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現代の SMT プロダクションでは、 SPI マシンの完全ガイドで は、SPI は常に AOI の前に来るという、破られないルールが 1 つ証明されています。すべてのリフロー欠陥の 55 ～ 70% は、コンポーネントが配置されるずっと前に、はんだペーストの印刷時に発生するため、この順序を間違えることは工場が犯し得る最も高くつくミスです。
現在の PCB には、01005 抵抗、0.3 mm ピッチの BGA、および多層スタック パッケージが日常的に搭載されています。はんだペーストの堆積がわずか 10 µm 低すぎると、リフロー後にオープンジョイントが発生する可能性があります。一方、5 µm が多すぎると、0.4 mm QFN の下にブリッジが発生する可能性があります。これらの許容誤差は、人間の目や従来の 2D カメラで確実に捕捉できる範囲をはるかに超えています。そのため、現代のエレクトロニクス製造において自動 3D 検査が交渉の余地のないものになっています。
多くのエンジニアやマネージャーは、10 ～ 15 年前に AOI が唯一利用可能な自動検査だった頃に建設された生産ラインを継承しました。これらのラインはまだ (ある種) 機能しているため、自然な疑問は次のようになります。「AOI がすでに完成したボードを確認している場合、ラインの前に別のマシンが本当に必要ですか?」一方、シックスシグマと CpK のトレーニングを受けた若いプロセス エンジニアは、同じ印刷欠陥が毎月繰り返されるのを目の当たりにし、なぜ工場は問題を根本から防ぐのではなく、やり直しに何千ドルも費やしているのかと疑問に思っています。
SPI (はんだペースト検査) は、ステンシル プリンターの直後、最初のピック アンド プレース機の前に設置されます。構造化光またはレーザーを使用して、すべてのはんだペースト堆積の真の 3D マップを作成します。数秒以内に、ボード上のすべてのパッドの体積 (nL)、高さ (µm)、面積 (mm²)、X/Y 位置、および形状を測定します。許容範囲外のものがあった場合、そのボードは拒否されるか、次のボードが印刷される前にプリンタがリアルタイムの閉ループ補正を受けます。
AOI (自動光学検査) はリフロー炉の後に設置されます。完全に組み立てられた基板の高解像度 2D または 3D カラー画像を取得します。部品の欠落、間違った部品、極性の逆、トゥームストーン、リード線の浮き、不十分なはんだ、ブリッジ、および目に見える濡れの問題をチェックします。はんだはすでに溶けているため、AOI は何が問題だったかを伝えることしかできません。そもそも欠陥の発生を防ぐことはできません。
SPI は予防薬です。不良のはんだペーストがコンポーネントに接触するのを防ぎます。 AOI は解剖です。どのボードがすでに死んでいるか、瀕死になっているかがわかります。 1 つは上流でのコストを節約し、もう 1 つは下流で顧客が不良品を受け取るのを防ぎます。どちらも重要ですが、置き換えることはできません。
多くの古い家庭用電化製品工場は今でも AOI のみのラインを稼働させています。その理由は、「これまでずっとそうしてきたからです。」これらのラインは通常、0603/0402 コンポーネントと 0.5 mm 以上のピッチを備えたシンプルな両面基板を生産します。印刷は十分安定していると考えられており、やり直しは安価で、経営陣は新しいマシンを追加することを嫌います。この結果は低コスト製品としては許容範囲ですが、不良率は 500 ～ 2000 ppm にとどまります。
プロセスに重点を置くエンジニア、特に自動車、医療、通信分野のエンジニアは、はんだペースト印刷をライン全体の中で最も重要かつ最も変化しやすいステップとして扱います。彼らは、一度ペーストが間違ってしまうと、いくら完璧な配置や完璧なリフロープロファイルを行っても接合部を救うことはできないことを知っています。彼らの信条は、「高価な部品を貼り付けるためにお金を費やす前に、ペーストを測定して修正する」です。
