L'Ispezione della Pasta Saldante (SPI) è il gate di qualità più critico nel processo di Tecnologia a Montaggio Superficiale (SMT), poiché quasi il 70% dei difetti di saldatura ha origine nella fase di stampa. Questo tutorial sull'ispezione SPI fornisce un quadro pratico per gli ingegneri per stabilire i criteri di accettazione, configurare i parametri della macchina e risolvere gli errori di stampa prima che i componenti vengano posizionati. Presso APTPCB (APTPCB PCB Factory), utilizziamo l'SPI 3D per garantire che il volume, l'area e l'altezza della pasta saldante soddisfino le rigorose specifiche IPC, prevenendo costose rilavorazioni in seguito nella linea di assemblaggio.
Tutorial sull'ispezione Ispezione della Pasta Saldante (SPI): risposta rapida (30 secondi)
Per gli ingegneri che impostano una linea di produzione, ecco i parametri e i limiti fondamentali per un processo SPI di successo:
- Soglie di Volume: L'accettazione standard è tipicamente dal 75% al 125% del volume teorico dell'apertura dello stencil.
- Limiti di Altezza: L'altezza della pasta saldante dovrebbe generalmente rientrare tra 60 µm e 150 µm, a seconda dello spessore dello stencil (solitamente ±30% dello spessore della lamina).
- Copertura dell'Area: La copertura minima dell'area è spesso impostata all'80% per garantire una copertura sufficiente del pad di bagnatura.
- Tolleranza di Offset: L'offset X/Y massimo è solitamente limitato a <20% della larghezza del pad per prevenire il bridging o il tombstoning.
- Focus Critico: Dare priorità ai pad Fine Pitch (0,4 mm e inferiori) e BGA, poiché questi sono i più suscettibili a pasta insufficiente.
- Validazione: Eseguire sempre una verifica con "scheda campione" (Golden Board) dopo la pulizia dello stencil o l'installazione di una nuova racla.
L'Ispezione della Pasta Saldante (SPI) (e quando no)
Comprendere quando implementare rigorosi protocolli SPI garantisce un controllo qualità economicamente vantaggioso senza colli di bottiglia inutili.
Quando applicare protocolli SPI rigorosi:
- Componenti a passo fine (Fine Pitch): Essenziale per 0201, 01005, QFN e BGA dove l'ispezione visiva è impossibile o inaffidabile.
- Settori ad alta affidabilità: Obbligatorio per PCBA automobilistici, medici e aerospaziali dove l'affidabilità dei giunti è non negoziabile.
- Produzione ad alto volume: Critico per i cicli di feedback automatizzati in cui i dati SPI correggono automaticamente l'allineamento della stampante.
- Applicazioni con stencil a gradini (Step-Stencil): Necessario per verificare la deposizione complessa della pasta su schede che richiedono più altezze di pasta.
Quando l'SPI può essere semplificato o saltato:
- Assemblaggio manuale di prototipi: Se la pasta viene applicata manualmente o tramite una semplice maschera per una singola scheda, l'SPI automatizzato non è fattibile.
- Grandi schede solo THT: Se la scheda utilizza principalmente la tecnologia a foro passante (Through-Hole Technology) con SMT minima, l'ispezione visiva può essere sufficiente.
- Elettronica di consumo a bassa densità: Per design semplici con grandi componenti 1206, l'ispezione 2D potrebbe sostituire un'analisi volumetrica 3D completa.
L'Ispezione della Pasta Saldante (SPI) (parametri chiave e limiti)
Per configurare correttamente la macchina, è necessario definire specifici criteri di superamento/fallimento. La seguente tabella illustra le regole standard utilizzate in un robusto flusso di lavoro di tutorial di ispezione SPI.
