ispezione della pasta saldante (SPI) vs ispezione ottica automatizzata (AOI): quando eseguire ciascuno in PCBA: definizione, ambito e a chi è rivolta questa guida
Comprendere i ruoli distinti dell'ispezione della pasta saldante (SPI) e dell'ispezione ottica automatizzata (AOI) è fondamentale per ottimizzare la resa nella moderna produzione elettronica. Sebbene entrambe le tecnologie mirino a rilevare i difetti, operano in diverse fasi della linea SMT e mirano a diverse cause profonde. Questa guida chiarisce il processo decisionale per SPI vs AOI: quando eseguire ciascuno in PCBA, aiutando i responsabili degli acquisti e gli ingegneri della qualità a bilanciare i costi con i rischi di affidabilità.
L'SPI si concentra sul primissimo passaggio del processo SMT – la stampa della pasta saldante – misurando il volume, l'altezza e l'area dei depositi di pasta prima che i componenti vengano posizionati. Al contrario, l'AOI viene tipicamente impiegata dopo la saldatura a rifusione per verificare il posizionamento dei componenti, la polarità e la qualità dei giunti di saldatura formati. Per i settori ad alta affidabilità come l'automotive o il medicale, l'utilizzo di entrambi è standard; tuttavia, per i beni di consumo sensibili ai costi, è vitale capire dove allocare le risorse di ispezione.
Questo playbook è progettato per ingegneri e acquirenti che si riforniscono da produttori come APTPCB (APTPCB PCB Factory). Va oltre le definizioni di base per fornire specifiche attuabili, strategie di mitigazione del rischio e una checklist di qualificazione dei fornitori. Alla fine di questa guida, avrai un chiaro piano di convalida per assicurarti che il tuo fornitore di PCBA utilizzi la giusta strategia di ispezione per la complessità specifica del tuo progetto.
Quando usare ispezione della pasta saldante (SPI) vs ispezione ottica automatizzata (AOI): quando eseguire ciascuno nell'assemblaggio di PCB (e quando un approccio standard è migliore)
Avendo definito l'ambito fondamentale delle tecnologie di ispezione, dobbiamo ora determinare gli scenari specifici che ne dettano l'implementazione in un ambiente di produzione.
La decisione su quando eseguire SPI vs AOI nell'assemblaggio di PCB dipende spesso dalla densità dei componenti e dal costo della rilavorazione. SPI è indispensabile quando si utilizzano componenti a passo fine (0201, 01005 o µBGA) perché il 70% dei difetti SMT ha origine nella fase di stampa; rilevarli qui consente di pulire e ristampare la scheda per pochi centesimi. Se si salta SPI, un difetto di stampa diventa un difetto di saldatura, richiedendo costose rilavorazioni o lo scarto completo della scheda.
AOI è universalmente raccomandato per quasi tutte le produzioni, indipendentemente dalla complessità. Serve come ultimo guardiano prima del test funzionale. Tuttavia, affidarsi solo all'AOI è una strategia reattiva – rileva i difetti dopo che sono permanenti. Un approccio standard per schede semplici (componenti 0603 e più grandi) potrebbe affidarsi esclusivamente all'AOI per risparmiare sui costi di configurazione. Tuttavia, per qualsiasi progetto che richieda alta affidabilità o contenga package senza piombo (QFNs/LGAs), il "vs" diventa un "più" – eseguire SPI per prevenire i difetti e AOI per rilevare gli errori di posizionamento è l'unica strada sicura.
ispezione della pasta saldante (SPI) vs ispezione ottica automatizzata (AOI): quando eseguire ciascuno nelle specifiche dell'assemblaggio di PCB (materiali, stackup, tolleranze)
Una volta definita la strategia di ispezione, è necessario definire le specifiche di progettazione e dei materiali del PCB che consentono a queste macchine di funzionare con precisione.
- Planarità della finitura superficiale: Specificare ENIG o ENEPIG rispetto a HASL se si utilizza SPI per componenti a passo fine; una topografia HASL irregolare può causare falsi errori di altezza in SPI.
- Marker fiduciali: Richiedere un minimo di 3 marker fiduciali globali e marker fiduciali locali per gli IC a passo fine per garantire l'allineamento della macchina sia per SPI che per AOI.
- Dighe di maschera di saldatura: Definire una diga di maschera di saldatura minima di 3-4 mil tra i pad per prevenire il bridging, che l'AOI deve essere programmato per rilevare.
- Distanza serigrafica: Assicurarsi che la serigrafia sia ad almeno 6-8 mil di distanza dai pad di saldatura; l'inchiostro sui pad confonde gli algoritmi AOI riguardo alla qualità del giunto di saldatura.
