솔더 페이스트검사(SPI)는 SMT 어셈블리 시퀀스에서 스텐실 프린팅 직후에 위치한 도량형 체크포인트를 나타냅니다. 이 프로세스에서는 광학 측정 시스템-일반적으로 구조화된 광 투영 또는 레이저 삼각측량-을 사용하여 패드 형상에 따른 체적 분포, 높이 프로파일, 영역 적용 범위 및 위치 정확도를 포함한 페이스트 증착 특성을 정량화합니다. 업계 데이터가 지속적으로 리플로우 후 솔더링 결함의 60-74%를-인쇄 단계에서 발생하는 이상 현상에 기인한다는 점을 고려하면 SPI는 고밀도 상호 연결 제조에서 수율 최적화를 위한 주요 개입 지점으로 기능합니다.
왜 그걸 귀찮게 하는가?
라인을 처음 설정할 때 아무도 알려주지 않는 사항은 다음과 같습니다. 리플로우 전에 결함을 찾는 데 드는 비용은 이후 비용의 약 10분의 1입니다. 테스트 후에 찾으시나요? 여기에 다시 10을 곱하세요. 수학이 빨리 추악해집니다.
운영팀에서 SPI를 완전히 건너뛰려고 하는 것을 본 적이 있습니다. "우리는 리플로우 후에 AOI를 얻었습니다"라고 그들은 말할 것입니다. 확신하는. 그리고 그때쯤에는 이미 보드를 채우고 오븐을 통해 실행했으며 유일한 옵션은 재작업이나 폐기뿐입니다. 그 브리지 QFN? 묘비에 새겨진 0402? 효율적으로 문제를 해결하시기 바랍니다.
페이스트 프린팅 단계는 놀라울 정도로 까다롭습니다. 볼륨이 너무 적으면 관절이 약해지고 열릴 수도 있습니다. 너무 많고 갑자기 모든 곳에서 반바지를 다루고 있습니다. 그리고 구성요소가 줄어들면서-지금은 01005 패시브에 대해 이야기하고 있습니다. 일부 제조업체에서는 더 작은 크기를 추진하고 있지만-오류의 여지는 기본적으로 사라졌습니다.
기존 방식과 실제로 작동하는 방식
2D 검사
대부분의 프린터에는 일종의 2D 검사 기능이 내장되어 있습니다. 이 기능은 영원히 사용되어 왔습니다. 카메라는 페이스트를 내려다보고, 영역 범위를 측정하고, 눈에 띄는 교량을 표시합니다. 그게 다야.
생각해보면 한계는 분명하다. 두 개의 패드는 위에서 동일한 설치 공간을 가질 수 있지만 페이스트 높이가 크게 다를 수 있습니다. 120미크론이면 완벽할 수도 있습니다. 다른 하나는 60미크론일 수 있습니다.-리플로우 후 솔더 부족을 보장합니다. 하향식-카메라는 차이점을 구분할 수 없습니다.
2D도 슬럼프를 겪고 있다. 퍼지거나 무너지는 페이스트? 그렇지 않을 때까지는 위에서 보면 괜찮아 보입니다.
3D 검사
여기서 흥미로운 점이 있습니다.. 3D 시스템은 구조화된 조명 패턴을 투사합니다.-보통 모아레 무늬 또는 위상-변위 정현파 격자-를 페이스트 표면에 투영합니다. 카메라는 왜곡을 포착하고 알고리즘은 각 침전물의 3차원 프로필을 재구성합니다.-
이 기술에는 합법적으로 영리한 물리학이 포함됩니다. 고르지 않은 표면에 평행선을 투영하면 높이 변화에 따라 선이 구부러집니다. 이러한 선이 어떻게 왜곡되는지 분석하면 -미크론 미만의 정밀도로 모든 지점의 높이를 계산할 수 있습니다. 대부분의 최신 시스템은 약 0.5μm 이상의 높이 분해능을 달성합니다.
볼륨 측정은 자연스럽게-퇴적 영역 전체의 높이 지도를 통합하여 볼륨을 얻습니다. 이는 실제로 솔더 접합 품질과 상관관계가 있는 척도입니다.
