Инспекция паяльной пасты (SPI) является наиболее критическим этапом контроля качества в процессе поверхностного монтажа (SMT), поскольку почти 70% дефектов пайки возникают на этапе печати. Это руководство по инспекции SPI предоставляет инженерам практическую основу для установления критериев приемки, настройки параметров машины и устранения ошибок печати до установки компонентов. На заводе APTPCB (APTPCB PCB Factory) мы используем 3D SPI для обеспечения соответствия объема, площади и высоты паяльной пасты строгим спецификациям IPC, предотвращая дорогостоящие доработки на более поздних этапах сборочной линии.
Руководство по инспекции Инспекция паяльной пасты (SPI) (30 секунд)
Для инженеров, настраивающих производственную линию, вот основные параметры и границы для успешного процесса SPI:
- Пороги объема: Стандартное допустимое значение обычно составляет от 75% до 125% от теоретического объема апертуры трафарета.
- Ограничения по высоте: Высота паяльной пасты должна обычно находиться в диапазоне от 60 мкм до 150 мкм, в зависимости от толщины трафарета (обычно ±30% от толщины фольги).
- Покрытие площади: Минимальное покрытие площади часто устанавливается на уровне 80% для обеспечения достаточного покрытия смачиваемой площадки.
- Допуск смещения: Максимальное смещение по X/Y обычно ограничено <20% от ширины контактной площадки для предотвращения образования мостиков или эффекта надгробия.
- Критический фокус: Уделяйте приоритетное внимание контактным площадкам с мелким шагом (0,4 мм и менее) и BGA-площадкам, так как они наиболее подвержены недостаточному количеству пасты.
- Валидация: Всегда выполняйте верификацию по "эталонной плате" (Golden Board) после очистки трафарета или установки нового ракеля.
Руководство по инспекции Инспекция паяльной пасты (SPI)-инспекции (и когда нет)
Понимание того, когда следует применять строгие протоколы SPI, обеспечивает экономически эффективный контроль качества без ненужных узких мест.
Когда применять строгие протоколы SPI:
- Компоненты с малым шагом (Fine Pitch): Необходимы для 0201, 01005, QFN и BGA, где визуальный осмотр невозможен или ненадежен.
- Секторы высокой надежности: Обязательно для автомобильных, медицинских и аэрокосмических печатных плат (PCBA), где надежность соединений не подлежит обсуждению.
- Крупносерийное производство: Критически важно для автоматизированных циклов обратной связи, где данные SPI автоматически корректируют выравнивание принтера.
- Применение ступенчатых трафаретов (Step-Stencil): Необходимо для проверки сложного нанесения пасты на платы, требующие нескольких высот пасты.
Когда SPI может быть упрощена или пропущена:
- Ручная сборка прототипов: Если паста наносится вручную или с помощью простого приспособления для одной платы, автоматизированная SPI нецелесообразна.
- Большие платы только с THT: Если плата в основном использует технологию сквозного монтажа (Through-Hole Technology) с минимальным SMT, визуального осмотра может быть достаточно.
- Потребительская электроника низкой плотности: Для простых конструкций с крупными компонентами 1206 2D-инспекция может заменить полный 3D-объемный анализ.
Руководство по инспекции Инспекция паяльной пасты (SPI)-инспекции (ключевые параметры и ограничения)
Для правильной настройки вашей машины необходимо определить конкретные критерии прохождения/отклонения. В следующей таблице приведены стандартные правила, используемые в надежном рабочем процессе учебного пособия по инспекции SPI.
