Hướng dẫn đầy đủ về Kiểm tra kem hàn (SPI)

1. Vai trò của SPI

Trong quy trình SMT, in kem hàn là một bước quan trọng. Các nghiên cứu cho thấy 80-90% lỗi SMT xuất phát từ giai đoạn này. Đó là lúc SPI phát huy tác dụng — hoạt động như một “người bảo vệ chất lượng” nghiêm ngặt. Đặt SPI sau khi in kem hàn nhưng trước khi đặt linh kiện cho phép phát hiện sớm các lỗi, tiết kiệm rất nhiều thời gian và tiền bạc so với việc phát hiện các vấn đề sau khi hàn chảy lại. Với các linh kiện nhỏ hơn, như các gói 0201, đòi hỏi phải in kem hàn chính xác hơn nữa, tầm quan trọng của SPI ngày càng tăng. Việc xác định các vấn đề sớm giúp giảm chi phí làm lại và đơn giản hóa việc sửa chữa.

2. Các tính năng chính của SPI

(a) Độ chính xác phát hiện cao
Hầu hết các máy SPI đều sử dụng công nghệ hình ảnh 3D tiên tiến để đo chính xác các thông số như chiều cao, thể tích và diện tích của kem hàn. Một số máy SPI cao cấp có độ phân giải trục Z tốt tới 0.6 micron và độ chính xác chiều cao là 2 micron, có thể ghi lại ngay cả những sai lệch hoặc khuyết tật nhỏ nhất trong quá trình in kem hàn.

(b) Khả năng phát hiện toàn diện
SPI không chỉ đo các thông số cơ bản. Nó còn có thể phát hiện đoản mạch, sai lệch, biến dạng, cầu nối, hàn không đủ và các khuyết tật khác. Với dữ liệu chi tiết này, người vận hành có thể điều chỉnh các thông số in theo thời gian thực để cải thiện quy trình.

(c) Dễ vận hành
Hầu hết các máy SPI đều có giao diện Windows, do đó người vận hành có thể dễ dàng bắt kịp tốc độ với đào tạo tối thiểu. Dữ liệu đo được có thể được lưu và in, giúp dễ dàng theo dõi và xem xét số liệu sản xuất.

(d) Độ ổn định tuyệt vời
Máy SPI chất lượng cao được chế tạo để có độ ổn định. Khả năng lặp lại và tái tạo (GR&R) của chúng rất tuyệt vời, đảm bảo các phép đo về độ dày, diện tích và thể tích của kem hàn là nhất quán và đáng tin cậy.

3. Phương pháp kiểm tra SPI

(a) Kiểm tra bằng tia laser

• Laser điểm:Kiểm tra bằng laser ban đầu sử dụng tia laser điểm với hình ảnh CCD, nhưng phương pháp này chậm vì cần định vị X và Y.
• Quét Laser Dòng:Để cải thiện tốc độ, laser điểm đã được thay thế bằng laser quét dòng. Loại laser này quét nhanh kem hàn, thu thập nhiều điểm dữ liệu để kiểm tra kỹ lưỡng hơn.

(b) Kiểm tra đèn sọc
Một phương pháp phổ biến khác trong SPI, kiểm tra bằng đèn sọc liên quan đến việc chiếu một mẫu sọc lên bề mặt kem hàn. Bằng cách phân tích độ méo và phản xạ của các sọc, hệ thống có thể tính toán chiều cao và hình dạng của kem hàn. Phương pháp này cũng hoạt động tốt về mặt tốc độ và độ chính xác.

Các phương pháp khác bao gồm đo cấu hình 360°, lập bản đồ tọa độ, ánh sáng có cấu trúc và tầm nhìn nổi ống kính kép, mặc dù chúng ít được sử dụng trong thử nghiệm thời gian thực do giới hạn về tốc độ.

4. Tiêu chuẩn kiểm tra SPI

(a) Tiêu chuẩn năng lực thiết bị

• Khả năng xử lý PCB: Máy SPI thường xử lý PCB có kích thước từ 50x50mm đến 450x535mm (rãnh đơn) hoặc 450x250mm (rãnh đôi). Chúng có thể đo độ dày PCB từ 0.4 đến 4mm và bù độ cong vênh PCB lên đến ±5mm.
• Yêu cầu về độ chính xác: Độ phân giải camera thường đạt 25 micron hoặc cao hơn. Đối với các thành phần có độ chính xác cao, chẳng hạn như thiết bị có bước 0.3/0.35mm hoặc 01005, độ phân giải cần thiết là 20 micron. Kích thước đo tối thiểu thường là 200 micron đối với hình vuông và 250 micron đối với hình tròn.

(b) Tiêu chuẩn quy trình sản xuất

• Thông số kỹ thuật bù trừ hàn: Đối với các thành phần 01005, độ lệch của kem hàn phải nhỏ hơn 30% chiều dài miếng đệm chuẩn và 30% chiều rộng miếng đệm. Đối với các thành phần không phải 01005, độ lệch phải nhỏ hơn 35%.
• Thông số kỹ thuật khối lượng hàn: Thể tích và diện tích của kem hàn có tiêu chuẩn tương ứng dựa trên độ mở lý thuyết của khuôn. Nếu vượt quá thông số kỹ thuật, cần phải vệ sinh và điều chỉnh.

5. SPI hoạt động như thế nào

Đầu tiên, máy SPI lấy hình ảnh của một bo mạch không tì vết (mẫu “chuẩn”) làm tham chiếu. Các bo mạch trong tương lai sau đó sẽ được đánh giá dựa trên tham chiếu này. Phương pháp kiểm tra có thể khác nhau tùy thuộc vào kỹ thuật được sử dụng. Ví dụ, với kiểm tra bằng laser, tia laser quét sẽ đi theo một đường dẫn đã đặt trên lớp kem hàn của PCB. Sự phản xạ của tia laser thay đổi dựa trên sự khác biệt về chiều cao giữa kem hàn và PCB xung quanh, cho phép máy tính toán chiều cao của kem hàn một cách chính xác. Hệ thống quét toàn bộ bo mạch để thu thập dữ liệu về chiều cao, thể tích, diện tích, v.v. của kem hàn.

Sau khi kiểm tra hoàn tất, thiết bị SPI sẽ so sánh dữ liệu với các tiêu chuẩn được cài đặt trước. Nếu phát hiện bất kỳ lỗi nào, nó sẽ kích hoạt cảnh báo và cung cấp thông tin chi tiết về các khu vực lỗi để giải quyết nhanh chóng.

Kết luận

SPI là một phần không thể thiếu của quy trình SMT. Hiểu được vai trò, tính năng, phương pháp kiểm tra, tiêu chuẩn và quy trình làm việc của SPI giúp các nhà sản xuất sử dụng tốt hơn thiết bị SPI, cải thiện chất lượng sản phẩm, giảm chi phí sản xuất và tăng khả năng cạnh tranh. Khi công nghệ sản xuất điện tử tiếp tục phát triển, SPI sẽ tiếp tục đổi mới và tiến bộ, cung cấp hỗ trợ mạnh mẽ hơn cho sản xuất các sản phẩm điện tử chất lượng cao.