- Dati di altezza dei componenti: Fornire dati accurati sull'altezza dei componenti nel file BOM/pick-and-place per consentire all'AOI 3D di rilevare pin sollevati o tombstoning.
- Spessore dello stencil: Specificare lo spessore della lamina dello stencil (tipicamente da 0,10 mm a 0,15 mm) rispetto al passo del componente più piccolo per garantire che gli obiettivi di volume SPI siano raggiungibili.
- Design del pad: Seguire gli standard IPC-7351 per la geometria del pad; i pad non standard portano a raccordi di saldatura variabili che attivano falsi allarmi in AOI.
- Cornici di panelizzazione: Includere binari a strappo (5-10 mm) con fiduciali per consentire al PCB di viaggiare in sicurezza attraverso i nastri trasportatori SPI e AOI in linea.
- Colore del materiale: Evitare maschere di saldatura bianche o gialle, se possibile, poiché riflettono la luce in modo diverso e possono ridurre il contrasto per le telecamere AOI 2D più vecchie.
- Punti di test: Designare punti di test che non interferiscano con i corpi dei componenti per evitare effetti di ombreggiatura durante l'ispezione ottica.
- Tolleranza di deformazione: Specificare una flessione e torsione massime di <0,75% (o <0,5% per BGA) per garantire che la scheda rimanga nella profondità focale delle telecamere di ispezione.
ispezione della pasta saldante (SPI) vs ispezione ottica automatizzata (AOI): quando eseguire ciascuno nei rischi di produzione PCBA (cause profonde e prevenzione)
Con le specifiche bloccate, il passo successivo è anticipare le potenziali modalità di guasto e capire come spi vs aoi: when to run each in pcba le affronta.
- Pasta saldante insufficiente:
- Causa radice: Aperture dello stencil bloccate o bassa pressione della racla.
- Rilevamento: Lo SPI rileva immediatamente un volume basso.
- Prevenzione: Cicli di pulizia automatizzati dello stencil e cicli di feedback SPI in tempo reale.
- Ponti di saldatura (cortocircuiti):
- Causa radice: Eccessivo rilascio di pasta o cedimento durante il preriscaldamento.
- Rilevamento: Lo SPI rileva la violazione dell'area; l'AOI rileva il ponte fisico post-reflow.
- Prevenzione: Rapporto d'aspetto corretto nella progettazione dello stencil e profilo di reflow corretto.
- Tombstoning:
- Causa radice: Forze di bagnatura irregolari o offset di posizionamento.
- Rilevamento: L'AOI identifica il componente sollevato.
- Prevenzione: Design bilanciato del pad termico e posizionamento ad alta precisione.
- Componenti mancanti:
- Causa radice: Guasto dell'alimentatore o perdita di vuoto dell'ugello.
- Rilevamento: L'AOI segnala il pad vuoto.
- Prevenzione: Manutenzione dell'alimentatore e rilevamento del vuoto sulle teste di posizionamento.
- Errori di polarità:
- Causa radice: Caricamento errato del nastro o orientamento del vassoio.
- Rilevamento: L'AOI controlla le marcature/smussi dei componenti.
- Prevenzione: Verifica tramite scansione di codici a barre durante la configurazione dell'alimentatore (IQC).
- Problemi di coplanarità (Piedini sollevati):
- Causa radice: Piedini piegati sul componente o PCB deformato.
- Rilevamento: L'AOI 3D misura l'altezza Z dei piedini.
- Prevenzione: Manipolazione rigorosa dei componenti e controllo della sensibilità all'umidità (MSL).
- Palline di saldatura:
- Causa radice: Ossidazione della pasta o rapida rampa di temperatura.
- Rilevamento: L'AOI (se programmato per i detriti) o ispezione visiva.
- Prevenzione: Pasta saldante fresca e profilo di rifusione ottimizzato.
- Vuoti (Voiding):
- Causa radice: Degassamento dal flussante o dalla finitura del PCB.
- Rilevamento: Raggi X (né SPI né AOI vedono all'interno del giunto, ma SPI assicura che sia presente abbastanza flussante).
- Prevenzione: Tempo di "soak" di rifusione corretto.
- Posizionamento obliquo:
- Causa radice: Movimento della scheda o velocità di posizionamento troppo elevata.
- Rilevamento: L'AOI misura la deviazione X/Y.
- Prevenzione: Perni di supporto della scheda sicuri e calibrazione della velocità del trasportatore.
ispezione della pasta saldante (SPI) vs ispezione ottica automatizzata (AOI): quando eseguirli nella convalida e accettazione PCBA (test e criteri di superamento)
L'identificazione dei rischi è efficace solo se si dispone di un piano di convalida rigoroso per verificare che l'apparecchiatura di ispezione sia calibrata e rilevi i difetti come previsto.