| Regola | Valore/Intervallo Consigliato | Perché è importante | Come verificare | Se ignorato |
|---|---|---|---|---|
| Volume % | 75% – 125% | Assicura una quantità sufficiente di saldatura per un giunto forte senza ponticellamento. | Analisi volumetrica SPI 3D | Giunti secchi (basso) o cortocircuiti (alto). |
| Altezza % | 70% – 130% della lamina dello stencil | Previene "orecchie di cane" o altezza di picco insufficiente per il contatto del componente. | Triangolazione laser / Moiré | Giunti aperti o disallineamento del componente. |
| Area % | > 80% dell'apertura | Garantisce che la pasta copra una superficie sufficiente del pad per la bagnatura. | Elaborazione immagini 2D/3D | Angoli di bagnatura scarsi e legami meccanici deboli. |
| Offset X/Y | < 20% della larghezza del pad | Impedisce alla pasta di toccare la maschera o i pad adiacenti. | Controllo fiducial di allineamento | Ponticellamento, tombstoning o sfere di saldatura. |
| Rilevamento ponticellamento | 0 (Nessuno consentito) | Qualsiasi connessione tra i pad è un cortocircuito garantito. | Analisi del gap tramite algoritmo | Cortocircuito elettrico immediato dopo il reflow. |
| Deformità della forma | < 20% di deviazione | Indica cedimento o scarso rilascio dallo stencil. | Analisi del contorno | Forme di giunto incoerenti e potenziali vuoti. |
| Coplanarità (BGA) | < 30µm di varianza | Assicura che tutte le sfere su un BGA tocchino la pasta simultaneamente. | Confronto altezza multi-pad | Difetti Head-in-Pillow (HiP) sui BGA. |
| Viscosità della pasta | Monitorare la finestra di processo | Influisce su come la pasta rotola e si rilascia, influenzando il volume. | Reometro (Offline) | Volume di stampa incoerente su tutta la scheda. |
| Velocità del racla | 20 – 100 mm/sec | Troppo veloce causa salti; troppo lento causa sbavature. | Registro parametri stampante | Altezza variabile o pasta spalmata. |
| Velocità di separazione | 0,5 – 2,0 mm/sec | Critico per definire la nitidezza dei bordi del mattone di pasta. | Schermata di configurazione stampante | "Orecchie di cane" o depositi di pasta a punta. |
L'Ispezione della Pasta Saldante (SPI) (punti di controllo del processo)
L'implementazione dell'SPI richiede l'integrazione della macchina di ispezione nella linea SMT e l'istituzione di un ciclo di feedback.
- Progettazione stencil e importazione Gerber: Caricare i dati Gerber dello stencil nella macchina SPI. Definire le aree "Keep Out" e identificare i componenti critici (BGA, QFN) che richiedono tolleranze più strette.
- Calibrazione del piano zero: Calibrare la macchina utilizzando un PCB nudo per stabilire il riferimento di "altezza zero". Le schede deformate possono distorcere le letture di altezza, quindi assicurarsi che il sistema di bloccaggio appiattisca efficacemente il PCB.
- Configurazione dei parametri: Impostare il limite superiore di specifica (USL) e il limite inferiore di specifica (LSL) per volume, area e altezza in base alla tabella sopra.
- Apprendimento e debug: Eseguire una "Golden Board" (una stampa nota come buona). La macchina apprende le posizioni dei pad e le caratteristiche di riflessione tipiche. Regolare le impostazioni di illuminazione per eliminare il rumore dalle finiture HASL o ENIG.
- Ispezione del Primo Articolo (IPA): Stampare il primo pannello di produzione. La macchina SPI lo scansiona. Verificare manualmente eventuali guasti per escludere falsi allarmi. Se la stampa è buona, salvare le impostazioni come programma master.
- Configurazione del Feedback a Ciclo Chiuso: Collegare la macchina SPI alla stampante per pasta saldante. Configurare il sistema per attivare una pulizia automatica dello stencil se vengono rilevati difetti consecutivi (ad esempio, aperture ostruite).
- Monitoraggio della Produzione: Monitorare i grafici SPC (Controllo Statistico di Processo) in tempo reale (carte di controllo X-barra, carte di controllo R). Cercare tendenze, come un volume che diminuisce gradualmente, il che indica che lo stencil necessita di pulizia o la pasta necessita di rifornimento.
- Revisione e Disposizione dei Difetti: Quando la macchina segnala un difetto, l'operatore deve rivedere l'immagine 2D/3D. I veri difetti richiedono che la scheda venga lavata e ristampata. I falsi allarmi richiedono una messa a punto delle impostazioni di soglia.
tutorial ispezione spi risoluzione dei problemi (modalità di guasto e soluzioni)
Anche con impostazioni perfette, si verificano difetti. Questa sezione del tutorial ispezione spi si concentra sulla diagnosi delle modalità di guasto comuni.
Sintomo: Volume Insufficiente (Pasta Bassa)
- Cause: Aperture dello stencil ostruite, pasta secca, bassa pressione della racla o pasta insufficiente sullo stencil.
- Controlli: Ispezionare la pulizia dello stencil; verificare il diametro del rullo di pasta (dovrebbe essere 15-20 mm).
- Soluzione: Eseguire una pulizia sottostencil; aggiungere pasta fresca; aumentare leggermente la pressione della racla.
Prevenzione: Aumentare la frequenza di pulizia automatica.
Sintomo: Altezza eccessiva (Picchi/Orecchie di cane)
- Cause: Velocità di separazione insufficiente (troppo veloce), viscosità della pasta troppo elevata o distanza di distacco dello stencil errata.
- Controlli: Verificare le impostazioni della velocità di separazione; controllare la data di scadenza/tempo di esposizione della pasta.
