Понимание различных ролей инспекции паяльной пасты (SPI) против и автоматической оптической инспекции (AOI): когда использовать каждый в производстве печатных плат: определение, область применения и для кого предназначен этот справочник
Понимание различных ролей инспекции паяльной пасты (SPI) и автоматической оптической инспекции (AOI) критически важно для оптимизации выхода годных изделий в современном электронном производстве. Хотя обе технологии направлены на обнаружение дефектов, они работают на разных этапах линии SMT и нацелены на разные первопричины. Этот справочник разъясняет процесс принятия решений для SPI против AOI: когда использовать каждый в производстве печатных плат, помогая руководителям отделов закупок и инженерам по качеству балансировать затраты и риски надежности.
SPI фокусируется на самом первом шаге процесса SMT — трафаретной печати паяльной пасты — измеряя объем, высоту и площадь отложений пасты до установки компонентов. В отличие от этого, AOI обычно применяется после оплавления припоя для проверки размещения компонентов, полярности и качества сформированных паяных соединений. Для высоконадежных секторов, таких как автомобильная или медицинская промышленность, использование обеих технологий является стандартом; однако для чувствительных к стоимости потребительских товаров жизненно важно понимать, куда распределять ресурсы инспекции.
Этот сборник разработан для инженеров и закупщиков, работающих с такими производителями, как APTPCB (APTPCB PCB Factory). Он выходит за рамки базовых определений, предоставляя действенные спецификации, стратегии снижения рисков и контрольный список квалификации поставщиков. К концу этого справочника у вас будет четкий план валидации, чтобы гарантировать, что ваш поставщик PCBA использует правильную стратегию инспекции для вашей конкретной сложности конструкции.
Понимание различных ролей инспекции паяльной пасты (SPI) против и автоматической оптической инспекции (AOI): когда запускать каждый в производстве печатных плат (и когда стандартный подход лучше)
Определив фундаментальный объем технологий контроля, мы должны теперь определить конкретные сценарии, которые диктуют их развертывание в производственной среде.
Решение о том, когда запускать SPI против AOI в производстве печатных плат, часто зависит от плотности компонентов и стоимости доработки. SPI незаменим при использовании компонентов с малым шагом (0201, 01005 или µBGA), поскольку 70% дефектов SMT возникают на этапе печати; их обнаружение здесь позволяет очистить плату и перепечатать ее за копейки. Если пропустить SPI, дефект печати становится дефектом пайки, требующим дорогостоящей доработки или полной утилизации платы.
AOI универсально рекомендуется почти для всех производственных циклов, независимо от сложности. Он служит последним привратником перед функциональным тестированием. Однако полагаться только на AOI — это реактивная стратегия — она выявляет дефекты после того, как они становятся постоянными. Стандартный подход для простых плат (компоненты 0603 и крупнее) может полагаться исключительно на AOI для экономии затрат на настройку. Однако для любого проекта, требующего высокой надежности или содержащего бессвинцовые корпуса (QFNs/LGAs), "против" становится "плюсом" — запуск SPI для предотвращения дефектов и AOI для выявления ошибок размещения является единственным безопасным путем.
Понимание различных ролей инспекции паяльной пасты (SPI) против и автоматической оптической инспекции (AOI): когда запускать каждый в спецификациях печатных плат (материалы, стекинг, допуски)
После того как вы определили стратегию контроля, вы должны определить конструкцию печатной платы и спецификации материалов, которые позволят этим машинам точно функционировать.
- Плоскостность поверхностного покрытия: Укажите ENIG или ENEPIG вместо HASL, если используете SPI для компонентов с мелким шагом; неровная топография HASL может вызывать ложные ошибки по высоте в SPI.
- Опорные метки (Fiducial Markers): Требуйте минимум 3 глобальных опорных метки и локальные опорные метки для микросхем с мелким шагом, чтобы обеспечить выравнивание машины как для SPI, так и для AOI.
- Перемычки паяльной маски: Определите минимальную перемычку паяльной маски 3-4 мил между контактными площадками для предотвращения мостиков, которые AOI должна быть запрограммирована обнаруживать.
- Зазор шелкографии: Убедитесь, что шелкография находится на расстоянии не менее 6-8 мил от контактных площадок; чернила на площадках сбивают с толку алгоритмы AOI относительно качества паяного соединения.