大手の受託製造会社や OEM は現在、SPI + AOI をプリンター + ピック アンド プレイスと同じように扱っています。両方がなければ本格的なラインを構築することはできません。投資は、初回パスの歩留まりが常に 99.5 % を超え、再加工コストが 60 ～ 80 % 低下することから正当化されます。これらの工場では、議論はもはや「SPI それとも AOI?」というものではありません。しかし、「どの SPI モデルが最も早い ROI をもたらしますか?」
IPC-7912 、iNEMI、および過去 15 年間にわたる多数の独立した研究は、一貫して同じ内訳を示しています。つまり、はんだペースト印刷がすべてのアセンブリ欠陥の 55 ～ 70 %、配置が 10 ～ 15 %、リフローが 10 ～ 15 %、残りがその他すべてです。完璧に調整されたピック アンド プレース マシンでも、不良なペースト量やオフセットを克服することはできません。
SPI での印刷欠陥の修正には実質的に費用はかかりません。ボードをクリーニングして再印刷するだけです。リフロー後に AOI で同じ欠陥を修正するには、手動によるタッチアップ、場合によってはコンポーネントの取り外し、X 線検証、および再リフローが必要となり、費用はゆうに 20 ～ 50 倍かかります。欠陥が顧客に漏れた場合、保証請求と評判の低下でコストがボードあたり数百ドルまたは数千ドルに跳ね上がる可能性があります。
ペーストが少なすぎる → フィレットの高さが不十分 → ジョイントが開いているか弱い。ペーストが多すぎる → ファインピッチデバイスの下の余分なはんだボールまたはブリッジ。小型チップ部品は50μmオフセットして貼り付け→ツームストン加工。高さの変化 → BGA のボール内部に空洞があり、AOI では確認できませんが、後で X 線で発見されます。これらの失敗はすべて、SPI のみが提供する 3D ペースト データから 100 % 予測可能です。
SPI はコンポーネントが配置される前に実行されるため、 ピック アンド プレース マシンが 後で間違ったリールをつかんだのか、部品を完全にスキップしたのかを知る方法がありません。ペーストは方向に関係なく同一に見えるため、有極コンデンサまたはダイオードの極性エラーも SPI には見えません。
完璧なペーストであっても、ノズルが部品をパッドから 100 µm 離れたところに落としたり、不均一な加熱によりリフロー中にツームストンニングが発生したりすることがあります。これらの機械的衝撃や真空不良により、QFP のリードが浮き上がる可能性があります。 SPI では、これらは検査期間のかなり後に発生するため、どれも認識しません。
ヘッドインピロー、非濡れ性、ディウェッティング、および一部のタイプのボイドは、はんだが溶けて冷却された後にのみ目に見えるようになります。 AOI のカラー カメラと角度付き照明は、SPI が決して目にする機会のない表面レベルの問題を捉えるために特別に設計されています。
現在、世界クラスの工場で使用されている唯一のシーケンスは、 ステンシル プリンター → SPI → 高速チップ シューター → フレキシブル プレーサー → リフロー オーブン → AOI → (オプションの X 線 または ICT ) です。この順序は任意ではありません。これは自然な欠陥発生のタイムラインに従います。まず印刷の問題を防止し、次に配置の問題を防止し、次にはんだ付け後の最終結果を検証します。手順を元に戻すと、やり直しや回避のリスクが大幅に増加します。
I.C.T-S510 や I.C.T-S1200 などの最新の SPI システムは、リアルタイムのオフセットおよびボリューム データをプリンターに送り返します (閉ループ制御)。プリンターは、次の基板でのスキージの圧力、速度、またはステンシルの洗浄頻度を自動的に調整します。通常、3 ～ 5 枚のボード内でプロセスは CpK > 1.67 に落ち着きます。印刷がロックされると、ピックアンドプレース機は毎回完璧なパッドを受け取り、下流での配置関連のアラームが大幅に減少します。
印刷はすでに制御されているため、AOI の仕事ははるかに簡単かつ正確になります。 AOI はマージナルはんだ接合がペースト不良によるものか、配置不良によるものか推測する必要がなくなったため、誤判定が 60 ～ 80 % 減少します。 AOI は、真の配置エラーとリフロー後の問題に集中できるようになり、すべてを網羅するトラブルシューティング ステーションではなく、真の最終ゲートキーパーになります。
