Polski Liczba wyświetleń:0 Autor:Mark Wysłany: 2025-12-10 Źródło:Ta strona
W nowoczesnej produkcji SMT Kompletny przewodnik po maszynach SPI konsekwentnie udowadnia jedną nienaruszalną zasadę: SPI zawsze jest przed AOI. Błędne ustawienie kolejności jest najkosztowniejszym błędem, jaki może popełnić fabryka, ponieważ 55–70% wszystkich defektów rozpływu ma swój początek w procesie drukowania pasty lutowniczej – na długo przed umieszczeniem komponentów.
Dzisiejsze płytki PCB są zwykle wyposażone w rezystory 01005, układ BGA o rozstawie 0,3 mm i wielowarstwowe pakiety. Osad pasty lutowniczej o zaledwie 10 µm za niski może spowodować otwarte złącze po rozpływie, natomiast o 5 µm za dużo może utworzyć mostek pod QFN o grubości 0,4 mm. Tolerancje te znacznie wykraczają poza to, co może niezawodnie uchwycić ludzkie oko lub tradycyjne kamery 2D, dlatego też zautomatyzowana inspekcja 3D stała się niepodważalna w nowoczesnej produkcji elektroniki.
Wielu inżynierów i menedżerów odziedziczyło linie produkcyjne zbudowane 10–15 lat temu, kiedy AOI było jedyną dostępną zautomatyzowaną inspekcją. Linie te nadal działają (w pewnym sensie), więc naturalnym pytaniem staje się: „Jeśli AOI już patrzy na gotową płytkę, czy naprawdę potrzebujemy kolejnej maszyny wcześniej w kolejce?” Tymczasem młodsi inżynierowie zajmujący się procesami, którzy szkolili się w zakresie Six-Sigma i CpK, obserwują, jak te same defekty druku powtarzają się miesiąc po miesiącu i zastanawiają się, dlaczego fabryka wydaje tysiące na poprawki, zamiast zapobiegać problemowi u źródła.
SPI ( Inspekcja pasty lutowniczej ) jest instalowany bezpośrednio za drukarką szablonową i przed pierwszą maszyną typu pick-and-place. Wykorzystuje światło strukturalne lub laser do stworzenia prawdziwej mapy 3D każdego pojedynczego złoża pasty lutowniczej. W ciągu kilku sekund mierzy objętość (nL), wysokość (µm), powierzchnię (mm²), pozycję X/Y i kształt każdej podkładki na planszy. Jeśli cokolwiek wykracza poza tolerancję, płytka jest odrzucana lub drukarka otrzymuje korektę w pętli zamkniętej w czasie rzeczywistym przed wydrukowaniem kolejnej płytki.
AOI ( automatyczna kontrola optyczna ) znajduje się za piecem rozpływowym. Wykonuje kolorowe obrazy 2D lub 3D o wysokiej rozdzielczości w pełni zmontowanej płyty. Sprawdza, czy nie ma brakujących części, niewłaściwych części, odwróconej polaryzacji, nagrobków, podniesionych przewodów, niewystarczającej ilości lutowia, mostków i widocznych problemów z zawilgoceniem. Ponieważ lut już się stopił, AOI może jedynie powiedzieć, co poszło nie tak — nie może przede wszystkim zapobiec wystąpieniu wady.
SPI to medycyna zapobiegawcza: zapobiega kontaktowi złej pasty lutowniczej z komponentem. AOI to autopsja: mówi ci, które deski są już martwe, a które umierają. Jeden pozwala zaoszczędzić pieniądze na wcześniejszym etapie, drugi chroni klienta przed otrzymaniem złego produktu na dalszym etapie. Jedno i drugie jest ważne, ale nie można ich stosować zamiennie.
Wiele starszych fabryk elektroniki użytkowej nadal obsługuje linie wyłącznie AOI, ponieważ „zawsze tak to robiliśmy”. Linie te zazwyczaj produkują proste dwustronne płytki z komponentami 0603/0402 i podziałką 0,5 mm+. Drukowanie jest uważane za wystarczająco stabilne, przeróbki są tanie, a kierownictwo nie znosi dodawania nowych maszyn. Wynik jest akceptowalny w przypadku tanich produktów, ale odsetek defektów utrzymuje się na poziomie 500–2000 ppm.
Inżynierowie skupieni na procesie — zwłaszcza w branży motoryzacyjnej, medycznej i telekomunikacyjnej — traktują druk pasty lutowniczej jako najważniejszy i najbardziej zmienny etap całej linii. Wiedzą, że gdy pasta jest niewłaściwa, żadne idealne umiejscowienie ani doskonały profil rozpływu nie uratuje złącza. Ich mantrą jest: „odmierz i popraw pastę, zanim wydasz pieniądze na umieszczanie na niej drogich komponentów”.
