Deutsch Anzahl Durchsuchen:0 Autor:Mark veröffentlichen Zeit: 2025-12-10 Herkunft:Powered
In der modernen SMT-Produktion beweist der Complete Guide to SPI Machines immer wieder eine unumstößliche Regel: SPI steht immer vor AOI. Eine falsche Bestellung ist der teuerste Fehler, den eine Fabrik machen kann, denn 55–70 % aller Reflow-Fehler beginnen beim Lotpastendruck – lange bevor die Komponenten platziert werden.
Heutige PCBs tragen routinemäßig 01005-Widerstände, 0,3 mm Rastermaß BGA und mehrschichtige gestapelte Gehäuse. Ein Lotpastenauftrag, der nur 10 µm zu niedrig ist, kann nach dem Reflow zu einer offenen Verbindung führen, während 5 µm zu viel zu einer Brücke unter einem 0,4 mm QFN führen kann. Diese Toleranzen liegen weit über dem, was das menschliche Auge oder herkömmliche 2D-Kameras zuverlässig erfassen können, weshalb die automatisierte 3D-Inspektion in der modernen Elektronikfertigung nicht mehr verhandelbar ist.
Viele Ingenieure und Manager haben Produktionslinien geerbt, die vor 10–15 Jahren gebaut wurden, als AOI die einzige verfügbare automatisierte Inspektion war. Diese Linien funktionieren (irgendwie) immer noch, daher stellt sich natürlich die Frage: „Wenn AOI sich bereits die fertige Platine ansieht, brauchen wir dann wirklich eine weitere Maschine früher in der Linie?“ Unterdessen beobachten jüngere Prozessingenieure, die in Six-Sigma und CpK geschult wurden, Monat für Monat dieselben Druckfehler, die sich wiederholen, und fragen sich, warum die Fabrik Tausende für Nacharbeiten ausgibt, anstatt das Problem an der Quelle zu verhindern.
SPI ( Lötpasteninspektion ) wird unmittelbar nach dem Schablonendrucker und vor der ersten Bestückungsmaschine installiert. Mithilfe von strukturiertem Licht oder Laser wird eine echte 3D-Karte jedes einzelnen Lotpastenauftrags erstellt. Innerhalb von Sekunden misst es Volumen (nL), Höhe (µm), Fläche (mm²), X/Y-Position und Form für jedes Pad auf der Platine. Wenn etwas außerhalb der Toleranz liegt, wird die Platine abgelehnt oder der Drucker erhält eine Korrektur in Echtzeit, bevor die nächste Platine gedruckt wird.
AOI ( Automatisierte optische Inspektion ) sitzt hinter dem Reflow-Ofen. Es werden hochauflösende 2D- oder 3D-Farbbilder der fertig montierten Platine erstellt. Es prüft auf fehlende Teile, falsche Teile, umgekehrte Polarität, Tombstoning, abgehobene Leitungen, unzureichendes Lot, Brücken und sichtbare Benetzungsprobleme. Da das Lot bereits geschmolzen ist, kann AOI nur sagen, was schief gelaufen ist – es kann nicht verhindern, dass der Defekt überhaupt auftritt.
SPI ist eine vorbeugende Medizin: Es verhindert, dass schlechte Lotpaste jemals auf ein Bauteil trifft. AOI ist die Autopsie: Sie verrät Ihnen, welche Bretter bereits tot sind oder im Sterben liegen. Das eine spart Ihnen im Vorfeld Geld, das andere bewahrt Ihren Kunden davor, im Nachhinein ein schlechtes Produkt zu erhalten. Beides ist wichtig, aber nicht austauschbar.
Viele ältere Fabriken für Unterhaltungselektronik betreiben immer noch reine AOI-Linien, weil „wir es schon immer so gemacht haben“. Diese Linien produzieren typischerweise einfache doppelseitige Platinen mit 0603/0402-Komponenten und einem Rastermaß von 0,5 mm+. Der Druck gilt als stabil genug, Nacharbeiten sind kostengünstig und das Management hasst es, neue Maschinen hinzuzufügen. Das Ergebnis ist für kostengünstige Produkte akzeptabel, die Fehlerquote liegt jedoch ruhig bei 500–2000 ppm.
Prozessorientierte Ingenieure – insbesondere in der Automobil-, Medizin- und Telekommunikationsbranche – betrachten den Lotpastendruck als den kritischsten und variabelsten Schritt in der gesamten Produktionslinie. Sie wissen, dass, wenn die Paste einmal falsch ist, keine noch so perfekte Platzierung oder ein perfektes Reflow-Profil die Verbindung retten kann. Ihr Mantra lautet: „Messen und korrigieren Sie die Paste, bevor Sie Geld dafür ausgeben, teure Komponenten darauf zu platzieren.“
Führende Vertragshersteller und OEMs behandeln SPI + AOI jetzt genauso wie Drucker + Pick-and-Place: Ohne beides kann man einfach keine seriöse Linie aufbauen. Die Investition ist gerechtfertigt, da die Erstausbeute regelmäßig über 99,5 % liegt und die Nacharbeitskosten um 60–80 % sinken. In diesen Fabriken geht es nicht mehr um „SPI oder AOI?“, sondern um „Welches SPI-Modell bietet uns den schnellsten ROI?“
IPC-7912 , iNEMI und Dutzende unabhängiger Studien der letzten 15 Jahre zeigen durchweg die gleiche Aufschlüsselung: 55–70 % aller Montagefehler sind auf den Lotpastendruck zurückzuführen, 10–15 % auf die Platzierung, 10–15 % auf Reflow und der Rest auf alles andere. Selbst eine perfekt abgestimmte Bestückungsmaschine kann ein schlechtes Pastenvolumen oder einen schlechten Versatz nicht beheben.
