SPI در مقابل AOI: کدام یک اول است؟

در تولید مدرن SMT، راهنمای کامل ماشین‌های SPI به طور مداوم یک قانون شکست ناپذیر را ثابت می‌کند: SPI همیشه قبل از AOI است. اشتباه گرفتن این سفارش تنها گران‌ترین اشتباهی است که یک کارخانه می‌تواند مرتکب شود، زیرا 55 تا 70 درصد از تمام نقص‌های جریان مجدد از چاپ خمیر لحیم شروع می‌شود - مدت‌ها قبل از قرار دادن قطعات.

1. مقدمه: چرا بحث SPI در مقابل AOI وجود دارد

1.1 افزایش دقت SMT و حساسیت به نقص

PCB های امروزی معمولاً مقاومت های 01005، BGA گام 0.3 میلی متری و بسته های انباشته چند لایه را حمل می کنند. یک رسوب خمیر لحیم کاری که فقط 10 میکرومتر خیلی کم است می تواند باعث ایجاد اتصال باز پس از جریان مجدد شود، در حالی که 5 میکرومتر بیش از حد می تواند یک پل زیر یک QFN 0.4 میلی متری ایجاد کند. این تلورانس‌ها بسیار فراتر از آن چیزی است که چشم انسان یا دوربین‌های دوبعدی سنتی می‌توانند قابل اطمینان باشند، به همین دلیل است که بازرسی خودکار سه بعدی در تولید لوازم الکترونیکی مدرن غیرقابل مذاکره است.

1.2 چرا کارخانه ها این سوال را مطرح می کنند که آیا SPI یا AOI باید اول باشند؟

بسیاری از مهندسان و مدیران خطوط تولید را به ارث بردند که 10 تا 15 سال پیش ساخته شدند، زمانی که AOI تنها بازرسی خودکار موجود بود. آن خطوط هنوز کار می کنند (نوعی)، بنابراین سؤال طبیعی این است: 'اگر AOI از قبل به برد تمام شده نگاه می کند، آیا واقعاً به ماشین دیگری زودتر در خط نیاز داریم؟' در همین حال، مهندسان فرآیند جوان تر که در Six-Sigma و CpK آموزش دیده اند، شاهد تکرار همان نقص های چاپی ماه به ماه هستند و تعجب می کنند که چرا کارخانه به جای اینکه هزاران منبع را دوباره کار می کند، مشکل را خرج می کند.

2. SPI در مقابل AOI: آنچه آنها در واقع انجام می دهند

2.1 آنچه SPI بررسی می کند (کیفیت خمیر لحیم کاری قبل از قرار دادن)

SPI (بازرسی خمیر لحیم کاری) بلافاصله بعد از چاپگر شابلون و قبل از اولین دستگاه انتخاب و جاسازی نصب می شود. از نور ساختاریافته یا لیزر برای ایجاد یک نقشه سه بعدی واقعی از هر رسوب خمیر لحیم استفاده می کند. در عرض چند ثانیه حجم (nL)، ارتفاع (µm)، مساحت (mm²)، موقعیت X/Y و شکل هر پد روی تخته را اندازه‌گیری می‌کند. اگر چیزی خارج از تحمل باشد، برد رد می شود یا چاپگر قبل از چاپ برد بعدی تصحیح حلقه بسته بلادرنگ دریافت می کند.

2.2 آنچه AOI بازرسی می کند (قطعات و اتصالات لحیم کاری پس از جریان مجدد)

AOI (بازرسی اپتیکال خودکار) بعد از کوره جریان مجدد قرار می گیرد. تصاویر رنگی دو بعدی یا سه بعدی با وضوح بالا از برد کاملاً مونتاژ شده می گیرد. قطعات گم شده، قطعات اشتباه، قطبیت معکوس، سنگ قبر، سرنخ های بلند شده، لحیم کاری ناکافی، پل ها، و مشکلات خیس شدن قابل مشاهده را بررسی می کند. از آنجایی که لحیم قبلاً ذوب شده است، AOI فقط می تواند به شما بگوید چه مشکلی رخ داده است - نمی تواند در وهله اول از بروز نقص جلوگیری کند.

