В высокоскоростном мире производства электроники разница между прибыльной партией и дорогостоящим отзывом часто сводится к одному процессу: классификации дефектов SMT. Линии технологии поверхностного монтажа (SMT) обрабатывают тысячи компонентов в час. Без надежной системы для категоризации, обнаружения и устранения ошибок показатели выхода годной продукции резко падают.

В APTPCB (APTPCB PCB Factory) мы понимаем, что выявление дефекта — это только полдела. Истинная ценность заключается в его правильной классификации для определения первопричины и предотвращения повторного возникновения. Это руководство служит всеобъемлющим ресурсом для инженеров и менеджеров по закупкам. Оно охватывает все: от стандартов IPC и критически важных показателей до выбора правильной технологии контроля для ваших конкретных нужд.

Классификация дефектов Линии технологии поверхностного монтажа (SMT)

• Иерархия имеет значение: Не все дефекты одинаковы; они обычно классифицируются как критические, серьезные или незначительные в зависимости от рисков для функциональности и надежности.
• Стандартизация: IPC-A-610 является мировым эталоном для определения критериев паяных соединений и уровней приемки.
• Обнаружение против предотвращения: Эффективная классификация позволяет перейти от простого выявления неисправных плат к настройке процесса для их предотвращения.
• Роль АОИ: Автоматическая оптическая инспекция (АОИ) является основой современной классификации, но требует точного программирования для предотвращения ложных срабатываний.
• Принятие решений на основе данных: Метрики, такие как DPMO (дефекты на миллион возможностей) и выход годных изделий с первого прохода, необходимы для проверки вашей стратегии классификации.
• Проверка: Регулярные перекрестные проверки между машинными данными и человеческой верификацией предотвращают «пропущенные» дефекты.

Классификация дефектов Линии технологии поверхностного монтажа (SMT) (область применения и границы)

Для эффективного управления качеством мы должны сначала определить границы классификации дефектов SMT. Это не просто список некачественных деталей. Это структурированный подход к категоризации аномалий на основе их влияния на производительность, надежность и соответствие конечного продукта.

Три уровня классификации

Большинство отраслевых стандартов, включая те, что используются в APTPCB, следуют трехуровневой системе, основанной на рекомендациях IPC:

1. Критические дефекты:

   • Определение: Аномалии, которые могут привести к опасным условиям или катастрофическому отказу устройства.
   • Действие: Немедленная остановка линии. Карантин всей партии.
   • Примеры: Электрические короткие замыкания на линиях электропередач, отсутствующие компоненты безопасности или сильное загрязнение, влияющее на изоляцию.

2. Серьезные дефекты:

   • Определение: Аномалии, которые могут привести к отказу или существенно снизить пригодность продукта для его предполагаемого использования.
   • Действие: Требуется доработка. Анализ первопричин инициируется, если частота превышает пороговое значение.

• Примеры: Разомкнутые цепи, отсутствующие компоненты, эффект "надгробия" (tombstoning) или нарушения критериев паяных соединений (например, недостаточное смачивание).

3. Мелкие дефекты:
   • Определение: Аномалии, которые не влияют на форму, соответствие или функцию продукта, но нарушают косметические стандарты.
   • Действие: Отслеживать тенденции. Переработка может быть необязательной в зависимости от косметических требований заказчика (Класс 2 против Класса 3).
   • Примеры: Незначительное изменение цвета, небольшие остатки флюса или смещение компонента, не нарушающее электрический зазор.

Роль стандартов IPC

Основой классификации дефектов SMT является стандарт IPC-A-610 ("Критерии приемлемости электронных сборок"). Этот стандарт предоставляет визуальные критерии того, что является приемлемым. Он делит продукцию на три класса:

• Класс 1: Общие электронные изделия (Бытовая электроника).
• Класс 2: Электронные изделия специального назначения (Ноутбуки, связь).
• Класс 3: Высокая производительность/Суровые условия (Аэрокосмическая отрасль, медицина, автомобилестроение).

Дефект в Классе 3 может быть приемлемым в Классе 1. Следовательно, классификация всегда относительна к целевому применению.