- Данные о высоте компонентов: Предоставьте точные данные о высоте компонентов в файле BOM/pick-and-place, чтобы 3D AOI могла обнаруживать поднятые выводы или эффект надгробия (tombstoning).
- Толщина трафарета: Укажите толщину фольги трафарета (обычно от 0,10 мм до 0,15 мм) относительно наименьшего шага компонента, чтобы обеспечить достижение целевых объемов SPI.
- Конструкция контактной площадки: Следуйте стандартам IPC-7351 для геометрии контактных площадок; нестандартные контактные площадки приводят к переменным паяным галтелям, которые вызывают ложные срабатывания в AOI.
- Рамки для панелизации: Включите отрывные направляющие (5-10 мм) с опорными метками, чтобы печатная плата могла безопасно перемещаться по конвейерам встроенных SPI и AOI.
- Цвет материала: По возможности избегайте белых или желтых паяльных масок, так как они по-разному отражают свет и могут снизить контраст для старых 2D-камер AOI.
- Контрольные точки: Назначайте контрольные точки, которые не мешают корпусам компонентов, чтобы избежать эффектов затенения во время оптического контроля.
- Допуск на коробление: Укажите максимальный прогиб и скручивание <0,75% (или <0,5% для BGA), чтобы плата оставалась в фокусной глубине камер контроля.
Понимание различных ролей инспекции паяльной пасты (SPI) против и автоматической оптической инспекции (AOI): когда использовать каждый в рисках производства PCBA (первопричины и предотвращение)
После того как спецификации зафиксированы, следующим шагом является прогнозирование потенциальных режимов отказа и понимание того, как spi vs aoi: when to run each in pcba их устраняет.
- Недостаточное количество паяльной пасты:
- Первопричина: Заблокированные апертуры трафарета или низкое давление ракеля.
- Обнаружение: SPI немедленно обнаруживает низкий объем.
- Предотвращение: Автоматические циклы очистки трафарета и обратные связи SPI в реальном времени.
- Паяльные мосты (короткие замыкания):
- Первопричина: Чрезмерный выброс пасты или проседание во время предварительного нагрева.
- Обнаружение: SPI обнаруживает нарушение площади; AOI обнаруживает физический мост после оплавления.
- Предотвращение: Правильное соотношение сторон в конструкции трафарета и правильный профиль оплавления.
- Эффект "надгробия" (Tombstoning):
- Первопричина: Неравномерные силы смачивания или смещение при установке.
- Обнаружение: AOI идентифицирует поднятый компонент.
- Предотвращение: Сбалансированная конструкция тепловой площадки и высокоточная установка компонентов.
- Отсутствующие компоненты:
- Первопричина: Отказ питателя или потеря вакуума сопла.
- Обнаружение: AOI отмечает пустую контактную площадку.
- Предотвращение: Обслуживание питателя и датчики вакуума на установочных головках.
- Ошибки полярности:
- Первопричина: Неправильная загрузка катушки или ориентация лотка.
- Обнаружение: AOI проверяет маркировку/фаски компонентов.
- Предотвращение: Проверка сканированием штрих-кода во время настройки питателя (IQC).
- Проблемы копланарности (поднятые выводы):
- Первопричина: Изогнутые выводы на компоненте или деформированная печатная плата.
- Обнаружение: 3D AOI измеряет высоту выводов по оси Z.
- Предотвращение: Строгое обращение с компонентами и контроль чувствительности к влаге (MSL).
- Шарики припоя:
- Первопричина: Окисление пасты или быстрый подъем температуры.
- Обнаружение: AOI (если запрограммировано на обнаружение мусора) или визуальный осмотр.
- Предотвращение: Свежая паяльная паста и оптимизированный профиль оплавления.
- Пустоты (войды):
- Первопричина: Выделение газов из флюса или покрытия печатной платы.
- Обнаружение: Рентген (ни SPI, ни AOI не видят внутри соединения, но SPI обеспечивает достаточное количество флюса).
- Предотвращение: Правильное время выдержки при оплавлении.
- Перекошенное размещение:
- Первопричина: Движение платы или слишком высокая скорость размещения.
- Обнаружение: AOI измеряет отклонение по X/Y.
- Предотвращение: Надежные опорные штифты платы и калибровка скорости конвейера.