- Convalida della soglia di volume SPI:
- Obiettivo: Assicurarsi che l'SPI rifiuti la pasta insufficiente.
- Metodo: Eseguire una scheda di test con aperture dello stencil deliberatamente bloccate.
- Criteri: L'SPI deve segnalare il 100% dei pad con <70% di volume.
- Test di precisione dell'altezza SPI:
- Obiettivo: Verificare la misurazione dell'asse Z.
- Metodo: Utilizzare un blocco di calibrazione o una scheda dorata con altezze di pasta note.
- Criteri: La misurazione deve essere entro ±10% dello standard noto.
- Regolazione del tasso di falsi allarmi AOI:
- Obiettivo: Ridurre al minimo i falsi allarmi senza perdere difetti reali.
- Metodo: Eseguire 50 schede note come buone attraverso l'AOI.
- Criteri: Il tasso di falsi allarmi dovrebbe essere <500 ppm (parti per milione) per evitare l'affaticamento dell'operatore.
- Studio di fuga AOI:
- Obiettivo: Verificare il rilevamento dei difetti reali.
- Metodo: Introdurre schede "coniglio" con difetti noti (parte mancante, polarità errata) nella linea.
- Criteri: L'AOI deve rilevare il 100% dei difetti introdotti.
- Confronto campione d'oro:
- Obiettivo: Stabilire una base di riferimento per l'accettazione visiva.
- Metodo: Creare una scheda dorata approvata che rappresenta lo standard perfetto.
- Criteri: Tutte le schede di produzione vengono confrontate con questo gemello digitale nella libreria AOI.
- Revisione dati SPC:
- Obiettivo: Monitorare la stabilità del processo.
- Metodo: Revisionare i dati CpK della macchina SPI per i componenti critici.
- Criteri: CpK > 1,33 indica un processo di stampa stabile.
- Validazione dell'algoritmo:
- Obiettivo: Assicurarsi che l'OCR (Riconoscimento Ottico dei Caratteri) funzioni.
- Metodo: Verificare che l'AOI legga il testo sugli IC di diversi fornitori.
- Criteri: Identificazione riuscita di numeri di parte alternativi, se approvati.
- Verifica dell'ombreggiatura:
- Obiettivo: Assicurarsi che i componenti alti non nascondano quelli piccoli.
- Metodo: Ispezionare il layout per condensatori alti accanto a piccole resistenze.
- Criteri: Le telecamere AOI 3D devono avere una proiezione multi-angolo per vedere "dietro" gli ostacoli.
ispezione della pasta saldante (SPI) vs ispezione ottica automatizzata (AOI): quando eseguire ciascuno nella checklist di qualificazione del fornitore PCBA (RFQ, audit, tracciabilità)
Per assicurarsi che il vostro partner di produzione possa eseguire il piano di validazione, utilizzate questa checklist durante le fasi di RFQ e audit. Questa include elementi di una checklist di controllo qualità in ingresso (IQC) per PCBA per garantire che gli input siano corretti prima ancora che l'ispezione inizi.
Input e requisiti RFQ
- La RFQ richiede esplicitamente "100% 3D SPI e 100% AOI in linea" per il progetto?
- Sono specificati i criteri di ispezione IPC Classe 2 o Classe 3?
- L'esigenza di ispezione a raggi X su BGA/QFN è inclusa insieme a SPI/AOI?
- Avete richiesto un rapporto DFM che evidenzi specificamente problemi di "Ombreggiatura" o "Accesso all'ispezione"?
- Il tasso massimo consentito di falsi allarmi è definito nell'accordo di qualità?
- Sono elencati requisiti specifici per la segnalazione dei dati (ad esempio, istogrammi di volume SPI)?
- La finitura superficiale (ENIG/OSP) è specificata per supportare l'accuratezza dell'ispezione?
- Sono forniti disegni di panelizzazione con le posizioni dei fiducial chiaramente contrassegnate?
Prova di Capacità
- Il fornitore utilizza SPI 3D (volumetrico) anziché SPI 2D (solo area)?
- L'attrezzatura AOI è in grado di gestire la dimensione del componente più piccola nella vostra distinta base (ad esempio, 01005)?
- Il fornitore dispone di stazioni di programmazione offline per ridurre al minimo i tempi di inattività?
- L'AOI è collegato in rete alla stazione di riparazione per guidare gli operatori alla posizione esatta del difetto?
