在討論SPI設(shè)備的管控參數(shù)之前，我們需要先了解SPI的相關(guān)知識(shí)。

什么是SPI？

SPI即為Solder Paste Inspection，中文名稱叫錫膏檢測(cè)設(shè)備，錫膏檢查設(shè)備是最近兩年推出的SMT貼片加工中的測(cè)量設(shè)備，與AOI有相同之處。

錫膏檢查是錫膏印刷后檢查錫膏的高度、體積、面積、短路和偏移量等。

SPI的檢查方法

目前SPI領(lǐng)域中主要的檢查方法有激光檢査和條紋光檢查兩種。其中激光方法是用點(diǎn)激光實(shí)現(xiàn)的。由于點(diǎn)激光加CCD取像須有X、Y逐點(diǎn)擔(dān)的機(jī)構(gòu)，井未明顯増加量測(cè)速度。為了增加量測(cè)速度故將點(diǎn)激光改成掃描式線激光光線。

以上是最常用到的兩種方法，除此外還有360°輪廓測(cè)量理論、對(duì)映函數(shù)法測(cè)量原理( coordinate Mapping)、結(jié)構(gòu)光法( Structure Lighting)、雙鏡頭立體視覺法。但這些方法會(huì)受到速度的限制而無(wú)法被應(yīng)用到在線測(cè)試上，只適合單點(diǎn)的3D測(cè)量。

SPI錫膏檢查的主要類別

錫膏檢查設(shè)各主要分為兩類：在線型和離線型在線型

大多采用3D圖像處理技術(shù)，3D錫膏檢查設(shè)各能通過(guò)自動(dòng)X-Y平臺(tái)的移動(dòng)及激光掃描SMT貼片錫膏焊點(diǎn)獲得每個(gè)點(diǎn)的3D數(shù)據(jù)，也可用來(lái)測(cè)量整個(gè)焊盤貼片加工過(guò)程中施加錫膏的平均厚度，使SMT貼片加工錫膏印刷過(guò)程良好受控3DSPH采用程序化設(shè)計(jì)方式，同種產(chǎn)品一次編程成功，可以無(wú)限量掃描，速度較快。2D錫膏檢查設(shè)備只是測(cè)量錫膏上的某一條線的高度，來(lái)代表整個(gè)焊盤的錫膏厚度。工作原理是:激光發(fā)射器發(fā)射出來(lái)的激光束照射到PCB、銅和錫膏三個(gè)不同平面上，依靠不同平面反射回來(lái)的激光亮度值換算出錫膏的相對(duì)高度。由于2DSPI是點(diǎn)掃描方式，錫膏拉尖或者錫膏斜面都會(huì)導(dǎo)致錫膏厚度的測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。2DSPI多采用手動(dòng)旋鈕調(diào)整PCB平臺(tái)來(lái)對(duì)正需要測(cè)量的錫膏點(diǎn)，速度較慢。

通常SMT貼片加工廠的錫膏檢查設(shè)備除了它自身的主要任務(wù)一一測(cè)量得到錫膏的厚度值外，還能通過(guò)它得到面積、體積、偏移、變形、連橋、缺錫、拉尖等具體的數(shù)據(jù)，根據(jù)客戶的需要調(diào)試機(jī)器，把詳細(xì)的焊點(diǎn)資料導(dǎo)出給客戶檢驗(yàn)。其檢查的基板尺寸范圍一般是50mx50mm～250mm×330mm，基板厚度范圍為0.4～5.0mm。區(qū)分錫膏檢查設(shè)備優(yōu)劣的指標(biāo)集中在分率、測(cè)定重復(fù)性、檢查時(shí)間、可操作性和GR＆R(重復(fù)性和再現(xiàn)性)。國(guó)內(nèi)外比較有名的錫膏檢查設(shè)各生產(chǎn)商主要是韓國(guó) Kouyoung、 Cyber Optics、日本的SAKI和中國(guó)臺(tái)灣的德律泰等。

SMT制程中有80%的不良來(lái)自錫膏印刷不當(dāng)。

而現(xiàn)在越來(lái)越多的0201以下零件或BGA之類底部焊接零件，其對(duì)于錫膏印刷的品質(zhì)非常敏感，如果可以在過(guò)爐前事先偵測(cè)出有錫膏印刷問(wèn)題的板子，會(huì)比過(guò)爐焊接后才偵測(cè)出來(lái)有效而且節(jié)省成本，因?yàn)闋t后的板子維修通常需要?jiǎng)拥嚼予F或復(fù)雜的維修工具，而且還可能把板子弄壞掉。

