus d'assemblage complet aide à contextualiser la place de l'SPI et de l'AOI dans la ligne de production.
- Système Qualité: Explorez le cadre de qualité plus large qui régit les normes d'inspection et les certifications.
Comprendre les rôles distincts de l'inspection de la pâte à souder (SPI) vs inspection optique automatisée (AOI) : quand utiliser chacun dans l'assemblage PCBA (revue DFM + prix)
Prêt à passer de la planification à la production ? Demandez un devis à APTPCB pour obtenir une revue DFM complète qui inclut une analyse de vos exigences d'inspection.
Pour obtenir le devis et le plan d'inspection les plus précis, veuillez fournir :
- Fichiers Gerber : Y compris les couches de pâte, de masque et de sérigraphie.
- BOM (Liste de Matériel) : Avec les numéros de pièce complets du fabricant.
- Données XY : Fichier centroïde pour le placement des composants.
- Volume : Quantités de prototype vs. production de masse (influence la stratégie d'inspection).
- Exigences spéciales : IPC Classe 2 vs. Classe 3, ou besoins de test spécifiques.
Comprendre les rôles distincts de l'inspection de la pâte à souder (SPI) vs inspection optique automatisée (AOI) : quand utiliser chacun dans l'assemblage PCBA – prochaines étapes
Décider de spi vs aoi: when to run each in pcba ne consiste pas à choisir l'un plutôt que l'autre, mais à bâtir une stratégie de défense en profondeur pour vos produits électroniques. Le SPI sécurise la base en garantissant une impression de soudure parfaite, tandis que l'AOI agit comme le vérificateur final de l'intégrité de l'assemblage. En définissant des spécifications claires, en comprenant les risques et en validant les capacités de votre fournisseur, vous pouvez réduire considérablement les coûts de reprise et assurer une livraison fiable.