2.3 مقایسه مستقیم هدف، زمان و نتیجه بازرسی

SPI یک داروی پیشگیرانه است: از برخورد خمیر لحیم بد با یک جزء جلوگیری می کند. AOI کالبد شکافی است: به شما می گوید کدام تخته ها قبلاً مرده اند یا در حال مرگ هستند. یکی باعث صرفه جویی در پول شما در بالادستی می شود، دیگری مشتری شما را از دریافت محصول بد در پایین دست نجات می دهد. هر دو مهم هستند، اما قابل تعویض نیستند.

3. سه طرز فکر رایج در صنعت درباره دنباله

3.1 اولین طرز فکر AOI (تفکر سنتی)

بسیاری از کارخانه‌های قدیمی‌تر لوازم الکترونیکی مصرفی هنوز خطوط فقط AOI را اجرا می‌کنند زیرا 'ما همیشه این کار را انجام می‌دهیم' این خطوط معمولاً تخته‌های دو طرفه ساده با اجزای 0603/0402 و گام + 0.5 میلی‌متر تولید می‌کنند. چاپ به اندازه کافی پایدار در نظر گرفته می شود، دوباره کاری ارزان است و مدیریت از افزودن ماشین های جدید متنفر است. نتیجه برای محصولات ارزان قیمت قابل قبول است، اما نرخ عیب بی سر و صدا در 500-2000 ppm است.

3.2 ذهنیت اول SPI (ذهنیت مهندسی فرآیند)

مهندسان متمرکز بر فرآیند - به ویژه در خودرو، پزشکی و مخابرات - چاپ خمیر لحیم کاری را به عنوان مهم ترین و متغیرترین مرحله در کل خط می دانند. آن‌ها می‌دانند که وقتی خمیر اشتباه باشد، هیچ مقداری از قرارگیری کامل یا پروفیل جریان مجدد کامل نمی‌تواند مفصل را نجات دهد. شعار آنها این است که 'قبل از اینکه خمیر را برای قرار دادن اجزای گران قیمت روی آن خرج کنید، خمیر را اندازه گیری و تصحیح کنید.'

3.3 طرز فکر 'هر دو تجهیزات استاندارد هستند' (کارخانه های مدرن)

سازندگان قرارداد پیشرو و OEM ها اکنون با SPI + AOI به همان روشی برخورد می کنند که با چاپگر + انتخاب و مکان برخورد می کنند: شما به سادگی بدون هر دو خط تولید جدی ایجاد نمی کنید. سرمایه‌گذاری با اعداد بازدهی در مرحله اول که معمولاً از 99.5 درصد فراتر می‌رود و هزینه‌های دوباره کاری که 60 تا 80 درصد کاهش می‌یابد توجیه می‌شود. در این کارخانه‌ها دیگر بحث 'SPI یا AOI؟' نیست بلکه 'کدام مدل SPI سریع‌ترین ROI را به ما می‌دهد؟'

4. منطق مبتنی بر داده: چرا SPI معمولاً اول است

4.1 55 تا 70 درصد عیوب SMT از چاپ سرچشمه می گیرد

IPC-7912، iNEMI، و ده ها مطالعه مستقل در 15 سال گذشته به طور مداوم خرابی یکسانی را نشان می دهند: چاپ خمیر لحیم کاری 55 تا 70 درصد از تمام عیوب مونتاژ، محل قرارگیری 10 تا 15 درصد، جریان مجدد 10 تا 15 درصد و بقیه موارد را تشکیل می دهد. حتی یک دستگاه انتخاب و جابجایی کاملاً تنظیم شده نمی تواند بر حجم خمیر بد یا آفست غلبه کند.