Понимание различных ролей инспекции паяльной пасты (SPI) против и автоматической оптической инспекции (AOI): когда использовать каждый из них при валидации и приемке PCBA (тесты и критерии прохождения)
Выявление рисков эффективно только в том случае, если у вас есть строгий план валидации для проверки того, что инспекционное оборудование откалибровано и выявляет дефекты, как задумано.
- Валидация порогового значения объема SPI:
- Цель: Убедиться, что SPI отбраковывает пасту с недостаточным объемом.
- Метод: Пропустить тестовую плату с преднамеренно заблокированными апертурами трафарета.
- Критерии: SPI должен отметить 100% контактных площадок с объемом <70%.
- Тест на точность высоты SPI:
- Цель: Проверить измерение по оси Z.
- Метод: Использовать калибровочный блок или эталонную плату с известными высотами пасты.
- Критерии: Измерение должно быть в пределах ±10% от известного стандарта.
- Настройка частоты ложных срабатываний AOI:
- Цель: Минимизировать ложные срабатывания, не пропуская реальных дефектов.
- Метод: Пропустить 50 заведомо исправных плат через AOI.
- Критерии: Частота ложных срабатываний должна быть <500 ppm (частей на миллион), чтобы избежать утомления оператора.
- Исследование пропусков AOI:
- Цель: Проверить обнаружение фактических дефектов.
- Метод: Ввести в линию "кроличьи" платы с известными дефектами (отсутствующая деталь, неправильная полярность).
- Критерии: AOI должен обнаружить 100% введенных дефектов.
- Сравнение с эталонным образцом:
- Цель: Установить базовый уровень для визуального принятия.
- Метод: Создать утвержденную эталонную плату, которая представляет собой идеальный стандарт.
- Критерии: Все производственные платы сравниваются с этим цифровым двойником в библиотеке AOI.
- Проверка данных SPC:
- Цель: Мониторинг стабильности процесса.
- Метод: Проверка данных CpK с машины SPI для критически важных компонентов.
- Критерии: CpK > 1,33 указывает на стабильный процесс печати.
- Валидация алгоритма:
- Цель: Убедиться, что OCR (оптическое распознавание символов) работает.
- Метод: Проверка того, что AOI считывает текст на ИС от разных поставщиков.
- Критерии: Успешная идентификация альтернативных номеров деталей, если они одобрены.
- Проверка затенения:
- Цель: Убедиться, что высокие компоненты не скрывают маленькие.
- Метод: Осмотр компоновки на предмет высоких конденсаторов рядом с маленькими резисторами.
- Критерии: 3D AOI-камеры должны иметь многоугловую проекцию, чтобы видеть "за" препятствиями.
Понимание различных ролей инспекции паяльной пасты (SPI) против и автоматической оптической инспекции (AOI): когда использовать каждый в контрольном списке квалификации поставщика PCBA (RFQ, аудит, отслеживаемость)
Чтобы убедиться, что ваш производственный партнер может выполнить план валидации, используйте этот контрольный список на этапах RFQ и аудита. Он включает элементы контрольного списка входного контроля качества (IQC) для PCBA, чтобы убедиться, что входные данные верны еще до начала инспекции.
Входные данные и требования RFQ
- Запрашивает ли RFQ явно "100% 3D SPI и 100% встроенный AOI" для проекта?
- Указаны ли критерии инспекции IPC Класс 2 или Класс 3?
- Включено ли требование рентгеновской инспекции BGA/QFN наряду с SPI/AOI?
- Запрашивали ли вы отчет DFM, который специально выделяет проблемы "затенения" или "доступа для инспекции"?
- Определена ли максимальная допустимая частота ложных срабатываний в соглашении о качестве?
- Перечислены ли конкретные требования к отчетности по данным (например, гистограммы объема SPI)?
- Указана ли чистота поверхности (ENIG/OSP) для обеспечения точности инспекции?
- Предоставляются ли чертежи панелизации с четко обозначенными реперными точками?
Подтверждение Возможностей
- Использует ли поставщик 3D SPI (объемный) вместо 2D SPI (только площадь)?
- Может ли оборудование AOI обрабатывать компоненты наименьшего размера в вашей спецификации (например, 01005)?
- Есть ли у поставщика станции автономного программирования для минимизации простоев?
- Подключено ли AOI к ремонтной станции для направления операторов к точному месту дефекта?