측정이 실제로 어떻게 이루어지는지
보드가 프린터에서 나와 SPI 스테이션으로 전송됩니다. 기준점 또는 보드 가장자리는 위치를 설정합니다. 그런 다음 광학 장치가 작동합니다.
프로젝터는 구조화된 조명을 페이스트에 투사합니다. 줄무늬일 수도 있고 사인파 패턴일 수도 있습니다. 위상 변이에는 일반적으로 서로 다른 위상 오프셋에서 4개 이상의 패턴 캡처가 포함됩니다. 프로젝터에 비스듬히 장착된-카메라는-각 프레임을 캡처합니다.
거기에서 알고리즘은 위상 정보를 추출하여 높이로 변환합니다. 수학은 복잡해졌지만(래핑된 단계, 언래핑 절차, 교정 매트릭스 생각) 출력은 간단합니다. 보드의 모든 페이스트 침전물을 나타내는 3D 포인트 클라우드입니다.
그림자 문제
단일 프로젝터 설정에는 결함이 있습니다. 키가 큰 페이스트 침전물은 그림자를 드리우며 그림자는 카메라에 보이지 않습니다. 시스템은 문자 그대로 보증금의 일부를 볼 수 없습니다.
해결책? 다양한 각도의 여러 프로젝터. 두 대의 프로젝터가 대부분의 그림자를 제거합니다. 일부 고급-시스템은 4개를 사용하여 제조업체에서 "그림자-없는" 검사를 달성합니다. 그에 따라 비용도 올라갑니다.-어떤 경우에는 50,000달러짜리 기계와 150,000달러짜리 기계의 차이를 이야기하고 있습니다.
측정 대상
볼륨이 왕입니다. 대부분의 사양에서는 공칭의 ±50% 이내의 페이스트 볼륨을 요구하지만 중요한 응용 분야의 경우 더 엄격한 허용 오차가 존재합니다. 키도 중요합니다.-평균값과 최고값 모두 문제가 있음을 나타낼 수 있습니다. 지역 적용 범위는 확산과 슬럼프에 대해 알려줍니다.
오프셋 측정은 페이스트 침전물과 패드 사이의 정렬 불량을 포착합니다. -패드-폭 오프셋의 3분의 1-이 본질적으로 결함을 보장하는 미세-피치 부품에 매우 중요합니다.
형상 분석은 최신 기술이지만 관련성이 점점 높아지고 있습니다. 입금액은 평탄-고점인가요 아니면 최고점인가요? 공극이나 기포가 있습니까? 윤곽선이 조리개 모양과 일치합니까, 아니면 전사에 문제가 있습니까?
브리징 감지
시스템은 패드가 어디에 있어야 하는지 알고 있습니다. 페이스트가 어디에 있어야 하는지 알고 있습니다. 패드-브리징-사이에 페이스트가 나타나면 즉시 표시됩니다. 심각도에 따라 보드가 거부되거나 청소 및 재인쇄를 위해 대기하게 됩니다.
이것만으로도 많은 작업에 대한 SPI가 정당화됩니다. 리플로우 이후의 브리지는 단락을 의미합니다. 단락은 재작업, 고가의 부품 손상 또는 폐기를 의미합니다. 배치하기 전에 이를 잡는 데에는 수정 비용이 거의 들지 않습니다.
폐쇄형-루프 피드백
현대 SPI가 실제로 그 가치를 유지하는 곳이 바로 여기입니다. 시스템은 단지-통신을 검사하는 것이 아닙니다.
보드의 한 부분에서 낮은 볼륨 패턴을 감지합니까? SPI는 스퀴지 압력을 조정하거나 스텐실 청소 주기를 시작하도록 프린터에 신호를 보낼 수 있습니다. 여러 보드에 걸쳐 일관된 오프셋이 있습니까? 자동 정렬 수정.
이 폐쇄{0}}루프 배열은 두 개의 개별 기계를 단일 지능형 시스템으로 변환합니다. 운영자 개입이 적습니다. 더욱 일관된 출력. 인더스트리 4.0 옹호자들이 열광하는 것은 솔직히 그럴 만한 이유가 있습니다.