Классификация дефектов Линии технологии поверхностного монтажа (SMT), которые имеют значение (как оценивать качество)

Как только вы определили, что представляет собой дефект, вам нужно измерить, как часто они возникают. Полагаться на "интуицию" опасно в производстве. Вам нужны точные данные для стимулирования улучшений. В следующей таблице представлены основные метрики для отслеживания качества SMT.

Метрика	Почему это важно	Типичный диапазон / Факторы	Как измерять
First Pass Yield (FPY)	Указывает процент плат, которые проходят все проверки без какой-либо доработки. Высокий FPY означает стабильный процесс.	95% - 99%+ (сильно зависит от сложности платы).	(Годные единицы / Общее количество единиц, поступающих в процесс) × 100
DPMO (Defects Per Million Opportunities)	Стандарт для сравнения качества различных конструкций плат. Он нормализует показатели дефектов на основе сложности.	< 50 для мирового класса; < 500 для среднего.	(Общее количество дефектов / (Общее количество единиц × Возможности на единицу)) × 1 000 000
False Call Rate (FCR)	Измеряет, как часто инспекционная машина (AOI) помечает хорошую деталь как плохую. Высокий FCR вызывает утомление оператора.	Цель < 5000 PPM. Высокий FCR приводит к игнорированию реальных дефектов.	(Ложные отбраковки / Общее количество возможностей) × 1 000 000
Escape Rate	Самая опасная метрика: дефекты, которые проскальзывают через проверку и достигают клиента.	Цель: 0. Даже один пропущенный дефект может нанести ущерб репутации.	(Дефекты, обнаруженные клиентом / Общее количество дефектов) × 100
Slip Rate	Дефекты, обнаруженные на более поздней стадии (например, ICT), которые должны были быть обнаружены на SMT.	Варьируется. Указывает на пробел в стратегии классификации дефектов SMT.	(Дефекты, обнаруженные на ICT / Общее количество дефектов SMT)
Понимание этих метрик позволяет эффективно проводить аудит вашей Системы качества. Если ваш FPY низок, но показатель проскока (Escape Rate) равен нулю, ваша инспекция работает, но процесс отклоняется.

Классификация дефектов Линии технологии поверхностного монтажа (SMT): руководство по выбору в зависимости от сценария (компромиссы)

Выбор правильного метода для классификации дефектов SMT включает компромиссы между скоростью, стоимостью и глубиной анализа. Не каждая плата требует 3D-рентгена, но полагаться исключительно на ручной контроль для плат высокой плотности — это путь к неудаче.

Вот как выбрать правильный комплекс инспекций в зависимости от вашего производственного сценария.

Сценарий 1: NPI и прототипирование

• Контекст: Низкий объем (1-10 плат), быстрая оборачиваемость, непроверенный дизайн.
• Рекомендация: Ручной визуальный контроль (MVI) + Контроль первого образца (FAI).
• Компромисс: Высокие затраты на рабочую силу на единицу, но нулевое время настройки для машин.
• Почему: Программирование AOI для 5 плат занимает больше времени, чем их ручной контроль. Системы FAI проверяют спецификацию (BOM) и полярность перед продолжением производства.

Сценарий 2: Массовая потребительская электроника

• Контекст: Тысячи единиц, чувствительность к стоимости, стандартные компоненты (0402, QFP).
• Рекомендация: Встроенный 2D или 3D AOI.
• Компромисс: Высокие начальные затраты на оборудование, но чрезвычайно низкие затраты на единицу.
• Почему: Основы AOI диктуют, что камеры могут проверять быстрее, чем люди. 3D AOI предпочтительна для измерения объема припоя и копланарности.
• Узнать больше: Услуги AOI-инспекции.

Сценарий 3: BGA и скрытые соединения

• Контекст: Платы, использующие Ball Grid Arrays (BGA), QFN или CSP, где паяные соединения находятся под корпусом.
• Рекомендация: Автоматизированная рентгеновская инспекция (AXI).
• Компромисс: Более медленное время цикла и дорогостоящее оборудование.
• Почему: Оптические системы (AOI) не могут видеть сквозь пластик или кремний. Рентген — единственный неразрушающий способ классифицировать пустоты и перемычки под чипами.