- Может ли поставщик продемонстрировать замкнутую систему (обратная связь SPI с принтером)?
- Есть ли у них специальные алгоритмы для проверки контактов разъемов и сквозных компонентов?
Система Качества и Прослеживаемость
- Существует ли надежный контрольный список входного контроля качества (ВКК) для компонентов PCBA до их поступления на линию?
- Архивыруются ли изображения SPI и AOI на минимальный период (например, 1 год) для прослеживаемости?
- Связывает ли MES (Manufacturing Execution System) результаты инспекции с серийным номером платы?
- Существует ли процедура проверки "ложных срабатываний" (двойная проверка сертифицированным инспектором)?
- Актуальны ли журналы технического обслуживания для инспекционных камер и источников освещения?
- Существует ли триггер "Стоп-линия", если SPI/AOI обнаруживает последовательные дефекты?
Контроль изменений и поставка
- Существует ли процесс обновления программ AOI, если меняются поставщики компонентов (и их внешний вид)?
- Введены ли средства контроля версий, чтобы старая программа AOI не использовалась для новой ревизии печатной платы?
- Подтверждает ли Сертификат соответствия (CoC), что все платы прошли SPI и AOI?
- Существует ли процедура обработки "пограничных" прохождений (предупреждений о дрейфе процесса)?
- Может ли поставщик предоставить отчет о выходе годных изделий, разделяющий брак SPI и брак AOI?
- Регистрируются ли действия по ремонту/переработке и повторно проверяются ли они с помощью AOI?
Понимание различных ролей инспекции паяльной пасты (SPI) или и автоматической оптической инспекции (AOI): когда использовать каждый в производстве печатных плат (компромиссы и правила принятия решений)
После анализа возможностей и рисков окончательное решение часто включает компромиссы. Вот логическая структура, которая поможет вам сделать выбор.
- Если вы отдаете приоритет нулевым дефектам на BGA: Выберите SPI + AOI + рентген. SPI — единственный способ гарантировать правильный объем пасты под BGA до того, как компонент скроет контактные площадки.
- Если вы отдаете приоритет стоимости для простых прототипов: Выберите только AOI. Для компонентов с большим шагом (>0805) при производстве 5 штук время настройки SPI может превысить ценность инспекции. Визуальный контроль плюс AOI обычно достаточен.
- Если вы отдаете приоритет пропускной способности (скорости): Выберите 3D SPI + высокоскоростной 2D/3D AOI. Немедленное обнаружение дефектов печати с помощью SPI предотвращает потерю времени на размещение компонентов на бракованных платах, поддерживая эффективное движение линии.
- Если вы отдаете приоритет сокращению доработок: Выберите SPI. Поскольку большинство дефектов связаны с печатью, их остановка на этом этапе означает, что вы можете просто отмыть плату. Обнаружение их с помощью AOI требует паяльников и нагрева, что нагружает печатную плату.
- Если вы отдаете приоритет проверке компонентов: Выберите AOI. SPI не может сказать вам, было ли размещено неправильное значение резистора или полностью отсутствует деталь; это может подтвердить только AOI (или электрический тест).
- Если вы отдаете приоритет контролю данных/процесса: Выберите Оба. Комбинация обеспечивает полную картину данных — SPI сообщает вам о стабильности вашего процесса (печати), а AOI — о точности вашего размещения.
Понимание различных ролей инспекции паяльной пасты (SPI) против и автоматической оптической инспекции (AOI): когда использовать каждый в производстве PCBA — ЧАВО (стоимость, сроки, файлы DFM, материалы, тестирование)
В: Как добавление SPI влияет на стоимость spi vs aoi: when to run each in pcba?
Добавление SPI обычно влечет за собой небольшую плату за НИОКР (неповторяющиеся инженерные работы) для программирования, но значительно экономит деньги в массовом производстве за счет сокращения брака. Для APTPCB 3D SPI часто является стандартом для сложных плат для обеспечения качества.
В: Увеличивает ли использование как SPI, так и AOI время выполнения производства? В целом, нет. Современные машины SPI и AOI работают "в линию" со скоростью конвейера. Проверка происходит, пока следующая плата печатается или монтируется, поэтому она не создает узкого места, если только частота дефектов не является чрезвычайно высокой.
В: Какие DFM-файлы необходимы для программирования оборудования spi vs aoi: when to run each in pcba?