데이터는 지속적으로 SPC 차트로 피드백됩니다. 실시간으로 계산되는 Cp 및 Cpk 값- 추세 분석은 결함 이벤트가 되기 전에 드리프트를 포착합니다.
공차 설정
이 부분은 사람들을 끊임없이 넘어지게 합니다.
너무 꽉 조이면 좋은 보드를 거부하게 됩니다. 잘못된 호출이 쌓이고 운영자는 좌절감을 느끼며 결국 기계가 기본적으로 모든 것을 통과시킬 때까지 누군가 허용 오차를 느슨하게 합니다.
너무 느슨하면 목적이 완전히 무너집니다.
올바른 접근 방식에는 다운스트림 프로세스를 이해하는 것이 포함됩니다. 각 구성 요소 유형에 대해 리플로우 후에 실제로 허용 가능한 조인트를 생성하는 페이스트 볼륨은 얼마나 됩니까? 그것이 당신의 출발점입니다. 측정 불확도에 대한 여유를 추가합니다. 실제 결함 상관 관계 연구를 통해 확인하고{3}}마진 페이스트를 사용하여 보드를 실행하고 리플로우 후에 어떤 일이 일어나는지 확인하고 그에 따라 조정합니다.
일반적인 애플리케이션의 경우 ±50% 볼륨이 표준입니다. 미세한-피치 BGA는 ±25%를 요구할 수 있습니다. Power QFN 열 패드는 더 넓은 범위를 허용합니다. 하나의-사이즈는-모든 공차에-적합하지 않습니다.
스텐실 검증
이것은 대부분의 상점에서 솔직히 활용도가 낮습니다.
새로운 스텐실이 생산되기 전에 SPI 스테이션을 통해 실행하세요. 희생 보드(또는 전용 테스트 차량)에 인쇄하고 모든 조리개를 검사합니다. 누락된 조리개-예, 그렇습니다.-문제가 발생하기 전에 발견됩니다. 조리개 크기 편차가 문서화됩니다. 스텐실과 보드 사이의 정렬 문제가 명백해졌습니다.
대안은 생산량이 갑자기 줄어들고 그 이유를 아무도 모르는 경우{0}}생산 도중에 문제를 발견하는 것입니다.
워프 보상
실제 PCB는 평평하지 않습니다. 그들은 구부러지고, 비틀어지고, 국지적인 높은 지점을 가지고 있습니다. 고정된 높이 기준은 뒤틀린 보드에서 쓰레기 측정을 생성합니다.
좋은 SPI 시스템에는 워프 보상이 포함됩니다. 기계는 먼저 보드 표면을 측정하고 뒤틀림을 설명하는 높이 기준 평면을 만든 다음 조정된 기준을 기준으로 페이스트 침전물을 측정합니다.
이것이 없으면 활 모양이 0.5mm인 보드는 표면 전체에 인위적인 높이 변화를 보일 수 있습니다. 완벽하게 괜찮은 붙여넣기는 플래그가 지정됩니다. 거짓 전화가 늘어납니다.
속도 고려사항
생산에 있어서 사이클 타임은 중요합니다. 프린터와 보조를 맞출 수 없는 SPI 시스템은 병목 현상이 발생합니다.
사양 시트에는 검사 속도가 cm²/초 단위로 나와 있습니다. 시야가 넓을수록 필요한 캡처 수가 줄어듭니다. 카메라 해상도가 높을수록 획득 속도가 느려집니다. 항상 절충안이 있습니다-.
대량 생산 라인의 경우{0}}사양 시트 번호뿐만 아니라 가장 큰 보드의 실제 주기 시간을 살펴보세요. 15초 안에 검사되는 500mm × 300mm 패널은 프린터가 12초 주기로 실행될 때 45초 안에 검사되는 동일한 패널과 다른 것을 의미합니다.
실제로 지출하는 금액
보급형-레벨 3D SPI는 약 $40,000-50,000부터 시작합니다. 이는 볼륨이 적고 덜 까다로운 애플리케이션에 적합합니다.