| Правило | Рекомендуемое значение/диапазон | Почему это важно | Как проверить | Если проигнорировано |
|---|---|---|---|---|
| Объем % | 75% – 125% | Обеспечивает достаточное количество припоя для прочного соединения без образования мостиков. | 3D SPI объемный анализ | Сухие соединения (низкое) или короткие замыкания (высокое). |
| Высота % | 70% – 130% от трафаретной фольги | Предотвращает "собачьи уши" или недостаточную пиковую высоту для контакта компонента. | Лазерная триангуляция / Муар | Открытые соединения или перекос компонента. |
| Площадь % | > 80% от апертуры | Гарантирует, что паста покрывает достаточную поверхность контактной площадки для смачивания. | 2D/3D обработка изображений | Плохие углы смачивания и слабые механические связи. |
| Смещение X/Y | < 20% от ширины контактной площадки | Предотвращает касание пастой маски или соседних контактных площадок. | Проверка реперных точек выравнивания | Образование мостиков, эффект надгробия или шарики припоя. |
| Обнаружение мостиков | 0 (Не допускается) | Любое соединение между контактными площадками является гарантированным коротким замыканием. | Алгоритмический анализ зазоров | Немедленное электрическое короткое замыкание после оплавления. |
| Деформация формы | < 20% отклонения | Указывает на оседание или плохое отделение от трафарета. | Анализ контура | Несогласованные формы соединений и потенциальные пустоты. |
| Копланарность (BGA) | < 30 мкм отклонения | Гарантирует, что все шарики на BGA одновременно касаются пасты. | Сравнение высоты нескольких контактных площадок | Дефекты Head-in-Pillow (HiP) на BGA. |
| Вязкость пасты | Контролировать окно процесса | Влияет на то, как паста раскатывается и высвобождается, влияя на объем. | Реометр (офлайн) | Непостоянный объем печати по всей плате. |
| Скорость ракеля | 20 – 100 мм/сек | Слишком быстро вызывает пропуски; слишком медленно вызывает растекание. | Журнал параметров принтера | Переменная высота или размазанная паста. |
| Скорость разделения | 0,5 – 2,0 мм/сек | Критично для определения резкости краев пастовых кирпичиков. | Экран настройки принтера | "Собачьи уши" или пиковые отложения пасты. |
Руководство по инспекции Инспекция паяльной пасты (SPI)-инспекции (контрольные точки процесса)
Внедрение SPI требует интеграции инспекционной машины в линию SMT и установления обратной связи.
- Дизайн трафарета и импорт Gerber: Загрузите данные Gerber трафарета в машину SPI. Определите зоны "Keep Out" и идентифицируйте критические компоненты (BGA, QFN), требующие более жестких допусков.
- Калибровка нулевой плоскости: Откалибруйте машину, используя голую печатную плату, чтобы установить эталон "нулевой высоты". Искривленные платы могут искажать показания высоты, поэтому убедитесь, что система зажима эффективно выравнивает печатную плату.
- Конфигурация параметров: Установите верхний предел спецификации (USL) и нижний предел спецификации (LSL) для объема, площади и высоты на основе приведенной выше таблицы.
- Обучение и отладка: Запустите "Золотую плату" (известный хороший отпечаток). Машина изучает расположение контактных площадок и типичные характеристики отражения. Отрегулируйте настройки освещения, чтобы устранить шум от покрытий HASL или ENIG.
- Инспекция первого образца (ИПО): Напечатайте первую производственную панель. Машина SPI сканирует ее. Вручную проверьте любые сбои, чтобы исключить ложные срабатывания. Если печать хорошая, сохраните настройки как мастер-программу.
- Настройка обратной связи с замкнутым контуром: Подключите машину SPI к принтеру паяльной пасты. Настройте систему так, чтобы она запускала автоматическую очистку трафарета при обнаружении последовательных дефектов (например, засоренных апертур).
- Мониторинг производства: Отслеживайте диаграммы SPC (Статистический контроль процессов) в реальном времени (X-бар, R-диаграмма). Ищите тенденции, такие как постепенное снижение объема, что указывает на необходимость очистки трафарета или пополнения пасты.
- Проверка и устранение дефектов: Когда машина обнаруживает дефект, оператор должен просмотреть 2D/3D изображение. Истинные дефекты требуют промывки и повторной печати платы. Ложные срабатывания требуют тонкой настройки пороговых значений.
руководство по инспекции spi устранение неполадок (режимы отказа и исправления)
Даже при идеальных настройках возникают дефекты. Этот раздел руководства по инспекции spi посвящен диагностике распространенных режимов отказа.
Симптом: Недостаточный объем (мало пасты)
- Причины: Засоренные апертуры трафарета, высохшая паста, низкое давление ракеля или недостаточное количество пасты на трафарете.
- Проверки: Проверьте чистоту трафарета; проверьте диаметр валика пасты (должен быть 15-20 мм).
- Исправление: Выполните очистку нижней стороны трафарета; добавьте свежую пасту; слегка увеличьте давление ракеля.
Профилактика: Увеличить частоту автоматической очистки.
Симптом: Чрезмерная высота (Пики/Собачьи уши)
- Причины: Низкая скорость разделения (слишком высокая), слишком высокая вязкость пасты или неправильное расстояние отрыва трафарета.
- Проверки: Проверить настройки скорости разделения; проверить срок годности/время воздействия пасты.
- Исправление: Замедлить скорость разделения; заменить старую пасту.