Die Behebung eines Druckfehlers bei SPI kostet praktisch nichts – die Platine wird einfach gereinigt und neu bedruckt. Die Behebung desselben Defekts bei AOI nach dem Reflow erfordert manuelle Nachbesserung, eventuelle Komponentenentfernung, Röntgenprüfung und erneutes Reflow – leicht 20- bis 50-mal teurer. Wenn der Defekt dem Kunden auffällt, können die Kosten für Garantieansprüche und Reputationsverluste auf Hunderte oder Tausende von Dollar pro Platine ansteigen.
Zu wenig Paste → unzureichende Kehlhöhe → offene oder schwache Verbindung. Zu viel Paste → überschüssige Lotkugeln oder -brücken unter Fine-Pitch-Geräten. Pastenversatz um 50 µm → Tombstoning auf kleinen Chipbauteilen. Höhenvariation → Hohlräume in BGA-Kugeln, die AOI nicht sehen kann, aber mit Röntgenstrahlen später entdeckt werden. Jeder dieser Fehler ist anhand der 3D-Einfügedaten, die nur SPI bereitstellt, zu 100 % vorhersehbar.
SPI wird ausgeführt, bevor eine Komponente platziert wird. Daher kann nicht festgestellt werden, ob die Bestückungsmaschine später die falsche Rolle ergriffen oder ein Teil vollständig übersprungen hat. Auch Polaritätsfehler an polarisierten Kondensatoren oder Dioden sind für SPI unsichtbar, da die Paste unabhängig von der Ausrichtung identisch aussieht.
Selbst bei perfekter Paste kann eine Düse ein Teil 100 µm über das Pad hinauswerfen, oder eine ungleichmäßige Erwärmung kann beim Reflow zu Tombstoning führen. Diese mechanischen Erschütterungen oder ein schlechtes Vakuum können dazu führen, dass ein Kabel an einem QFP angehoben wird. SPI sieht nichts davon, da sie lange nach dem Inspektionsfenster auftreten.
Kopf-in-Kissen, Nichtbenetzung, Entnetzung und einige Arten von Hohlräumen werden erst sichtbar, nachdem das Lot geschmolzen und abgekühlt ist. Die Farbkameras und die Winkelbeleuchtung von AOI sind speziell darauf ausgelegt, diese oberflächlichen Probleme zu erfassen, die SPI nie zu sehen bekommt.
Die einzige Sequenz, die heute von Weltklasse-Fabriken verwendet wird, ist: Schablonendrucker → SPI → Hochgeschwindigkeits-Chip-Shooter → flexibler Placer → Reflow-Ofen → AOI → (optional Röntgen oder IKT ). Diese Reihenfolge ist nicht willkürlich. Es folgt dem natürlichen Zeitplan für die Entstehung von Fehlern: Zuerst Druckprobleme verhindern, dann Platzierungsprobleme verhindern und dann das Endergebnis nach dem Löten überprüfen. Das Umkehren eines Schritts erhöht das Nacharbeits- und Fehlerrisiko erheblich.
Moderne SPI-Systeme wie der I.C.T-S510 und der I.C.T-S1200 senden Echtzeit-Offset- und Volumendaten zurück an den Drucker (Regelung). Der Drucker passt den Rakeldruck, die Geschwindigkeit oder die Häufigkeit der Schablonenreinigung auf der nächsten Platte automatisch an. Innerhalb von 3–5 Boards pendelt sich der Prozess typischerweise auf einen CpK > 1,67 ein. Sobald der Druckvorgang abgeschlossen ist, erhalten die Pick-and-Place-Maschinen jedes Mal perfekte Pads, wodurch die Anzahl der platzierungsbezogenen Alarme im weiteren Verlauf drastisch reduziert wird.
Da das Drucken bereits unter Kontrolle ist, wird die Arbeit von AOI viel einfacher und genauer. Falschmeldungen gehen um 60–80 % zurück, da AOI nicht mehr raten muss, ob eine randständige Lötstelle durch schlechte Paste oder schlechte Platzierung verursacht wird. AOI kann sich nun auf echte Platzierungsfehler und Post-Reflow-Probleme konzentrieren und wird so zu einem echten letzten Gatekeeper statt zu einer Sammelstation für die Fehlerbehebung.