4.2 هزینه تشخیص زودهنگام در مقابل دوباره کاری پایین دست

رفع نقص چاپ در SPI تقریباً هیچ هزینه ای ندارد - برد به سادگی تمیز و دوباره چاپ می شود. رفع همان نقص در AOI پس از جریان مجدد نیاز به لمس دستی، حذف احتمالی اجزا، تأیید اشعه ایکس و جریان مجدد دارد - به راحتی 20 تا 50 برابر گران تر. اگر نقص به مشتری برسد، هزینه می تواند به صدها یا هزاران دلار برای هر تخته در ادعای گارانتی و از دست دادن شهرت برسد.

4.3 چگونه خطاهای چاپ به شکست در جریان مجدد تبدیل می شوند

خمیر خیلی کم ← ارتفاع ناکافی فیله ← مفصل باز یا ضعیف. خمیر بیش از حد ← توپ های لحیم یا پل های اضافی در زیر دستگاه های ریز. خمیر به اندازه 50 میکرومتر → سنگ قبر روی اجزای تراشه کوچک جابجا می شود. تغییر ارتفاع ← حفره های درون توپ های BGA که AOI نمی تواند آنها را ببیند اما بعداً اشعه ایکس آن ها را پیدا خواهد کرد. هر یک از این خرابی ها 100٪ از طریق داده های خمیر سه بعدی که فقط SPI ارائه می دهد قابل پیش بینی است.

5. AOI هنوز ضروری است: آنچه SPI نمی تواند تشخیص دهد

5.1 قطعات از دست رفته، قطعات اشتباه، مسائل قطبی

SPI قبل از قرار دادن هر جزء اجرا می شود، بنابراین هیچ راهی برای دانستن اینکه آیا دستگاه انتخاب و مکان بعداً حلقه اشتباهی را گرفته است یا یک قطعه را به طور کامل رد کرده است، ندارد. خطاهای قطبی در خازن ها یا دیودهای پلاریزه نیز برای SPI نامرئی هستند زیرا خمیر صرف نظر از جهت گیری یکسان به نظر می رسد.

5.2 عیوب قرار دادن: شیفت، سنگ قبر، پین های بلند شده

حتی با خمیر کامل، یک نازل می تواند قسمتی را به اندازه 100 میکرومتر از روی پد بیاندازد، یا حرارت ناهموار می تواند باعث سنگ قبر در طول جریان مجدد شود. این شوک‌های مکانیکی یا خلاء ضعیف می‌توانند منجر به QFP شوند. SPI هیچ یک از اینها را نمی بیند زیرا آنها مدت ها پس از بازرسی آن رخ می دهند.

5.3 عیوب لحیم کاری پس از جریان مجدد فقط AOI می تواند ببیند

سر در بالش، خیس نشدن، رطوبت زدایی و برخی از انواع تخلیه تنها پس از ذوب شدن و سرد شدن لحیم نمایان می شوند. دوربین‌های رنگی و نورپردازی زاویه‌دار AOI به‌طور خاص طراحی شده‌اند تا این مشکلات سطحی را که SPI هرگز فرصت دیدن آنها را پیدا نمی‌کند، شناسایی کند.

6. توالی SMT توصیه شده: SPI → AOI

6.1 جریان بازرسی ایده آل و چرا

تنها دنباله ای که امروزه توسط کارخانه های کلاس جهانی استفاده می شود این است: چاپگر شابلون → SPI → شوتر تراشه پرسرعت → جاساز انعطاف پذیر → فر جریان → AOI → (اختیاری اشعه ایکس یا ICT). این دستور خودسرانه نیست. از جدول زمانی ایجاد نقص طبیعی پیروی می کند: ابتدا از مشکلات چاپ جلوگیری کنید، سپس از مشکلات قرار دادن جلوگیری کنید، سپس نتیجه نهایی را پس از لحیم کاری بررسی کنید. معکوس کردن هر مرحله به طور چشمگیری کار مجدد و خطر فرار را افزایش می دهد.