- Профилактика: Контролировать температуру и влажность в помещении SMT.
Симптом: Перемычки (Короткие замыкания)
- Причины: Чрезмерное давление ракеля, вызывающее "накачку", плохая поддержка платы или смещение.
- Проверки: Проверить наличие размазывания пасты под трафаретом; проверить опорные штифты платы.
- Исправление: Тщательно очистить нижнюю часть трафарета; уменьшить давление; перевыровнять печатную плату.
- Профилактика: Использовать лучшие инструменты для поддержки платы, чтобы предотвратить изгиб печатной платы.
Симптом: Смещение (Несоосность)
- Причины: Печатная плата не зажата плотно, ошибка распознавания реперных знаков или растяжение трафарета.
- Проверки: Проверить реперные знаки на печатной плате на предмет окисления; проверить ширину транспортной направляющей.
- Исправление: Очистить реперные знаки; отрегулировать ширину направляющей; перекалибровать выравнивание принтера.
- Профилактика: Регулярное обслуживание системы технического зрения принтера.
Симптом: Зачерпывание (Низкая высота в центре)
- Причины: Лезвие ракеля слишком мягкое или давление слишком высокое над большими апертурами.
- Проверки: Осмотреть состояние резинового/металлического лезвия.
Fix: Переключитесь на металлический ракель; уменьшите давление; используйте дизайн апертуры с перекрестной штриховкой.
Prevention: Оптимизируйте дизайн апертуры для больших контактных площадок.
Symptom: Случайные предупреждения о мусоре
- Causes: Пыль, волокна или окисление на голой плате, вызывающие ложные срабатывания.
- Checks: Проверьте чистоту поступающих печатных плат.
- Fix: Отрегулируйте чувствительность или освещение SPI; используйте очиститель печатных плат/ленточный очиститель перед печатью.
- Prevention: Улучшите условия хранения голых печатных плат.
Руководство по инспекции Инспекция паяльной пасты (SPI) по сравнению с другими методами
При разработке стратегии контроля качества инженеры часто сравнивают SPI с другими технологиями инспекции.
SPI против AOI (Автоматическая оптическая инспекция): SPI происходит до установки компонентов и оплавления, фокусируясь исключительно на паяльной пасте. Инспекция AOI происходит после оплавления (или иногда до оплавления) для проверки установки компонентов, полярности и окончательного качества паяных соединений. Вам нужны обе: SPI предотвращает дефекты, в то время как AOI выявляет ошибки установки.
SPI против рентгеновской инспекции: SPI использует оптический свет (муаровые полосы) для измерения топологии поверхности. Он не может видеть внутри соединения. Введение в рентгеновскую инспекцию объяснило бы, что рентген необходим, чтобы видеть сквозь компонент для проверки пустот BGA или коротких замыканий под корпусом после оплавления. SPI предсказывает качество BGA путем измерения объема пасты, но рентген подтверждает его.
2D против 3D SPI: 2D SPI проверяет только площадь и покрытие (как камера). 3D SPI измеряет высоту и объем. Для современной электроники с различными размерами компонентов 3D является обязательным, потому что контактная площадка может иметь идеальное покрытие площади, но недостаточную высоту, что приводит к разомкнутому соединению.
Руководство по инспекции Инспекция паяльной пасты (SPI) FAQ (стоимость, время выполнения, распространенные дефекты, критерии приемки, файлы DFM)
1. Увеличивает ли добавление SPI стоимость сборки печатных плат? Прямые затраты незначительны по сравнению с экономией. Хотя требуется время на настройку машины, SPI снижает затраты на доработку, выявляя дефекты до дорогостоящего процесса оплавления. APTPCB включает SPI как стандартную часть нашего процесса контроля качества для сложных плат.
2. Как SPI влияет на время выполнения заказа? Он добавляет минимальное время (секунды на панель) к циклу. Настройка выполняется параллельно с настройкой принтера. Для заказов быстрого изготовления печатных плат небольшое время настройки оправдывает снижение риска.
3. Каковы критерии приемки для пассивных компонентов 0201? Для компонентов 0201 ключевым является постоянство объема. Обычно мы ищем объем >80% и <120%, при этом мостики не допускаются. Изменение высоты должно строго контролироваться для предотвращения эффекта надгробия (tombstoning).
4. Может ли SPI обнаруживать дефекты на контактных площадках BGA? Да. SPI — лучший инструмент для предотвращения дефектов BGA. Он измеряет компланарность паяльной пасты по всей площади BGA. Если одна контактная площадка имеет низкий объем, это, вероятно, вызовет дефект «голова-в-подушке» (Head-in-Pillow).