Wiodący producenci kontraktowi i producenci OEM traktują teraz SPI + AOI w ten sam sposób, w jaki traktują drukarkę + pick-and-place: po prostu nie zbuduje się poważnej linii bez obu. Inwestycję uzasadniają zyski przy pierwszym przejściu, które rutynowo przekraczają 99,5%, oraz koszty poprawek spadające o 60–80%. W tych fabrykach debata nie toczy się już „SPI czy AOI?”, ale „Który model SPI zapewnia najszybszy zwrot z inwestycji?”
IPC-7912 , iNEMI i dziesiątki niezależnych badań przeprowadzonych w ciągu ostatnich 15 lat konsekwentnie pokazują ten sam podział: druk pasty lutowniczej odpowiada za 55–70% wszystkich wad montażowych, umiejscowienie 10–15%, rozpływ 10–15% i cała reszta. Nawet doskonale dostrojona maszyna typu pick-and-place nie jest w stanie pokonać złej objętości pasty ani przesunięcia.
Naprawa wady druku w SPI praktycznie nic nie kosztuje – płytka jest po prostu czyszczona i ponownie drukowana. Naprawienie tej samej wady w AOI po ponownym rozpływie wymaga ręcznej poprawki, ewentualnego usunięcia komponentu, weryfikacji rentgenowskiej i ponownego przepływu – z łatwością 20–50 razy droższe. Jeśli wada wyjdzie na klienta, koszt może wzrosnąć do setek lub tysięcy dolarów za płytę w związku z roszczeniami gwarancyjnymi i utratą reputacji.
Za mało pasty → niewystarczająca wysokość filetu → otwarta lub słaba spoina. Za dużo pasty → nadmiar kulek lutowniczych lub mostków pod urządzeniami o drobnej podziałce. Pasta przesunięta o 50 µm → nagrobki na małych elementach chipowych. Różnice wysokości → puste przestrzenie wewnątrz kulek BGA, których AOI nie może zobaczyć, ale które później wykryje zdjęcie rentgenowskie. Każda z tych awarii jest w 100% przewidywalna na podstawie danych wklejanych 3D, które udostępnia tylko SPI.
SPI działa przed umieszczeniem jakiegokolwiek komponentu, więc nie ma możliwości sprawdzenia, czy maszyna typu pick and place złapała później niewłaściwą szpulę, czy też całkowicie pominęła jakąś część. Błędy polaryzacji na spolaryzowanych kondensatorach lub diodach są również niewidoczne dla SPI, ponieważ pasta wygląda identycznie niezależnie od orientacji.
Nawet w przypadku doskonałej pasty dysza może upuścić część podkładki na głębokość 100 µm, a nierówne ogrzewanie może spowodować zakleszczenie podczas rozpływu. Wstrząsy mechaniczne lub słaba próżnia mogą unieść przewód w QFP. SPI nie widzi żadnego z nich, ponieważ mają one miejsce długo po oknie inspekcji.
Głowa w poduszce, brak zwilżania, odwilżanie i niektóre rodzaje pustych przestrzeni stają się widoczne dopiero po stopieniu i ochłodzeniu lutu. Kamery kolorowe i oświetlenie kątowe firmy AOI zostały specjalnie zaprojektowane, aby uchwycić problemy na poziomie powierzchni, których SPI nigdy nie ma szansy zobaczyć.
Jedyna sekwencja używana obecnie przez światowej klasy fabryki to: drukarka szablonowa → SPI → szybka wyrzutnia chipów → elastyczna podkładka → piec rozpływowy → AOI → (opcjonalnie RTG lub ICT ). Kolejność ta nie jest dowolna. Działa to zgodnie z naturalnym harmonogramem powstawania defektów: najpierw zapobiegaj problemom z drukowaniem, następnie zapobiegaj problemom z umiejscowieniem, a następnie weryfikuj wynik końcowy po lutowaniu. Odwrócenie dowolnego kroku radykalnie zwiększa ryzyko przeróbek i ucieczki.
Nowoczesne systemy SPI, takie jak ICT-S510 i ICT-S1200, wysyłają w czasie rzeczywistym dane dotyczące przesunięcia i objętości z powrotem do drukarki (sterowanie w pętli zamkniętej). Drukarka automatycznie dostosowuje docisk rakla, prędkość i częstotliwość czyszczenia szablonu na następnej desce. W ciągu 3–5 płytek proces zwykle ustala się na poziomie CpK > 1,67. Po zablokowaniu drukowania maszyny typu pick-and-place za każdym razem otrzymują doskonałe podkładki, co radykalnie zmniejsza liczbę alarmów związanych z rozmieszczeniem.
Kiedy drukowanie jest już pod kontrolą, praca AOI staje się znacznie łatwiejsza i dokładniejsza. Liczba fałszywych połączeń spada o 60–80%, ponieważ firma AOI nie musi już zgadywać, czy marginalne połączenie lutowane jest spowodowane złą pastą, czy złym umieszczeniem. AOI może teraz skupić się na rzeczywistych błędach rozmieszczenia i problemach po przepełnieniu, stając się prawdziwym ostatecznym strażnikiem, a nie stacją rozwiązywania wszystkich problemów.