Сценарий 4: Мелкий шаг и миниатюризация

• Контекст: Компоненты 0201 или 01005, разъемы с мелким шагом.
• Рекомендация: Инспекция паяльной пасты (SPI) + 3D AOI.
• Компромисс: Добавляет шаг перед установкой компонентов (SPI).
• Почему: 70% дефектов SMT возникают на этапе печати. SPI обнаруживает недостаточный объем пасты еще до установки детали, что экономит затраты на доработку.

Сценарий 5: Высокая надежность (автомобильная/аэрокосмическая промышленность)

• Контекст: Требования IPC Class 3, нулевая терпимость к отказам.
• Рекомендация: SPI + 3D AOI + AXI + ICT (Внутрисхемный тест).
• Компромисс: Самая высокая стоимость и самая низкая пропускная способность.
• Почему: Требуется избыточность. Дефект, пропущенный AOI, должен быть обнаружен электрическим тестированием.

Сценарий 6: Устаревшие или смешанные сквозные отверстия

• Контекст: Платы SMT, которые также требуют ручной установки крупных разъемов или конденсаторов.
• Рекомендация: AOI для SMT + Ручная проверка для THT.
• Компромисс: Сбалансированный подход.
• Почему: Машины AOI часто испытывают трудности с переменной высотой и формой компонентов, монтируемых в отверстия вручную.

Классификация дефектов Линии технологии поверхностного монтажа (SMT) (от проектирования до производства)

Внедрение надежной стратегии классификации дефектов SMT начинается задолго до того, как машина для установки компонентов разогреется. Оно начинается на этапе проектирования.

Ниже приведен контрольный список, чтобы убедиться, что ваш продукт готов к точной классификации дефектов.

1. Обзор проектирования для производства (DFM)

• Рекомендация: Убедитесь, что посадочные места компонентов соответствуют стандартам IPC.
• Риск: Если контактные площадки слишком малы, AOI будет сигнализировать о "недостаточной пайке", даже если соединение механически прочно.
• Приемка: Проверка DFM пройдена без критических ошибок.
• Ресурс: Руководство по DFM.

2. Размещение реперных знаков (Fiducial Markers)

• Рекомендация: Разместите как минимум три глобальных реперных знака на направляющих панели и локальные реперные знаки рядом с компонентами с малым шагом.
• Риск: Без реперных знаков машина AOI не сможет выровнять свою систему координат, что приведет к массовым ложным срабатываниям по положению.
• Приемка: Четкие контрастные реперные знаки присутствуют в данных Gerber.

3. Стандартизация библиотеки компонентов

• Рекомендация: Используйте стандартные размеры корпусов. Избегайте смешивания метрических и имперских кодов в спецификациях (BOM).
• Риск: Несоответствие данных библиотеки приводит к тому, что машина ищет резистор, который в два раза больше фактической детали.
• Принятие: Проверка спецификации (BOM scrub) завершена.

4. Проверка дизайна трафарета

• Рекомендация: Оптимизируйте дизайн апертуры для выпуска пасты.
• Риск: Плохой выпуск приводит к образованию перемычек. Если система классификации дефектов не настроена, она может ошибочно идентифицировать перемычки как "несоосность".
• Принятие: Данные объема SPI в пределах 80%-120% от целевого значения.

5. Настройка профиля оплавления

• Рекомендация: Используйте термопрофилограф, чтобы убедиться, что все соединения достигают точки ликвидуса.
• Риск: Холодные паяные соединения notoriously трудно обнаружить для 2D AOI.
• Принятие: Профиль соответствует спецификациям производителя пасты.

6. Настройка порогов инспекции

• Рекомендация: Запустите "Золотую плату" (известную как исправную плату) для обучения AOI.
• Риск: Слишком жесткие допуски приводят к большому количеству ложных срабатываний; слишком свободные — к пропускам дефектов.
• Принятие: Частота ложных срабатываний < 5000 PPM во время пробного запуска.

7. Обучение операторов

• Рекомендация: Обучите операторов критериям паяных соединений и тому, как проверять флаги AOI.
• Риск: Операторы могут привычно нажимать "Принять" на ложных срабатываниях, в конечном итоге принимая реальный дефект.
• Принятие: Операторы сертифицированы по IPC-A-610.