5. Какие файлы мне нужно отправить для программирования SPI?
Вам необходимо предоставить Gerber-файлы слоя пасты (обычно .GTP или .GBP) и файл XY Pick and Place (для ссылки на компоненты).
6. Как вы справляетесь с ложными срабатываниями в SPI? Ложные срабатывания часто возникают из-за деформации печатной платы или окисления на контактных площадках. Мы корректируем опорную плоскость по высоте и оптимизируем углы освещения. Мы не просто расширяем допуски, чтобы игнорировать их.
7. Необходим ли SPI для жестко-гибких печатных плат? Да, поверхности жестко-гибких печатных плат могут быть неровными. 3D SPI имеет решающее значение для компенсации небольших перепадов высоты в переходных зонах, чтобы обеспечить правильное нанесение пасты.
8. В чем разница между соотношением площади (Area Ratio) и соотношением сторон (Aspect Ratio) в контексте SPI? Это термины проектирования трафаретов. Соотношение сторон — это ширина апертуры / толщина фольги (>1,5). Соотношение площади — это площадь отверстия апертуры / площадь стенок апертуры (>0,66). SPI проверяет, успешно ли эти соотношения позволили высвободить пасту.
9. Могут ли данные SPI использоваться для DFM? Безусловно. Если SPI постоянно показывает малый объем на определенных контактных площадках, мы передаем эту информацию команде разработчиков для корректировки размеров апертур в трафарете или изменения посадочного места печатной платы в будущих ревизиях.
10. Как SPI связан с основами AOI? В то время как основы AOI сосредоточены на наличии компонентов и галтелях соединений, SPI фокусируется на количестве сырья (пасты). Отказ в SPI является опережающим индикатором отказа в AOI.
Руководство по инспекции Инспекция паяльной пасты (SPI) (ключевые термины)
| Термин | Определение |
|---|---|
| Volume | Общее количество паяльной пасты, нанесенной на контактную площадку, рассчитываемое как Площадь × Высота. |
| Coplanarity | Максимальная разница высот между самым высоким и самым низким отложениями пасты в пределах одного посадочного места компонента (критично для BGA). |
| Moiré Fringe | Оптический метод, использующий интерференционные картины для измерения 3D-высоты паяльной пасты. |
| Slump | Тенденция паяльной пасты растекаться и терять высоту после печати, но до оплавления. |
| Bridging | Паяльная паста, соединяющая две соседние контактные площадки, что приводит к короткому замыканию. |
| Dog Ears | Пики пасты по углам контактной площадки, вызванные плохим отделением от трафарета. |
| Tombstoning | Дефект, при котором компонент встает на один конец; часто вызван неравномерным объемом пасты (обнаруживается SPI). |
| Zero Plane | Эталонный уровень высоты поверхности голой печатной платы (паяльной маски), используемый для расчета высоты пасты. |
| SPC | Статистический контроль процессов; использование данных SPI для мониторинга стабильности процесса с течением времени. |
| Transfer Efficiency | Процент объема пасты, нанесенной на печатную плату, по сравнению с объемом апертуры. |
Руководство по инспекции Инспекция паяльной пасты (SPI) (обзор DFM + ценообразование)
Готовы максимизировать выход годных изделий вашей PCBA? APTPCB предоставляет комплексную 3D SPI инспекцию в рамках наших услуг по сборке, гарантируя, что ваши платы соответствуют самым высоким стандартам надежности.
Чтобы получить точное коммерческое предложение и обзор DFM, пожалуйста, отправьте:
- Файлы Gerber: В частности, слой пасты и слои меди.
- BOM (Спецификация материалов): Для идентификации критически важных компонентов, таких как BGA или разъемы с малым шагом.
- Монтажные чертежи: Указывающие любые особые требования к маскированию или пасте.
- Количество: Объем прототипа или массового производства.
Руководство по инспекции Инспекция паяльной пасты (SPI)-инспекции
Внедрение надежного рабочего процесса руководства по SPI-инспекции является единственным наиболее эффективным шагом для сокращения дефектов SMT. Строго контролируя параметры объема, высоты и смещения, инженеры могут практически исключить проблемы с пайкой до того, как они станут постоянными. Независимо от того, создаете ли вы прототип сложной платы HDI или наращиваете производство, использование процессов SPI, основанных на данных, гарантирует, что каждое соединение будет механически и электрически надежным.