我們發(fā)現(xiàn)有很多SMT貼片加工廠的SMT工程師都不太清楚SPI的管控參數(shù)是如何定義出來(lái)的，尤其是針對(duì)錫膏厚度的中心值與上、下界限的公差是如何決定的更是不清不楚。

而大部分SMT工程師則會(huì)直接采用SPI廠商給的建議，有些比較有良心的廠商可能會(huì)建議以鋼板的厚度為中心值，然后下限抓80%、上限抓160%，有的甚至?xí)苯咏ㄗh【60%~200%】的公差值，這么一來(lái)你可能會(huì)驚訝的發(fā)現(xiàn)怎么SPI幾乎都不會(huì)報(bào)警且流程變得順暢無(wú)比，在這種條件下SPI大概只會(huì)抓出那些有嚴(yán)重堵塞或是拉尖特別嚴(yán)重的錫膏印刷缺失，這真的是你要的嗎？

你有想過(guò)設(shè)置SPI的真正目的是什么？SPI可是我們花了大錢買來(lái)的，SPI真的就只能用來(lái)抓出這些重大缺失而已嗎？對(duì)于那些比較細(xì)小的零件（如0201以下零件）或是對(duì)錫膏量比較敏感的零件（如BGA）如果遵循同樣的公差標(biāo)準(zhǔn)真的不會(huì)出現(xiàn)焊錫問(wèn)題嗎？

應(yīng)該要以回焊后的焊錫質(zhì)量來(lái)判斷錫膏量印刷是否恰當(dāng)

想要厘清這個(gè)問(wèn)題前，我們要來(lái)先來(lái)做幾個(gè)問(wèn)答：

Q1：設(shè)置SPI的真正目的是什么？

A1：應(yīng)該是為了要提前檢查篩選出有否錫膏印刷不良的缺失。

Q2：那什么叫做錫膏印刷不良？

A2：就是錫膏量印刷太多或太少。

Q3：那錫膏量印刷太多或太少會(huì)造成什么問(wèn)題？

A3：錫膏印多了會(huì)造成焊錫短路，錫膏印少了則會(huì)造成空焊。

所以最終我們應(yīng)該要以回焊后的焊錫質(zhì)量有否造成短路及空焊來(lái)評(píng)估該錫膏量是否恰當(dāng)。

不同焊點(diǎn)對(duì)錫膏量精準(zhǔn)度要求不一樣

這么一來(lái)又會(huì)牽扯到另一個(gè)問(wèn)題：「不同焊墊大小對(duì)錫膏量精準(zhǔn)度的要求應(yīng)該不一樣？」，比如說(shuō)印刷在0201的錫膏量精準(zhǔn)度要求應(yīng)該會(huì)比0805的精準(zhǔn)度來(lái)得高吧！也就是說(shuō)越細(xì)小零件焊點(diǎn)的錫膏量公差應(yīng)該要越小，這么一來(lái)同一片板子上的不同焊點(diǎn)不就會(huì)有不同的公差需求？確實(shí)也是如此，真是傷腦筋。

不過(guò)，如果你想使用一個(gè)公差來(lái)管控同一片板子上的所有焊點(diǎn)也不是不可以，你只要選擇板子上對(duì)錫膏印刷量公差要求最嚴(yán)格的焊點(diǎn)來(lái)當(dāng)成整片板子的公差來(lái)管控就可以了，而實(shí)際的作法應(yīng)該也是如此，只要在碰到某個(gè)焊點(diǎn)一直報(bào)警時(shí)再檢查一下是否為比較大的焊點(diǎn)，是否可以放寬個(gè)別焊點(diǎn)公差來(lái)做調(diào)整就可以了，這樣也可以解決誤報(bào)率或漏放印刷不良的問(wèn)題。

利用SPC與印刷機(jī)的制程能力來(lái)定義錫膏厚度的上、下界限

除了上述的試誤法之外，工作熊這里會(huì)建議你采用SPC統(tǒng)計(jì)手法并依據(jù)錫膏印刷機(jī)的制程能力來(lái)定義錫膏厚度管控的上、下界限標(biāo)準(zhǔn)。

我們可以選定1～5個(gè)可以代表該片板子的焊點(diǎn)并透過(guò)SPC的手法來(lái)收集計(jì)算錫膏平均厚度的標(biāo)準(zhǔn)偏差(σ，sigma)，這些焊點(diǎn)最好要包含板子上對(duì)錫膏量精準(zhǔn)度要求較嚴(yán)格的FBGA (Fine-Pitch BGA)或是有細(xì)間距焊腳的零件，以及對(duì)錫膏量精準(zhǔn)度要求比較松的大焊點(diǎn)。