- Soluzione: Rallentare la velocità di separazione; sostituire la pasta vecchia.
- Prevenzione: Controllare la temperatura e l'umidità nella sala SMT.
Sintomo: Cortocircuiti (Bridging)
- Cause: Pressione eccessiva della racla che causa "pompaggio", supporto insufficiente della scheda o disallineamento.
- Controlli: Verificare la presenza di sbavature di pasta sotto lo stencil; verificare i perni di supporto della scheda.
- Soluzione: Pulire accuratamente la parte inferiore dello stencil; ridurre la pressione; riallineare il PCB.
- Prevenzione: Utilizzare strumenti di supporto della scheda migliori per prevenire la flessione del PCB.
Sintomo: Offset (Disallineamento)
- Cause: PCB non bloccato saldamente, errore di riconoscimento dei fiducial o allungamento dello stencil.
- Controlli: Controllare i marchi fiducial sul PCB per ossidazione; verificare la larghezza del binario di trasporto.
- Soluzione: Pulire i fiducial; regolare la larghezza del binario; ricalibrare l'allineamento della stampante.
- Prevenzione: Manutenzione regolare del sistema di visione della stampante.
Sintomo: Scavatura (Altezza centrale bassa)
- Cause: La lama della racla è troppo morbida o la pressione è troppo alta su aperture grandi.
- Controlli: Ispezionare le condizioni della lama in gomma/metallo.
Fix: Passare a una spatola metallica; ridurre la pressione; utilizzare un design dell'apertura a tratteggio incrociato.
Prevention: Ottimizzare il design dell'apertura per pad grandi.
Sintomo: Avvisi di detriti casuali
- Causes: Polvere, fibre o ossidazione sulla scheda nuda che attivano falsi allarmi.
- Checks: Ispezionare la pulizia dei PCB in ingresso.
- Fix: Regolare la sensibilità o l'illuminazione SPI; utilizzare un pulitore per PCB/pulitore a nastro prima della stampa.
- Prevention: Migliorare le condizioni di stoccaggio per i PCB nudi.
L'Ispezione della Pasta Saldante (SPI) rispetto ad altri metodi
Quando si progetta una strategia di controllo qualità, gli ingegneri spesso confrontano l'SPI con altre tecnologie di ispezione.
SPI vs. AOI (Ispezione Ottica Automatica): L'SPI avviene prima del posizionamento dei componenti e del reflow, concentrandosi esclusivamente sulla pasta saldante. L'ispezione AOI avviene dopo il reflow (o talvolta pre-reflow) per controllare il posizionamento dei componenti, la polarità e la qualità finale del giunto di saldatura. Sono necessarie entrambe: l'SPI previene i difetti, mentre l'AOI rileva gli errori di posizionamento.
SPI vs. Ispezione a raggi X: L'SPI utilizza luci ottiche (frange di Moire) per misurare la topologia della superficie. Non può vedere all'interno di un giunto. Un'introduzione all'ispezione a raggi X spiegherebbe che i raggi X sono necessari per vedere attraverso il componente per verificare la presenza di vuoti BGA o cortocircuiti sotto il package dopo il reflow. L'SPI predice la qualità BGA misurando il volume della pasta, ma i raggi X la confermano.
SPI 2D vs. 3D: Il SPI 2D controlla solo l'area e la copertura (come una telecamera). Il SPI 3D misura altezza e volume. Per l'elettronica moderna con dimensioni dei componenti variabili, il 3D è obbligatorio perché un pad può avere una copertura dell'area perfetta ma un'altezza insufficiente, portando a un giunto aperto.
Tutorial sull'ispezione Ispezione della Pasta Saldante (SPI) FAQ (costo, tempi di consegna, difetti comuni, criteri di accettazione, file DFM)
1. L'aggiunta del SPI aumenta il costo dell'assemblaggio PCB? Il costo diretto è trascurabile rispetto ai risparmi. Sebbene ci sia un tempo di configurazione della macchina, il SPI riduce i costi di rilavorazione rilevando i difetti prima del costoso processo di reflow. APTPCB include il SPI come parte standard del nostro processo di qualità per schede complesse.
2. In che modo il SPI influisce sui tempi di consegna della produzione? Aggiunge un tempo minimo (secondi per pannello) al ciclo. La configurazione viene eseguita in parallelo con la configurazione della stampante. Per gli ordini di PCB a consegna rapida, il leggero tempo di configurazione vale la riduzione del rischio.
3. Quali sono i criteri di accettazione per i passivi 0201? Per i 0201, la consistenza del volume è fondamentale. Tipicamente cerchiamo un volume >80% e <120%, con zero bridging consentito. La variazione di altezza dovrebbe essere strettamente controllata per prevenire il tombstoning.