0603 以上の部品を備えた両面民生用基板、ピッチ ≥ 0.5 mm、非常に安定したステンシルとペースト、少量多品種での大量生産、および緩和された品質目標 (≤ 1000 ppm) は、AOI のみで機能する場合があります。再加工は安価で、現場での故障はほとんどなく、経営陣は時折の修正ステーションを受け入れます。これらのラインは年々稀になってきていますが、コスト重視の市場では依然として存在しています。
自動車エレクトロニクス ( AEC-Q100/104 )、医療機器 ( ISO 13485 )、航空宇宙/軍事 (IPC クラス 3)、5G インフラストラクチャ、サーバー マザーボード、01005/008004 コンポーネントを含むもの、ピッチ 0.4 mm 以下 BGA、または下端終端パッケージはすべて 3D SPI を必要とします。ゼロ欠陥ポリシーとボードあたり数千ドルの保証コストには、「AOI で対応します」という余地はありません。
資本が厳しい工場でも、最初に SPI を正当化することができます。通常、スクラップの削減、再加工の省力化、歩留まりの向上だけでも、6 ～ 12 か月で回収できます。多くの顧客は、SPI を追加したことで、AOI のリワーク ステーションが 3 シフトから 1 シフトに減り、顧客の返品が 90 % 減少したと報告しています。計算は簡単です。自動車用 PCB の不良パレットを 1 つ防ぐことで、SPI マシン全体の費用がかかります。
2D SPI は面積のみを測定するため、ペーストの高さの変動によって誤魔化される可能性があります。 True 3D SPI (位相シフト モアレまたはデュアル レーザー三角測量) は、実際の体積と高さを 1 µm 以下の解像度で測定します。 0402 または 0.5 mm ピッチより小さいものでは、2D は時代遅れであり、過剰な誤拒否またはミスが発生します。
一般的なスマートフォン PCB の場合、高さ分解能 2 µm 以上、6σ での GR&R < 10 %、検査時間 12 秒以下を探してください。 I.C.T-S510 は 1 µm の分解能で基板あたり 8 ～ 10 秒を達成しますが、より大型の I.C.T-S1200 は同じ精度で 600 × 600 mm のパネルを 20 秒未満で処理します。
最新の SPI は、ガーバー データと CAD データを直接インポートし、検査プログラムを数分で自動生成し、リアルタイムの CpK チャートを表示し、補正値を DEK/ミナミ/パナソニック/GKG プリンタに自動的に送信する必要があります。これらの機能がなければ、昨日のテクノロジーを購入することになります。
全自動ガラスプレートキャリブレーション (毎日 30 秒のルーチン)、温度補償光学系、密閉型投影ユニットを備えたマシンを選択してください。 I.C.T-S510 と I.C.T-S1200 は両方ともこれらの機能を備えており、最小限のオペレーター介入で毎年 1 µm 未満の再現性を維持します。
いいえ。AOI は、損傷がすでに発生しているリフロー後に検査します。部品を配置する前にはんだペーストの量や高さを測定できないため、印刷エラーによって引き起こされるコールドジョイント、ブリッジ、またはボイドを防ぐことはできません。
0.5 mm 以上のピッチの 0402 以上のコンポーネントの場合、2D が存続できる場合があります。 0201、01005、0.4 mm 以上の細かいピッチ BGA の場合、3D SPI のみが、IPC-7095 および自動車規格で必要な体積と高さのデータを提供します。
はい - 通常は 60 ～ 80 %。安定した印刷により、AOI アルゴリズムを混乱させ、架空のはんだ接合欠陥を生成するランダムな体積変動が除去されます。
I.C.T-S510 のような最新のシステムは、一般的なスマートフォン PCB を 8 ～ 10 秒で検査し、I.C.T-S1200 は大型パネルを 20 秒未満で処理します。これらの時間は、配置およびリフローのサイクル時間と比較すると無視できます。
はい。 IPC-7095D (BGA) およびほとんどの自動車/医療品質規格は、3D SPI に対して、空隙率 < 25 % と超微細ピッチ デバイスの信頼性の高い濡れを保証することを事実上義務付けています。
