はんだペースト検査 (SPI) は、SMT アセンブリ シーケンスにおけるステンシル印刷の直後に配置される計測チェックポイントを表します。このプロセスでは、光学測定システム-通常は構造化光投影またはレーザー三角測量-を使用して、体積分布、高さプロファイル、面積被覆率、パッド形状に対する位置精度などのペースト堆積特性を定量化します。業界データが一貫して、リフロー後のはんだ付け欠陥の 60{5}74% が印刷段階に起因する異常であるとしていることから、SPI は高密度配線製造における歩留まり最適化のための主要な介入ポイントとして機能します。
なぜわざわざそんなことをするのか
これは、ラインを初めてセットアップするときに誰も教えてくれないことです。リフロー前の障害発見のコストは、リフロー後のコストの約 10 分の 1 です。テスト後に見つけますか？これをさらに 10 倍します。数学はすぐに醜くなります。
操作が SPI を完全にスキップしようとするのを見たことがあります。 「リフロー後には AOI が得られます」と彼らは言うでしょう。もちろん。そしてその時点までに、すでにボードに実装し、オーブンに通して実行すると、唯一の選択肢は再加工するか廃棄することになります。 QFNをブリッジしたのは？墓石にある0402？それらを効率的に修正して頑張ってください。
ペースト印刷の工程は驚くほど厳しいものです。ボリュームが少なすぎると関節が弱くなり、開いてしまう可能性があります。多すぎると、突然どこでもショーツを扱うようになります。そして、コンポーネントの縮小に伴い、-現在は 01005 パッシブについて話していますが、一部のメーカーはさらに小型化を進めています-。誤差の許容範囲は基本的になくなりました。
古いやり方と実際に機能するもの
2D検査
ほとんどのプリンタには、何らかの形式の 2D 検査が組み込まれています。これは永遠に存在しています。カメラはペーストを見下ろし、エリア範囲を測定し、明らかな橋にフラグを立てます。それくらいです。
制限は一度考えれば明らかです。 2 つのパッドは、上から見たフットプリントは同じですが、ペーストの高さが大きく異なる場合があります。 120 ミクロンであれば完璧かもしれません。もう 1 つは 60 ミクロンである可能性があります。-リフロー後のはんだ不足を保証します。トップダウンカメラでは違いがわかりません。-
2Dもスランプに苦しんでいる。ペーストが広がったり崩れたりしていませんか？上から見ると問題ないように見えます。
3D検査
ここが興味深いところです。. 3D システムは、構造化された光のパターンを投影します。-通常はモアレ縞または位相をシフトした正弦波格子-をペースト表面に投影します。-カメラが歪みを捉え、アルゴリズムが各堆積物の 3 次元プロファイルを再構築します。-
このテクノロジーには、正当に賢い物理学が含まれています。平行線を凹凸のある面に投影すると、高さの変化に応じて線が曲がります。これらの線がどのように歪むかを分析することで、あらゆる点の高さをサブ-ミクロンの精度で計算できます。最新のシステムのほとんどは、約 0.5 µm 以上の高さ分解能を実現します。
体積測定では、当然のことながら-堆積領域全体の高さマップを統合すると、体積が得られます。これは、はんだ接合の品質と実際に相関する指標です。
実際の測定方法
ボードはプリンタから出てきて、SPI ステーションに転送されます。基準または基板のエッジによって位置決めが確立されます。その後、光学系が動作します。
プロジェクターは構造化された光をペーストに照射します。縞模様の場合もあれば、正弦波パターンの場合もあります。位相シフトには通常、異なる位相オフセットで 4 つ以上のパターンをキャプチャする必要があります。プロジェクターに対して斜めに取り付けられたカメラ-が各フレームをキャプチャします。-
そこから、アルゴリズムが位相情報を抽出し、それを高さに変換します。計算は緻密になりますが (ラップされた位相、アンラップ手順、キャリブレーション マトリックスを考えてください)、出力は単純です。基板上のすべてのペーストの堆積を表す 3D 点群です。
影の問題
単一プロジェクターのセットアップには欠陥があります。高いペーストの堆積物は影を落としますが、その影はカメラには見えません。システムは文字通り、デポジットの一部を見ることができません。
解決？複数のプロジェクターを異なる角度から。 2 台のプロジェクターでほとんどの影を除去します。一部のハイエンド システムでは 4 つを使用し、メーカーが「シャドウフリー」検査と呼ぶものを実現しています。-それに応じてコストも上がります-場合によっては、50,000 ドルのマシンと 150,000 ドルのマシンの違いが話されています。
測定されるもの
ボリュームは王様です。ほとんどの仕様ではペースト量を公称値の ±50% 以内にする必要がありますが、重要な用途ではより厳しい許容差が存在します。身長も重要です-平均値とピーク値の両方が問題を示している可能性があります。エリアカバレッジにより、広がりとスランプがわかります。
オフセット測定により、ペーストの塗布とパッドの位置ずれを捕捉します。パッド幅オフセットの 3 分の 1 が基本的に欠陥を保証する、ファインピッチのコンポーネントでは重要です。-
形状解析は新しいものですが、その重要性はますます高まっています。デポジットは横ばいですか、それともピークですか?{1}}空隙や気泡はありませんか?輪郭は絞りの形状と一致していますか、それとも転写に問題がありますか?