Dwustronne płyty konsumenckie zawierające części 0603 i większe, podziałka ≥ 0,5 mm, bardzo stabilny szablon i pasta, niskonakładowe, wysokonakładowe serie i docelowa jakość (≤ 1000 ppm) mogą czasem przetrwać przy zastosowaniu samego AOI. Poprawki są niedrogie, awarie w terenie są rzadkie, a kierownictwo akceptuje okazjonalne stanowiska naprawcze. Linie te stają się coraz rzadsze z każdym rokiem, ale nadal istnieją na rynkach kierowanych kosztami.
Elektronika samochodowa ( AEC-Q100/104 ), urządzenia medyczne ( ISO 13485 ), lotnictwo i kosmonautyka/wojsko (IPC klasa 3), infrastruktura 5G, płyty główne serwerów, wszystko, co ma komponenty 01005/008004, raster BGA ≤ 0,4 mm lub pakiety z zakończeniem dolnym – wszystkie wymagają 3D SPI. Polityka zerowa defektów i koszty gwarancji liczone w tysiącach dolarów na płytę nie pozostawiają miejsca na „złapiemy to w AOI”.
Nawet fabryki z ograniczonym kapitałem mogą najpierw uzasadnić SPI. Typowy zwrot z inwestycji wynosi 6–12 miesięcy dzięki redukcji złomu, oszczędnościom w zakresie pracy dodatkowej i samej poprawie wydajności. Wielu klientów zgłasza, że dodanie SPI zmniejszyło liczbę stanowisk naprawczych AOI z trzech do jednej zmiany i zmniejszyło zwroty klientów o 90%. Matematyka jest prosta: zapobiegnięcie jednej uszkodzonej palecie samochodowych PCB opłaca całą maszynę SPI.
2D SPI mierzy tylko obszar i można go oszukać różnicami wysokości wklejania. Prawdziwy 3D SPI (mora z przesunięciem fazowym lub triangulacja dwulaserowa) mierzy rzeczywistą objętość i wysokość z rozdzielczością ≤ 1 µm. W przypadku elementów mniejszych niż 0402 lub 0,5 mm podziałka 2D jest przestarzała i będzie generować dużą liczbę fałszywych odrzuceń lub chybień.
Poszukaj rozdzielczości wysokości ≥ 2 µm, GR&R < 10% przy 6σ i czasu kontroli ≤ 12 sekund dla typowej płytki drukowanej smartfona. ICT-S510 osiąga 8–10 sekund na płytkę przy rozdzielczości 1 µm, podczas gdy większy ICT-S1200 obsługuje panele 600 × 600 mm w mniej niż 20 sekund z tą samą precyzją.
Nowoczesny SPI musi bezpośrednio importować dane Gerber i CAD, automatycznie generować programy kontrolne w ciągu kilku minut, wyświetlać wykresy CpK w czasie rzeczywistym i automatycznie wysyłać wartości korekcji z powrotem do drukarek DEK/Minami/Panasonic/GKG. Bez tych funkcji kupujesz wczorajszą technologię.
Wybierz maszyny z w pełni automatyczną kalibracją płyty szklanej (codzienna rutyna 30 sekund), optyką z kompensacją temperatury i uszczelnionymi jednostkami projekcyjnymi. Zarówno ICT-S510, jak i ICT-S1200 posiadają te funkcje i zachowują powtarzalność < 1 µm rok po roku przy minimalnej interwencji operatora.
Nie. AOI sprawdza po ponownym przepływie, gdy uszkodzenie zostało już wyrządzone. Nie może zmierzyć objętości ani wysokości pasty lutowniczej przed umieszczeniem komponentów, więc nie może zapobiec zimnym złączom, mostkom lub pustym przestrzeniom spowodowanym błędami drukowania.
W przypadku elementów 0402 i większych o skoku co najmniej 0,5 mm czasami może przetrwać obraz 2D. W przypadku BGA 0201, 01005, o rozstawie 0,4 mm lub mniejszym, tylko 3D SPI zapewnia dane dotyczące objętości i wysokości wymagane przez IPC-7095 i standardy motoryzacyjne.
Tak — zazwyczaj 60–80%. Stabilne drukowanie eliminuje przypadkowe zmiany objętości, które mylą algorytmy AOI i powodują fantomowe defekty połączeń lutowanych.
Nowoczesne systemy, takie jak ICT-S510, sprawdzają płytkę PCB typowego smartfona w 8–10 sekund, a ICT-S1200 obsługuje duże panele w < 20 sekund. Czasy te są pomijalne w porównaniu z czasami cykli umieszczania i ponownego przepływu.
Tak. IPC-7095D (BGA) i większość norm jakości motoryzacyjnych/medycznych skutecznie nakazuje 3D SPI w celu zagwarantowania współczynnika pustki < 25% i niezawodnego zwilżania w urządzeniach o bardzo drobnej podziałce.