- Il fornitore può dimostrare un sistema a circuito chiuso (feedback SPI alla stampante)?
- Hanno algoritmi specifici per l'ispezione dei pin dei connettori e dei componenti a foro passante?
Sistema Qualità & Tracciabilità
- Esiste una robusta lista di controllo per il controllo qualità in ingresso (CQA) per i componenti PCBA prima che arrivino in linea?
- Le immagini SPI e AOI sono archiviate per un periodo minimo (ad esempio, 1 anno) per la tracciabilità?
- Il MES (Manufacturing Execution System) collega i risultati dell'ispezione al numero di serie della scheda?
- Esiste una procedura per la verifica dei "falsi allarmi" (doppio controllo da parte di un ispettore certificato)?
- I registri di manutenzione per le telecamere di ispezione e le sorgenti luminose sono aggiornati?
- Esiste un trigger "Stop Line" se difetti consecutivi vengono rilevati da SPI/AOI?
Controllo delle modifiche e consegna
- Esiste un processo per l'aggiornamento dei programmi AOI se i fornitori di componenti (e l'aspetto visivo) cambiano?
- Sono in atto controlli di revisione per garantire che il vecchio programma AOI non venga utilizzato su una nuova revisione del PCB?
- Il Certificato di Conformità (CoC) attesta che tutte le schede hanno superato SPI e AOI?
- Esiste una procedura per la gestione dei passaggi "marginali" (avvisi di deriva del processo)?
- Il fornitore può fornire un rapporto di resa che separi gli scarti SPI dagli scarti AOI?
- Le azioni di riparazione/rilavorazione vengono registrate e re-ispezionate da AOI?
# ispezione della pasta saldante (SPI) e ispezione ottica automatizzata (AOI): quando eseguire ciascuno in PCBA (compromessi e regole decisionali)
Dopo aver esaminato le capacità e i rischi, la decisione finale spesso comporta dei compromessi. Ecco un quadro logico per guidare la vostra scelta.
- Se si prioritizzano Zero Difetti sui BGA: Scegliere SPI + AOI + Raggi X. SPI è l'unico modo per garantire il volume corretto di pasta sotto un BGA prima che il componente nasconda i pad.
- Se si prioritizza il Costo su Prototipi Semplici: Scegliere solo AOI. Per componenti con passo grande (>0805) su una produzione di 5 pezzi, il tempo di configurazione per SPI può superare il valore dell'ispezione. L'ispezione visiva più AOI è solitamente sufficiente.
- Se si dà priorità alla produttività (velocità): Scegliere 3D SPI + AOI 2D/3D ad alta velocità. Rilevare immediatamente i difetti di stampa con SPI previene lo spreco di tempo nel posizionare i componenti su schede difettose, mantenendo la linea in movimento in modo efficiente.
- Se si dà priorità alla riduzione delle rilavorazioni: Scegliere SPI. Poiché la maggior parte dei difetti è legata alla stampa, fermarli qui significa che è possibile semplicemente lavare la scheda. Rilevarli con AOI richiede saldatori e calore, il che sollecita il PCB.
- Se si dà priorità alla verifica dei componenti: Scegliere AOI. SPI non può dirti se è stato posizionato un valore di resistenza errato o se un componente è completamente mancante; solo AOI (o un test elettrico) può confermarlo.
- Se si dà priorità al controllo dati/processo: Scegliere Entrambi. La combinazione fornisce un quadro completo dei dati: SPI ti informa sulla stabilità del tuo processo (stampa) e AOI sulla precisione del tuo posizionamento.
ispezione della pasta saldante (SPI) vs ispezione ottica automatizzata (AOI): quando eseguire ciascuno nell'assemblaggio PCBA FAQ (costo, tempi di consegna, file DFM, materiali, test)
D: In che modo l'aggiunta di SPI influisce sul costo di spi vs aoi: when to run each in pcba?
L'aggiunta di SPI comporta in genere un piccolo costo NRE (Non-Recurring Engineering) per la programmazione, ma consente di risparmiare denaro significativo nella produzione di massa riducendo gli scarti. Per APTPCB, il 3D SPI è spesso standard per le schede complesse per garantire la qualità.
D: L'esecuzione di SPI e AOI aumenta i tempi di consegna della produzione? Generalmente, no. Le moderne macchine SPI e AOI operano "in linea" alla velocità della produzione. L'ispezione avviene mentre la scheda successiva viene stampata o montata, quindi non crea un collo di bottiglia a meno che il tasso di difetti non sia estremamente elevato.
D: Quali file DFM sono necessari per programmare le apparecchiature spi vs aoi: when to run each in pcba?