4. Il SPI può rilevare difetti sui pad BGA? Sì. Il SPI è lo strumento migliore per prevenire i difetti BGA. Misura la coplanarità dei depositi di pasta sull'impronta BGA. Se un pad ha un volume basso, è probabile che causi un difetto "Head-in-Pillow".
5. Quali file devo inviare per la programmazione SPI?
È necessario fornire i file Gerber dello strato di pasta (solitamente .GTP o .GBP) e il file XY Pick and Place (per il riferimento dei componenti).
6. Come si gestiscono i falsi allarmi in SPI? I falsi allarmi spesso derivano dalla deformazione del PCB o dall'ossidazione sui pad. Regoliamo il piano di riferimento dell'altezza e ottimizziamo gli angoli di illuminazione. Non ci limitiamo ad ampliare le tolleranze per ignorarli.
7. L'SPI è necessario per i PCB rigido-flessibili? Sì, le superfici dei PCB rigido-flessibili possono essere irregolari. L'SPI 3D è cruciale per compensare le leggere variazioni di altezza nelle zone di transizione per garantire una corretta deposizione della pasta.
8. Qual è la differenza tra Rapporto di Area e Rapporto di Aspetto nel contesto SPI? Questi sono termini di progettazione dello stencil. Il Rapporto di Aspetto è Larghezza dell'apertura / Spessore della lamina (>1,5). Il Rapporto di Area è Area dell'apertura / Area delle pareti dell'apertura (>0,66). L'SPI verifica se questi rapporti hanno consentito un rilascio efficace della pasta.
9. I dati SPI possono essere utilizzati per il DFM? Assolutamente. Se l'SPI mostra costantemente un basso volume su pad specifici, lo comunichiamo al team di progettazione per regolare le dimensioni dell'apertura nello stencil o modificare l'impronta del PCB nelle revisioni future.
10. Come si relaziona l'SPI con le basi dell'AOI? Mentre le basi dell'AOI si concentrano sulla presenza dei componenti e sui raccordi di saldatura, l'SPI si concentra sulla quantità di materia prima (pasta). Un errore in SPI è un indicatore principale di un errore in AOI.
L'Ispezione della Pasta Saldante (SPI) (termini chiave)
| Termine | Definizione |
|---|---|
| Volume | La quantità totale di pasta saldante depositata su un pad, calcolata come Area × Altezza. |
| Coplanarity | La massima differenza di altezza tra i depositi di pasta più alti e più bassi all'interno di un singolo footprint di componente (critico per i BGA). |
| Moiré Fringe | Una tecnica ottica che utilizza modelli di interferenza per misurare l'altezza 3D della pasta saldante. |
| Slump | La tendenza della pasta saldante a spandersi e perdere altezza dopo la stampa ma prima della rifusione. |
| Bridging | Pasta saldante che collega due pad adiacenti, portando a un cortocircuito. |
| Dog Ears | Picchi di pasta agli angoli di un pad causati da una scarsa separazione dallo stencil. |
| Tombstoning | Un difetto in cui un componente si solleva su un'estremità; spesso causato da un volume di pasta non uniforme (rilevato da SPI). |
| Zero Plane | Il livello di altezza di riferimento della superficie del PCB nudo (maschera di saldatura) utilizzato per calcolare l'altezza della pasta. |
| SPC | Controllo Statistico di Processo; utilizzo dei dati SPI per monitorare la stabilità del processo nel tempo. |
| Transfer Efficiency | La percentuale del volume di pasta depositato sul PCB rispetto al volume dell'apertura. |
L'Ispezione della Pasta Saldante (SPI) (revisione DFM + prezzi)
Pronto a massimizzare la resa del tuo PCBA? APTPCB fornisce un'ispezione SPI 3D completa come parte dei nostri servizi di assemblaggio, garantendo che le tue schede soddisfino i più alti standard di affidabilità.
Per ottenere un preventivo preciso e una revisione DFM, invia:
- File Gerber: In particolare lo strato di pasta e gli strati di rame.
- BOM (Distinta Base): Per identificare componenti critici come BGA o connettori a passo fine.
- Disegni di Assemblaggio: Indicanti eventuali requisiti speciali di mascheratura o pasta.
- Quantità: Volume di prototipo o di produzione di massa.
L'Ispezione della Pasta Saldante (SPI)
L'implementazione di un robusto flusso di lavoro per il tutorial sull'ispezione SPI è il passo più efficace per ridurre i difetti SMT. Monitorando rigorosamente i parametri di volume, altezza e offset, gli ingegneri possono praticamente eliminare i problemi di saldatura prima che diventino permanenti. Sia che stiate prototipando una complessa scheda HDI o aumentando la produzione, affidarsi a processi SPI basati sui dati garantisce che ogni giunto sia meccanicamente ed elettricamente solido.