중급-기기-더 나은 반복성, 더 빠른 속도, 더 많은 프로젝터{2}}가 $80,000-120,000. 대부분의 계약 제조업체가 여기에 위치합니다.
최고의 정확성,{0}}AI 기반 결함 분류, 완전한 추적성 통합을 갖춘 고급 시스템이 $150,000를 돌파했습니다.
반품 계산은 전적으로 결함 비용에 따라 달라집니다. 상당한 속도로 보드를 폐기하거나 재작업에 노동 시간을 소비하는 경우 투자 회수 기간이 극적으로 단축됩니다. 고가의 구성 요소가 포함된 복잡한 보드를 실행하는 작업은 종종 몇 달 내에 ROI를 얻습니다.
실제 현실
SPI는 문제를 포착합니다. 이것이 핵심 가치 제안이며 이를 실현합니다. 하지만 그것은 마술이 아닙니다.
쓰레기 유입, 쓰레기 배출은 여전히 적용됩니다. 잘못된 스텐실 디자인은 SPI가 충실하게 문서화하지만 수정할 수 없는 잘못된 인쇄를 생성합니다. 제대로 관리되지 않은 프린터는 검사를 수량화하지만 예방할 수는 없는 변형을 생성합니다.
기계에는 프로그래밍이 필요합니다. 누군가는 레시피를 설정하고, 검사 영역을 정의하고, 허용 오차를 설정해야 합니다. 예전보다 빨라졌습니다.-최신 소프트웨어는 실제로 사용자에게 더욱 친숙하지만-노력이 전혀 필요하지 않습니다-.
교정이 중요합니다. 센서가 표류합니다. 조명 시대. 신뢰할 수 있는 측정을 원한다면 예방적 유지 관리는 선택 사항이 아닙니다.
통합 노트
SPI는 프린터와 배치 기계 사이에 위치합니다. 물리적으로 이는 컨베이어 연결 및 폭 조정을 의미합니다. 전자적으로 이는 통신 프로토콜-최소 SMEMA, 완전한 연결을 위한 HERMES 또는 IPC-CFX를 의미합니다.
프린터에 대한 폐{0}}루프 연결에는 특별한 주의가 필요합니다. 모든 기계 조합이 이를 지원하는 것은 아닙니다. 구매하기 전에 특정 프린터 모델이 특정 SPI 시스템으로부터 피드백을 받고 이에 따라 조치를 취할 수 있는지 확인하십시오.
MES 통합으로 완전한 추적이 가능합니다. 검사 결과와 연결된 보드 ID는 영구적으로 저장되며 품질 분석 및 고객 감사를 위해 쿼리할 수 있습니다. 점점 더 의료, 자동차, 항공우주 작업에 대한 테이블 스테이크가 되고 있습니다.
최종 생각
솔더 페이스트 인쇄는 어셈블리 품질을 결정합니다. 그것은 단지 현실입니다. 모든 다운스트림-배치, 리플로우, 테스트-는 프린터가 내려놓은 것과 함께 작동합니다. 그것이 틀렸다면 다른 어떤 것도 그것을 완전히 고칠 수 없습니다.
SPI는 인쇄 품질을 제때에 확인하여 조치를 취하기 위해 존재합니다. 모든 보드. 모든 보증금. 희망 대신 수치화된 데이터.
이 기술은 지난 10년 동안 크게 발전했습니다. 예전에는 까다롭고 프로그래밍하기 어려웠던 작업이 이제는 합리적으로 원활하게 실행됩니다. 의심스러운 측정값을 생성하던 것이 이제는 인상적인 반복성을 달성합니다. 비용-편익 계산이 몇 년 전에 바뀌었습니다.
특히 미세한 -피치 부품이나 품질이 중요한- 중요한 제품의 경우 대량으로 SMT를 생산하는 사람이라면 SPI 구현 여부가 문제가 아닙니다. 어떤 시스템, 어떤 구성, 그리고 이를 기존 워크플로에 적절하게 통합하는 방법이 중요합니다.
페이스트 인쇄 단계는 검사하지 않고 방치하기에는 너무 중요합니다. 검사 기술은 무시할 수 없을 만큼 강력합니다. 이것이 거의 모든 주장입니다.