6.2 چگونه SPI فرآیند را قبل از قرار دادن تثبیت می کند

سیستم های مدرن SPI مانند ICT-S510 و ICT-S1200 داده های افست و حجم را در زمان واقعی به چاپگر ارسال می کنند (کنترل حلقه بسته). چاپگر به طور خودکار فشار، سرعت یا فرکانس تمیز کردن شابلون را روی برد بعدی تنظیم می کند. در 3 تا 5 برد، فرآیند معمولاً به CpK> 1.67 می رسد. پس از قفل شدن چاپ، دستگاه‌های انتخاب و جاسازی هر بار پدهای عالی را دریافت می‌کنند که به طور چشمگیری آلارم‌های مربوط به قرارگیری را در پایین دست کاهش می‌دهد.

6.3 چگونه AOI قابلیت اطمینان نهایی را تضمین می کند

با چاپ تحت کنترل، کار AOI بسیار ساده تر و دقیق تر می شود. تماس های کاذب 60 تا 80 درصد کاهش می یابد زیرا AOI دیگر لازم نیست حدس بزند که آیا اتصال لحیم کاری حاشیه ای ناشی از خمیر بد یا قرارگیری بد است. AOI اکنون می تواند بر روی خطاهای قرارگیری واقعی و مسائل پس از جریان مجدد تمرکز کند و به جای یک ایستگاه عیب یابی همه جانبه، به دروازه بان نهایی واقعی تبدیل شود.

7. وقتی فقط AOI قابل قبول است در مقابل وقتی SPI اجباری است

7.1 سناریوهایی که در آن خطوط فقط AOI هنوز کار می کنند

تخته های مصرفی دو طرفه با قطعات 0603 و بزرگتر، گام ≥ 0.5 میلی متر، استنسیل و خمیر بسیار پایدار، اجراهای با حجم بالا با ترکیب کم، و اهداف با کیفیت آرام (≤ 1000 ppm) گاهی اوقات می توانند تنها با AOI زنده بمانند. کار مجدد ارزان است، خرابی های میدانی نادر است، و مدیریت گاه به گاه ایستگاه های لمسی را می پذیرد. این خطوط هر سال نادرتر می شوند، اما همچنان در بازارهای هزینه محور وجود دارند.

7.2 سناریوهایی که در آن SPI غیر قابل مذاکره است

لوازم الکترونیکی خودرو (AEC-Q100/104)، دستگاه‌های پزشکی (ISO 13485)، هوافضا/نظامی (کلاس IPC 3)، زیرساخت‌های 5G، مادربردهای سرور، هر چیزی با اجزای 01005/008004، ≤ 0.4 میلی‌متر گام BGA یا بسته‌های SPI با پایانه پایین نیاز دارند. سیاست‌های بدون نقص و هزینه‌های گارانتی هزاران دلاری به ازای هر تخته جایی برای 'ما آن را در AOI پیدا خواهیم کرد' باقی نمی‌گذارد.

7.3 موقعیت های بودجه و منطق 'SPI-first ROI'.

حتی کارخانه هایی با سرمایه کم می توانند ابتدا SPI را توجیه کنند. بازپرداخت معمولی 6 تا 12 ماه از طریق کاهش ضایعات، پس انداز مجدد نیروی کار و بهبود عملکرد به تنهایی است. بسیاری از مشتریان گزارش می‌دهند که با افزودن SPI، ایستگاه‌های بازسازی AOI آنها از سه شیفت به یک شیفت کاهش می‌یابد و بازده مشتری تا 90 درصد کاهش می‌یابد. ریاضی ساده است: جلوگیری از یک پالت خراب PCB خودرو هزینه کل دستگاه SPI را دارد.

8. نحوه انتخاب ماشین SPI مناسب

8.1 قابلیت های 2 بعدی در مقابل 3 بعدی

2D SPI فقط مساحت را اندازه گیری می کند و می توان آن را با تغییرات ارتفاع خمیر فریب داد. True 3D SPI (Moiré-shift فاز یا مثلث‌سازی دو لیزری) حجم و ارتفاع واقعی را با وضوح ≤ 1 میکرومتر اندازه‌گیری می‌کند. برای هر چیزی کوچکتر از 0402 یا 0.5 میلی متر گام، 2D منسوخ شده است و باعث رد یا اشتباه بیش از حد کاذب می شود.