8. Обратная связь по данным

• Рекомендация: Передавайте данные AOI обратно на принтер и установщик.
• Риск: Устранение дефектов без устранения их источника гарантирует их повторное появление.
• Принятие: Производственная мощность (Cpk) со временем улучшается.

Классификация дефектов Линии технологии поверхностного монтажа (SMT) (и правильный подход)

Даже с высококлассным оборудованием производители часто сталкиваются с трудностями в классификации дефектов SMT. Вот наиболее распространенные ловушки и то, как APTPCB их избегает.

1. Игнорирование усталости от "ложных срабатываний"

• Ошибка: Инженеры устанавливают максимальную чувствительность AOI, чтобы обнаружить все. Машина отмечает 50 ошибок на плате, 49 из которых ложные.
• Следствие: Оператор перестает внимательно смотреть и массово принимает список, пропуская 1 реальный дефект.
• Коррекция: Настройте освещение и алгоритмы, чтобы уменьшить количество ложных срабатываний до управляемого уровня.

2. Полагаться исключительно на электрический тест (ICT)

• Ошибка: Предполагать, что если плата проходит электрический тест, она идеальна.
• Следствие: "Почти разомкнутое" соединение (едва касающееся) пройдет электрический тест, но выйдет из строя в полевых условиях после вибрации.
• Коррекция: Визуальный осмотр (AOI/рентген) обязателен для проверки структурной целостности, а не только соединения.

3. Непоследовательное именование дефектов

• Ошибка: Один оператор называет это "недостаточной пайкой", другой — "разомкнутым".
• Следствие: Анализ данных становится невозможным. Вы не можете отследить первопричину, если данные беспорядочны.
• Коррекция: Стандартизируйте словарь дефектов на основе терминов IPC.

4. Пропуск SPI (контроля паяльной пасты)

• Ошибка: Рассмотрение SPI как ненужной затраты.
• Последствие: Дефекты обнаруживаются в конце линии (после оплавления), что требует дорогостоящей доработки паяльниками.
• Коррекция: Выявляйте проблемы с пастой сразу после печати. Очистка платы дешевле, чем выпаивание компонентов.

5. Пренебрежение эффектами затенения

• Ошибка: Размещение высоких компонентов (электролитических конденсаторов) рядом с маленькими резисторами.
• Последствие: Высокий компонент блокирует обзор камеры AOI или отбрасывает тень, делая инспекцию невозможной.
• Коррекция: Учитывайте расположение компонентов на этапе DFM.

6. Отсутствие калибровки

• Ошибка: Нерегулярная калибровка инспекционного оборудования.
• Последствие: Дрейф измерений приводит к неточной классификации смещений или перекосов компонентов.
• Коррекция: Плановое обслуживание и калибровка с использованием сертифицированных эталонов.

Классификация дефектов Линии технологии поверхностного монтажа (SMT) (как часто инспекционная машина (AOI)-контроль, рентгеновский контроль)

В: В чем разница между AOI и рентгеновским контролем? О: AOI использует камеры и свет для проверки видимых характеристик, таких как размещение компонентов и видимые галтели припоя. Рентген проникает сквозь плату для проверки скрытых характеристик, таких как шарики BGA или пустоты внутри паяного соединения.

В: Как рассчитать DPMO для печатной платы? A: DPMO = (Total Number of Defects / (Total Number of Units × Total Opportunities per Unit)) × 1,000,000. "Возможность" — это любой шанс возникновения дефекта, такой как размещение компонента или паяное соединение.

Q: Что такое "Champagne Void"? A: Это специфический тип пустоты, обнаруживаемый в BGA, где пустота расположена на границе раздела между шариком припоя и контактной площадкой корпуса. Это критический дефект, часто вызванный проблемами с покрытием.

Q: Может ли классификация дефектов быть полностью автоматизирована? A: Хотя машины (AOI/SPI) выполняют основную работу по обнаружению, окончательная классификация часто требует человеческой проверки для исключения ложных срабатываний. AOI на базе ИИ снижает потребность в человеческом вмешательстве, но человеческий надзор остается критически важным для продуктов Класса 3.