Вы должны предоставить файлы Gerber (в частности, слой пасты для SPI и шелкографию/медь для AOI), данные Centroid/Pick-and-Place (XY) и спецификацию (BOM) с номерами деталей производителя для идентификации типов корпусов компонентов.
В: Может ли AOI заменить электрическое тестирование (ICT/FCT)? Нет. AOI проверяет физические дефекты (ориентацию, паяные соединения), но не может проверить, является ли чип электрически функциональным или имеет ли конденсатор правильную емкость. AOI и электрические тесты являются взаимодополняющими.
В: Как материалы печатных плат влияют на точность spi vs aoi: when to run each in pcba?
Сильно отражающие материалы (например, белая паяльная маска) или очень гибкие материалы (например, тонкие гибкие печатные платы) могут создавать проблемы для оптических камер. Гибкие печатные платы часто требуют жестких носителей для обеспечения плоскостности, необходимой для точной 3D-инспекции.
В: Каковы критерии приемки для spi vs aoi: when to run each in pcba?
Приемка обычно основана на IPC-A-610 (Приемлемость электронных сборок). Класс 2 является стандартом для потребительских/промышленных товаров, в то время как Класс 3 предназначен для высокой надежности (медицина/аэрокосмическая промышленность) и требует более строгих пороговых значений инспекции.
В: Охватывает ли spi vs aoi: when to run each in pcba компоненты со сквозными отверстиями?
SPI предназначен исключительно для SMT-пасты. AOI может проверять паяные соединения сквозных отверстий (качество галтели) и наличие компонентов, но ручной визуальный контроль иногда все еще используется для сложных THT-сборок.
В: Почему контрольный список входного контроля качества (IQC) для PCBA важен для успешной инспекции? Если на необработанной печатной плате есть окисленные контактные площадки или компоненты имеют неправильный размер (входные данные), SPI и AOI будут генерировать массовые ложные срабатывания или не смогут обнаружить проблемы. IQC гарантирует, что входные данные соответствуют параметрам программы.
Ресурсы по spi vs aoi: when to run each in pcba (связанные страницы и инструменты)
- Инспекция SPI: Подробное изучение того, как работает инспекция паяльной пасты и какие конкретные дефекты она предотвращает на этапе печати.
- Инспекция AOI: Детальный обзор возможностей автоматической оптической инспекции для обнаружения ошибок размещения и пайки.
- Входной контроль качества: Узнайте, как проверяются сырьевые материалы перед сборкой, что является решающим условием для успешной автоматизированной инспекции.
- Рекомендации DFM: Советы по проектированию, чтобы гарантировать оптимизацию вашей компоновки печатной платы для автоматизированного инспекционного оборудования.
- Монтаж SMT и THT: Понимание полного процесса монтажа помогает определить место SPI и AOI в производственной линии.
- Система качества: Изучите более широкую систему качества, которая регулирует стандарты инспекции и сертификации.
Понимание различных ролей инспекции паяльной пасты (SPI) против и автоматической оптической инспекции (AOI): когда использовать каждый в производстве печатных плат (обзор DFM + ценообразование)
Готовы перейти от планирования к производству? Запросите расценки у APTPCB, чтобы получить комплексный обзор DFM, который включает анализ ваших требований к инспекции.
Для получения наиболее точного предложения и плана инспекции, пожалуйста, предоставьте:
- Файлы Gerber: Включая слои пасты, маски и шелкографии.
- BOM (Спецификация): С полными номерами деталей производителя.
- Данные XY: Файл центроида для размещения компонентов.
- Объем: Количество прототипов по сравнению с массовым производством (влияет на стратегию инспекции).
- Особые требования: IPC Класс 2 против Класса 3, или специфические потребности в тестировании.
Понимание различных ролей инспекции паяльной пасты (SPI) против и автоматической оптической инспекции (AOI): когда использовать каждый в производстве печатных плат – следующие шаги
Принятие решения о spi vs aoi: when to run each in pcba не сводится к выбору одного из них, а к построению многоуровневой стратегии защиты для вашей электроники. SPI обеспечивает основу, гарантируя идеальную печать припоя, в то время как AOI выступает в качестве окончательного верификатора целостности сборки. Определяя четкие спецификации, понимая риски и подтверждая возможности вашего поставщика, вы можете значительно сократить затраты на доработку и обеспечить надежную доставку.