8.2 سرعت، دقت و تکرارپذیری

به دنبال وضوح ارتفاع ≥ 2 میکرومتر، GR&R < 10 % در 6σ و زمان بازرسی ≤ 12 ثانیه برای PCB معمولی تلفن هوشمند باشید. ICT-S510 به 8 تا 10 ثانیه در هر برد با وضوح 1 میکرومتر دست می یابد، در حالی که ICT-S1200 بزرگتر پانل های 600 × 600 میلی متر را در کمتر از 20 ثانیه با همان دقت کنترل می کند.

8.3 نرم افزار، SPC و چاپ حلقه بسته

SPI مدرن باید داده‌های Gerber و CAD را مستقیماً وارد کند، برنامه‌های بازرسی را در چند دقیقه به‌طور خودکار تولید کند، نمودارهای CpK را در زمان واقعی نمایش دهد، و مقادیر تصحیح را به‌طور خودکار به چاپگرهای DEK/Minami/Panasonic/GKG ارسال کند. بدون این ویژگی ها شما در حال خرید فناوری دیروز هستید.

8.4 نگهداری، کالیبراسیون و پایداری طولانی مدت

ماشین‌هایی با کالیبراسیون صفحه شیشه‌ای کاملاً خودکار (روال روزانه 30 ثانیه)، اپتیک جبران‌شده با دما، و واحدهای نمایش مهر و موم شده انتخاب کنید. ICT-S510 و ICT-S1200 هر دو دارای این ویژگی‌ها هستند و تکرارپذیری کمتر از 1 میکرومتر را سال به سال با حداقل مداخله اپراتور حفظ می‌کنند.

9. سوالات متداول (سؤالات متداول)

9.1 آیا AOI می تواند جایگزین SPI شود؟

خیر. AOI پس از جریان مجدد، زمانی که آسیب از قبل انجام شده است، بازرسی می کند. نمی تواند حجم یا ارتفاع خمیر لحیم کاری را قبل از قرار دادن قطعات اندازه گیری کند، بنابراین نمی تواند از اتصالات سرد، پل ها یا فضای خالی ناشی از خطاهای چاپ جلوگیری کند.

9.2 آیا 2D SPI کافی است یا من به 3D نیاز دارم؟

برای 0402 و اجزای بزرگتر در گام + 0.5 میلی متر، 2D گاهی اوقات می تواند زنده بماند. برای BGA 0201، 01005، 0.4 میلی‌متر یا گام‌های ظریف‌تر، تنها 3D SPI داده‌های حجم و ارتفاع مورد نیاز IPC-7095 و استانداردهای خودرو را فراهم می‌کند.

9.3 آیا افزودن SPI تماس های نادرست AOI را کاهش می دهد؟

بله - معمولاً 60-80٪. چاپ پایدار تغییرات حجم تصادفی را که الگوریتم‌های AOI را گیج می‌کند و نقص‌های فانتوم اتصال لحیم ایجاد می‌کند، حذف می‌کند.

9.4 آیا SPI خط تولید را کند می کند؟

سیستم های مدرن مانند ICT-S510 یک PCB معمولی تلفن هوشمند را در 8 تا 10 ثانیه بررسی می کنند و ICT-S1200 پانل های بزرگ را در کمتر از 20 ثانیه کنترل می کند. این زمان ها در مقایسه با زمان قرار دادن و چرخه جریان مجدد ناچیز است.

9.5 آیا SPI برای 01005 و 0.3 میلی متر BGA لازم است؟

بله. IPC-7095D (BGA) و اکثر استانداردهای کیفیت خودرو/پزشکی به طور موثر SPI 3D را برای تضمین نرخ خالی کمتر از 25٪ و خیس شدن قابل اعتماد در دستگاه‌های بسیار ظریف الزامی می‌کنند.