Doppelseitige Verbraucherplatinen mit 0603- und größeren Teilen, einem Rastermaß von ≥ 0,5 mm, sehr stabiler Schablone und Paste, geringem Mix bei hohen Auflagen und lockeren Qualitätszielen (≤ 1000 ppm) können manchmal mit AOI allein überleben. Nacharbeiten sind kostengünstig, Ausfälle vor Ort sind selten und das Management akzeptiert gelegentliche Nachbesserungsstationen. Diese Linien werden von Jahr zu Jahr seltener, aber in kostengetriebenen Märkten gibt es sie immer noch.
Automobilelektronik ( AEC-Q100/104 ), medizinische Geräte ( ISO 13485 ), Luft- und Raumfahrt/Militär (IPC-Klasse 3), 5G-Infrastruktur, Server-Motherboards, alles mit 01005/008004-Komponenten, ≤ 0,4 mm Rastermaß BGA oder unten abgeschlossene Pakete erfordern alle 3D SPI. Null-Fehler-Richtlinien und Garantiekosten in Höhe von Tausenden von Dollar pro Platine lassen keinen Raum für „Wir kriegen es bei AOI.“
Sogar Fabriken mit knappem Kapital können SPI zuerst rechtfertigen. Die typische Amortisationszeit liegt bei 6–12 Monaten allein durch Ausschussreduzierung, Einsparungen bei der Nacharbeit und Ertragsverbesserung. Viele Kunden berichten, dass durch die Einführung von SPI ihre AOI-Nacharbeitsstationen von drei Schichten auf eine Schicht reduziert wurden und die Kundenretouren um 90 % zurückgingen. Die Rechnung ist einfach: Die Vermeidung einer defekten Palette Automobil-PCB zahlt sich für die gesamte SPI-Maschine aus.
2D SPI misst nur die Fläche und kann durch Variationen der Pastenhöhe getäuscht werden. Echtes 3D SPI (Phasenverschiebungs-Moiré oder Dual-Laser-Triangulation) misst das tatsächliche Volumen und die tatsächliche Höhe mit einer Auflösung von ≤ 1 µm. Für alles, was kleiner als 0402 oder 0,5 mm ist, ist 2D veraltet und führt zu übermäßig vielen Fehlausschüssen oder Fehlern.
Achten Sie auf eine Höhenauflösung von ≥ 2 µm, einen GR&R < 10 % bei 6σ und eine Inspektionszeit von ≤ 12 Sekunden für ein typisches Smartphone PCB. Der I.C.T-S510 erreicht 8–10 Sekunden pro Platine bei einer Auflösung von 1 µm, während der größere I.C.T-S1200 600 × 600 mm große Panels in weniger als 20 Sekunden mit der gleichen Präzision verarbeitet.
Moderne SPI müssen Gerber- und CAD-Daten direkt importieren, Inspektionsprogramme in wenigen Minuten automatisch generieren, CpK-Diagramme in Echtzeit anzeigen und Korrekturwerte automatisch an DEK-/Minami-/Panasonic-/GKG-Drucker zurücksenden. Ohne diese Funktionen kaufen Sie die Technologie von gestern.
Wählen Sie Geräte mit vollautomatischer Glasplattenkalibrierung (30-Sekunden-Tagesroutine), temperaturkompensierter Optik und versiegelten Projektionseinheiten. Sowohl der I.C.T-S510 als auch der I.C.T-S1200 verfügen über diese Funktionen und gewährleisten Jahr für Jahr eine Wiederholgenauigkeit von < 1 µm bei minimalem Bedienereingriff.
Nein. AOI prüft nach dem Reflow, wenn der Schaden bereits angerichtet ist. Es kann weder das Volumen noch die Höhe der Lotpaste messen, bevor die Komponenten platziert werden, und kann daher Kaltverbindungen, Brücken oder Hohlräume, die durch Druckfehler verursacht werden, nicht verhindern.
Bei 0402- und größeren Bauteilen mit einem Rastermaß von 0,5 mm+ kann 2D manchmal überleben. Für 0201, 01005, 0,4 mm oder feinere Teilung BGA liefert nur 3D SPI die von IPC-7095 und Automobilstandards geforderten Volumen- und Höhendaten.
Ja – typischerweise 60–80 %. Durch stabiles Drucken werden die zufälligen Volumenschwankungen beseitigt, die AOI-Algorithmen verwirren und Phantom-Lötstellendefekte erzeugen.
Moderne Systeme wie das I.C.T-S510 inspizieren ein typisches Smartphone PCB in 8–10 Sekunden und das I.C.T-S1200 verarbeitet große Panels in < 20 Sekunden. Diese Zeiten sind im Vergleich zu den Bestückungs- und Reflow-Zykluszeiten vernachlässigbar.
Ja. IPC-7095D (BGA) und die meisten Automobil-/medizinischen Qualitätsstandards schreiben effektiv 3D SPI vor, um Void-Raten < 25 % und eine zuverlässige Benetzung auf Ultra-Fine-Pitch-Geräten zu gewährleisten.