規(guī)格中心值：

建議一樣取鋼板厚度來(lái)當(dāng)做錫膏印刷的中心值。鋼板厚度是我們可以自己定義且管控的材料參數(shù)，而鋼板厚度其實(shí)也是我們?cè)谧鲥a膏印刷厚度所追求的目標(biāo)值。

規(guī)格上、下界限：

一般應(yīng)該要用+/-3σ來(lái)作為規(guī)格的上、下界限，然后逐步排除制程中的變異因素，但實(shí)際操作下來(lái)，會(huì)發(fā)現(xiàn)實(shí)際印刷出來(lái)的錫膏一般都會(huì)比鋼板的厚度要來(lái)得厚，原因是PCB上面會(huì)印有「防焊綠漆(solder mask)」與「絲印白漆(silkscreen)」會(huì)墊高鋼板，另外刮刀的壓力、速度與角度也會(huì)影響的錫膏量，還有一個(gè)很多人可能都忽略掉卻很嚴(yán)重的變異-板彎變形。所以…

• ① 如果實(shí)際錫膏厚度平均中心往上偏移約1.0σ時(shí)，建議上下界限可以取+/-4σ。這樣初始Cpk算出來(lái)會(huì)在1.0左右。

Cp=8σ/6σ, Ck=1σ/4σ, Cpk=(1-Ck)xCp=(1-1/4)x4/3=1.0

• ② 如果實(shí)際錫膏厚度中心往上偏移約1.5σ時(shí)，建議上下界限可以取+/-4.5σ。這樣初始Cpk算出來(lái)會(huì)在1.0左右。

Cp=9σ/6σ, Ck=1.5σ/4.5σ, Cpk=(1-Ck)xCp=(1-1/3)x3/2=1.0

• ③ 不建議采用中心值偏移超過(guò)1.5σ以上的數(shù)據(jù)，而應(yīng)該要先檢討為何錫膏印刷厚度會(huì)偏移中心值如此大，惕除不合理的數(shù)據(jù)之后再來(lái)使用SPC。

• ④ 不建議移動(dòng)規(guī)格中心值，因?yàn)槲覀兊哪繕?biāo)依然還是鋼板厚度，移動(dòng)規(guī)格中心會(huì)讓我們的目標(biāo)失準(zhǔn)。

當(dāng)我們使用標(biāo)準(zhǔn)偏差(σ)定義出了錫膏厚度的規(guī)格上、下界限后，要再回去做確認(rèn)與比對(duì)，當(dāng)錫膏厚度剛好落在規(guī)格的上界限與下界限時(shí)，回焊后的焊錫質(zhì)量必須仍然符合質(zhì)量要求，然后要試著運(yùn)用PDCA循環(huán)來(lái)提高Cpk。

下列有幾個(gè)方法提供給想改善錫膏印刷Cpk的朋友參考：

• ① 用魚骨圖列出所有可能影響錫膏印刷的因素，然后排除生產(chǎn)中所可能產(chǎn)生的「機(jī)遇變異」與「非機(jī)遇變異」。

• ② 調(diào)整錫膏印刷機(jī)中刮刀的設(shè)定參數(shù)（壓力、速度、角度）。

• ③ 提升鋼板質(zhì)量。比如改用激光、奈米涂層、電鑄鋼板來(lái)穩(wěn)定落錫量。

• ④ 采用高號(hào)數(shù)的錫膏來(lái)增加落錫量。錫膏編號(hào)數(shù)越高，則錫粉的顆粒就越小，越容易下錫。

要想辦法讓錫膏厚度的中心值趨近鋼板厚度。當(dāng)Cpk大于1.5后，建議要重新計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差(σ)縮小原來(lái)規(guī)格的上、下限，如此循環(huán)持續(xù)質(zhì)量改善。

后記：

SPI除了可以管控錫膏印刷的厚度及錫量外，還可以管控印刷的偏移量，但是錫膏印刷的偏移量其實(shí)也受很多因素影響，除了鋼板及印刷機(jī)的精準(zhǔn)度之外，最大的因素就是拼板及板材熱脹縮所造成的偏移量了，板材的質(zhì)量可是一分錢一分貨的。

總之，機(jī)器就是機(jī)器，人還是關(guān)鍵，SPI就是一套工具，運(yùn)用得好可以幫忙提升產(chǎn)品品質(zhì)，進(jìn)而提高生產(chǎn)量降低成本，如果只是擺在那里，遇到警報(bào)就按掉繼續(xù)，那SPI只會(huì)影響產(chǎn)出，SPI發(fā)出警報(bào)，就必須排查板子的印刷質(zhì)量，將不良率降到最低。