ブリッジ検出
システムはパッドがどこにあるべきかを認識しています。ペーストがどこにあるべきかを知っています。ペーストがパッド間に-ブリッジ-されている場合、直ちにフラグが立てられます。重大度に応じて、ボードは拒否されるか、クリーニングと再印刷のキューに入れられます。
これだけでも、多くの操作に対して SPI が正当化されます。リフロー後のブリッジはショートを意味します。ショートは、やり直し、高価なコンポーネントへの潜在的な損傷、またはスクラップを意味します。配置する前にそれらを発見すれば、修正するための費用はほとんどかかりません。
クローズドループのフィードバック-
ここで、最新の SPI が真の価値を発揮します。システムは通信を検査するだけではありません。-
ボードの一部で音量が小さいパターンを検出しましたか? SPI は、スキージ圧力を調整するか、ステンシル クリーニング サイクルを開始するようにプリンタに信号を送信できます。複数のボード間で一貫したオフセットはありますか?自動アライメント補正。
この閉ループ構成により、2 つの別個のマシンが 1 つのインテリジェント システムに変換されます。-オペレーターの介入が少なくなります。より一貫した出力。インダストリー 4.0 の支持者がこのようなことに興奮しているのには、正直なところ、正当な理由があります。
データは継続的に SPC チャートにフィードバックされます。 Cp と Cpk 値はリアルタイムで計算されます。-傾向分析は、欠陥イベントになる前にドリフトを検出します。
許容差の設定
この部分は常に人々をつまずかせます。
きつすぎると良いボードを拒否することになります。誤った通話が積み重なり、オペレーターはイライラし、最終的には誰かが許容範囲を緩め、最終的には機械が基本的にすべてをスルーします。
緩すぎると目的が完全に無効になります。
適切なアプローチには、下流プロセスを理解することが含まれます。各コンポーネントタイプのリフロー後に許容可能な接合部が実際に生成されるペースト量はどれくらいですか?それがあなたの出発点です。測定の不確かさに対してマージンを追加します。実際の欠陥相関研究で検証します。-ボードをマージナルペーストで実行し、リフロー後に何が起こるかを確認し、それに応じて調整します。
一般的なアプリケーションでは、±50% の体積が標準です。ファインピッチ BGA では ±25% が要求される場合があります。-パワー QFN サーマル パッドは、より広い範囲に耐えます。ワンサイズ--ですべてに適合-する公差は機能しません。
ステンシル検証
正直なところ、これはほとんどの店舗で十分に活用されていません。
新しいステンシルが本番環境に投入される前に、それを SPI ステーションで実行します。犠牲基板 (あるいは専用のテスト車両) に印刷し、すべての開口部を検査します。開口部の欠落-はい、それは起こります-問題が発生する前に発見されます。開口サイズの偏差は文書化されます。ステンシルと基板の間の位置合わせの問題が明らかになります。
別の方法は、生産中に突然収量がクレーターになり、その理由が誰も分からないときに問題を発見することです。{0}
反り補正
実際の PCB は平らではありません。それらは弓なり、ねじれ、局所的な高いスポットがあります。厳格な高さ基準では、反ったボード上でガベージ測定が行われます。
優れた SPI システムには歪み補正が含まれています。機械はまず基板の表面を測定し、反りを考慮した高さの基準面を構築し、次にその調整された基準を基準にしてペーストの付着量を測定します。
これがないと、0.5mm の反りがあるボードの表面全体に人為的な高さの変化が現れる可能性があります。完全に問題のないペーストでもフラグが立てられます。虚偽の電話が増えます。
速度に関する考慮事項
生産ではサイクルタイムが重要です。プリンタの速度に追いつかない SPI マシンがボトルネックになります。
仕様書には検査速度が cm²/秒で記載されています。視野が広いほど、必要なキャプチャが少なくなります。カメラの解像度が高いほど、取得が遅くなります。常にトレードオフが存在します。-