Q: В чем разница между IPC Классом 2 и Классом 3 в отношении дефектов? A: Класс 2 допускает некоторые несовершенства (например, 50% вертикального заполнения в сквозном отверстии). Класс 3 более строг (например, 75% вертикального заполнения), потому что продукт должен функционировать без перебоев в суровых условиях.

Q: Почему "Head-in-Pillow" трудно обнаружить? A: Head-in-Pillow (HiP) возникает, когда шарик BGA лежит на пасте, но не сливается. Он часто проходит электрические тесты постоянного тока, но выходит из строя на высоких частотах или при термическом напряжении. Рентген обычно требуется для обнаружения тонкой разницы в форме.

Q: Предоставляет ли APTPCB отчеты об инспекции? A: Да. По запросу мы можем предоставить отчеты AOI, рентгеновского контроля и FAI для подтверждения соблюдения процесса классификации дефектов SMT.

Классификация дефектов Линии технологии поверхностного монтажа (SMT) (ключевые термины)

Термин	Определение
AOI	Автоматическая оптическая инспекция. Использует камеры для сканирования печатных плат на предмет катастрофических сбоев и дефектов качества.
Перемычка	Дефект, при котором припой соединяет две или более соседние контактные площадки, которые должны быть электрически изолированы (короткое замыкание).
Компланарность	Состояние, при котором все выводы компонента лежат в одной геометрической плоскости. Отсутствие компланарности приводит к обрывам соединений.
DPMO	Дефекты на миллион возможностей. Стандартная метрика качества процесса.
Реперная точка	Медная метка на печатной плате, используемая сборочными машинами в качестве опорной точки для выравнивания.
Head-in-Pillow	Дефект BGA, при котором шарик припоя лежит на паяльной пасте контактной площадки, но не полностью сливается.
IPC-A-610	Промышленный стандарт приемлемости электронных сборок.
Эффект Манхэттена	Также известен как "эффект надгробия". Компонент встает на один конец из-за неравномерных сил смачивания во время оплавления.
Перекос	Дефект, при котором компонент повернут или смещен относительно целевой контактной площадки, но все еще электрически соединен.
Образование шариков припоя	Крупные шарики припоя, образующиеся рядом с чип-компонентами, часто из-за избытка пасты.
SPI	Инспекция паяльной пасты. Измеряет объем, высоту и площадь отложений паяльной пасты.
Эффект надгробия	См. эффект Манхэттена.
Пустоты	Пустые пространства или воздушные карманы внутри паяного соединения. Допустимо до определенного процента (обычно 25 %).
Смачивание	Способность расплавленного припоя растекаться и соединяться с металлической поверхностью контактной площадки и вывода компонента.

Классификация дефектов Линии технологии поверхностного монтажа (SMT), следующие шаги

Освоение классификации дефектов SMT — это не просто покупка самой дорогой инспекционной машины. Речь идет об интеграции проектирования, контроля процессов и валидации в единую систему. Понимая иерархию дефектов, отслеживая метрики, такие как DPMO, и выбирая правильные инструменты контроля для вашего конкретного сценария, вы можете значительно снизить риски и повысить выход годных изделий.

В APTPCB мы используем многоступенчатую стратегию контроля, включающую SPI, 3D AOI и рентген, чтобы гарантировать соответствие каждой платы вашему указанному классу IPC.

Готовы запустить ваш дизайн в производство? При подаче ваших данных для DFM-анализа или запроса ценового предложения, пожалуйста, предоставьте:

1. Файлы Gerber: Включая слои паяльной пасты, маски и шелкографии.
2. BOM (Перечень материалов): С номерами деталей производителя.
3. Монтажные чертежи: С указанием полярности и специальных инструкций.
4. Требования к тестированию: Укажите, требуются ли вам ICT, FCT или специфическое рентгеновское покрытие.
5. Класс IPC: Укажите, требуются ли вам стандарты контроля Класса 2 или Класса 3. Обеспечение ясности этих деталей с первого дня позволяет нам калибровать наши протоколы классификации дефектов SMT под ваши точные потребности, поставляя продукт, которому вы можете доверять.

Related links

• Системы качества
• Услуги AOI-инспекции
• Руководство по DFM