È necessario fornire i file Gerber (in particolare il livello pasta per SPI e serigrafia/rame per AOI), i dati Centroid/Pick-and-Place (XY) e una distinta base (BOM) con i numeri di parte del produttore per identificare i tipi di package dei componenti.
D: L'AOI può sostituire i test elettrici (ICT/FCT)? No. L'AOI verifica i difetti fisici (orientamento, giunti di saldatura), ma non può verificare se un chip è elettricamente funzionante o se un condensatore ha la capacità corretta. AOI e test elettrici sono complementari.
D: Come i materiali dei PCB influenzano la precisione di spi vs aoi: when to run each in pcba?
Materiali altamente riflettenti (come la maschera di saldatura bianca) o materiali molto flessibili (come i PCB flessibili sottili) possono rappresentare una sfida per le telecamere ottiche. I PCB flessibili spesso richiedono supporti rigidi per garantire la planarità necessaria per un'ispezione 3D accurata.
D: Quali sono i criteri di accettazione per spi vs aoi: when to run each in pcba?
L'accettazione si basa solitamente sulla norma IPC-A-610 (Accettabilità degli assemblaggi elettronici). La Classe 2 è standard per il settore consumer/industriale, mentre la Classe 3 è per applicazioni ad alta affidabilità (medico/aerospaziale) e richiede soglie di ispezione più rigorose.
D: spi vs aoi: when to run each in pcba copre i componenti a foro passante?
L'SPI è strettamente per la pasta SMT. L'AOI può ispezionare i giunti di saldatura a foro passante (qualità del raccordo) e la presenza dei componenti, ma l'ispezione visiva manuale è talvolta ancora utilizzata per assemblaggi THT complessi.
D: Perché una lista di controllo della qualità in ingresso (IQC) per PCBA è importante per il successo dell'ispezione? Se il PCB grezzo presenta piazzole ossidate o i componenti sono della dimensione sbagliata (input), SPI e AOI genereranno un numero enorme di falsi allarmi o non riusciranno a rilevare i problemi. L'IQC garantisce che gli input corrispondano ai parametri del programma.
Risorse per spi vs aoi: when to run each in pcba (pagine e strumenti correlati)
- Ispezione SPI: Approfondimento su come funziona l'ispezione della pasta saldante e sui difetti specifici che previene nella fase di stampa.
- Ispezione AOI: Panoramica dettagliata delle capacità dell'ispezione ottica automatizzata per il rilevamento di errori di posizionamento e saldatura.
- Controllo Qualità in Ingresso: Scopri come vengono verificate le materie prime prima dell'assemblaggio, un precursore cruciale per un'ispezione automatizzata di successo.
- Linee Guida DFM: Consigli di progettazione per garantire che il layout del tuo PCB sia ottimizzato per le apparecchiature di ispezione automatizzata.
- Assemblaggio SMT & THT: Comprendere l'intero processo di assemblaggio aiuta a contestualizzare dove SPI e AOI si inseriscono nella linea di produzione.
- Sistema di Qualità: Esplora il quadro di qualità più ampio che governa gli standard di ispezione e le certificazioni.
# ispezione della pasta saldante (SPI) vs ispezione ottica automatizzata (AOI): quando eseguire ciascuno in PCBA (revisione DFM + prezzi)
Pronto a passare dalla pianificazione alla produzione? Richiedi un preventivo da APTPCB per ottenere una revisione DFM completa che include un'analisi dei tuoi requisiti di ispezione.
Per ottenere il preventivo e il piano di ispezione più accurati, si prega di fornire:
- File Gerber: Inclusi i livelli di pasta, maschera e serigrafia.
- BOM (Distinta Base): Con i numeri di parte completi del produttore.
- Dati XY: File centroid per il posizionamento dei componenti.
- Volume: Quantità di prototipi vs. produzione di massa (influenza la strategia di ispezione).
- Requisiti speciali: IPC Classe 2 vs. Classe 3, o esigenze di test specifiche.
Conclusione: ispezione della pasta saldante (SPI) vs ispezione ottica automatizzata (AOI): quando eseguire ciascuno in PCBA – prossimi passi
Decidere su spi vs aoi: when to run each in pcba non significa scegliere l'uno o l'altro, ma costruire una strategia di difesa in profondità per la vostra elettronica. L'SPI assicura le fondamenta garantendo una stampa della saldatura perfetta, mentre l'AOI agisce come verificatore finale dell'integrità dell'assemblaggio. Definendo specifiche chiare, comprendendo i rischi e convalidando le capacità del vostro fornitore, potete ridurre significativamente i costi di rilavorazione e garantire una consegna affidabile.