大量生産ラインの場合は、スペックシートの数値だけでなく、最大のボードでの実際のサイクル時間を確認してください。{0} 500mm × 300mm のパネルを 15 秒で検査するということは、プリンターが 12 秒サイクルで実行する場合、同じパネルを 45 秒で検査するのとは何かが異なることを意味します。
実際に費やしている金額
エントリーレベルの 3D SPI の価格は約 40,000～50,000 ドルです。{0}これらは、量が少なく、要求の少ないアプリケーションではうまく機能します。
ミッドレンジ マシン--の再現性が高く、速度が速く、プロジェクターの数が多い-の価格は 80,000～120,000 ドルです。ほとんどの受託製造業者がここに到着します。
-最高の精度、AI を活用した欠陥分類、完全なトレーサビリティ統合を備えたハイエンド システムの価格は 15 万ドルを超えています。-
返品の計算は、欠陥コストに完全に依存します。基板をかなりの割合で廃棄したり、再作業に労働時間を費やしたりすると、回収期間は大幅に短縮されます。高価なコンポーネントを備えた複雑なボードを実行する運用では、多くの場合、数か月以内に ROI が得られます。
実際の現実
SPI は問題をキャッチします。それが核となる価値提案であり、それが実現します。しかし、それは魔法ではありません。
ガベージイン、ガベージアウトは引き続き適用されます。不適切なステンシル設計により、SPI が忠実に文書化しても修正できない不適切な印刷が生成されます。プリンタのメンテナンスが不十分な場合、検査によって定量化されるものの、防止することはできない変動が発生します。
機械にはプログラミングが必要です。誰かがレシピを設定し、検査領域を定義し、許容値を確立する必要があります。以前よりも高速になっています-最近のソフトウェアは本当に使いやすくなっています--が、労力がゼロというわけではありません。
校正は重要です。センサーがドリフトする。照明の時代。信頼性の高い測定が必要な場合、予防メンテナンスはオプションではありません。
統合に関するメモ
SPI はプリンターと装着機の間に位置します。物理的には、コンベアの接続と幅の調整を意味します。電子的には、通信プロトコル-少なくとも SMEMA、完全な接続には HERMES または IPC-CFX を意味します。
プリンタへの閉ループ接続には特別な注意が必要です。-すべてのマシンの組み合わせがサポートしているわけではありません。購入する前に、特定のプリンタ モデルが特定の SPI システムからのフィードバックを受信し、それに基づいて動作できることを確認してください。
MES の統合により、完全なトレーサビリティが可能になります。検査結果にリンクされたボード ID は永久に保存され、品質分析や顧客監査のために照会可能です。医療、自動車、航空宇宙の分野では、これがますます重要になっています。
最終的な考え
はんだペーストの印刷がアセンブリの品質を左右します。それはただの現実です。下流の-配置、リフロー、テスト-はすべて、プリンタが出力したものと連動します。それが間違っている場合、それを完全に修正することはできません。
SPI は、印刷品質を確認して問題を解決するために存在します。すべてのボード。すべての預金。希望の代わりに数値化されたデータ。
このテクノロジーは過去 10 年間で大幅に成熟しました。以前はプログラムするのが難しくて難しかったものが、今ではかなりスムーズに実行できるようになりました。以前は疑わしい測定値を生成していましたが、現在では優れた再現性を実現しています。費用対効果の計算は数年前に変更されました。-
SMT 生産を大規模に実行している人、特に{0}}ピッチの細かいコンポーネントや高品質の重要な製品-を実行している人にとって、問題は SPI を実装するかどうかではありません。どのマシン、どのような構成を使用し、それを既存のワークフローに適切に統合する方法が重要です。
糊付け印刷工程は非常に重要なので、未検査のままにしておくことはできません。検査技術は無視できないほど優れています。それが議論のほぼすべてです。
