Die Schlüsselrolle und intelligente Anwendung der 3D-SPI-Technologie in der SMT-Fertigung: Die ultimative Lösung zur Verbesserung

In der Elektronikfertigungsindustrie, in der Produkte in Richtung hoher Dichte und Miniaturisierung tendieren, bestimmt die Qualität des Lotpastendrucks in der SMT (Surface Mount Technology) direkt die Zuverlässigkeit des Endprodukts. Die 3D-SPI-Technologie (Three-dimensional Solder Paste Inspection) hat sich mit ihrer hochpräzisen Detektionsfähigkeit zu einer unverzichtbaren Qualitätskontrollmethode im SMT-Prozess entwickelt. Dieser Artikel befasst sich eingehend mit den technischen Prinzipien, Kernfunktionen und intelligenten Anwendungen von 3D-SPI sowie deren Zusammenspiel mit den vor- und nachgelagerten Prozessen. Er hilft Ihnen, ein umfassendes Verständnis dafür zu erlangen, wie Sie die Produktionseffizienz steigern und Nacharbeitskosten durch 3D-SPI senken können. Außerdem wirft er einen Blick auf die zukünftige Entwicklungstendenz der Integration von KI und Industrie 4.0.

Im SMT-Produktionsprozess entstehen 74 % der Defekte durch Probleme beim Lotpastendruck. Traditionelles 2D-SPI kann nur planare Defekte erkennen, während 3D-SPI durch dreidimensionale Bildgebungstechnologie wichtige Parameter wie Volumen, Höhe und Form der Lotpaste präzise messen kann, wodurch die Defekterkennungsrate erheblich verbessert wird.

Frühes 3D-SPI verwendete das Lasertriangulationsverfahren. Durch Projizieren eines Lasers auf die Lotpastenoberfläche und Verwenden einer CCD-Kamera zum Erfassen des reflektierten Lichtpunkts wurde die Höhe in Kombination mit dem dreieckigen geometrischen Verhältnis berechnet. Diese Methode kann nur die Höhe eines einzelnen Punkts messen und hat eine relativ geringe Effizienz.

Basierend auf dem Bildpunkt A und dem Referenzpunkt O, die auf dem Objekt beleuchtet werden, berechnen Sie die 2D-Bildentfernung L von jedem Punkt auf dem Objekt zu diesem Referenzpunkt. Gemäß dem Prinzip der Trigonometrie wandeln Sie die Höhe H des Objekts mithilfe der 2D-Bildentfernung L um.

Um die Erkennungsgeschwindigkeit zu erhöhen, hat die Industrie die Multi-Linien-Laser-Scanning-Technologie eingeführt, die gleichzeitig die Höhe mehrerer Punkte messen kann. Sie hat jedoch immer noch die folgenden Einschränkungen:

• Nur der Laserbestrahlungspunkt kann präzise gemessen werden, während der Rest des Bereichs angepasst und geschätzt werden muss, was die Genauigkeit beeinträchtigt.
• Aufgrund der Reflexion auf der Oberfläche des Objekts muss die Leiterplatte sandgestrahlt werden (was in der tatsächlichen Produktion nicht machbar ist).

Gegenwärtig verwendet das Mainstream-3D-SPI die Phasenmessprofilometrie (PMP), nämlich die strukturierte Licht-3D-Technologie. Das Prinzip ist wie folgt:

• Das Projektionsgitter (sinusförmiges Gitter) beleuchtet die Oberfläche der Leiterplatte und bildet abwechselnde optische Streifen aus Licht und Dunkelheit.
• Die Kamera erfasst die verformten Streifen und berechnet die Höheninformationen durch Phasenänderungen.
• Die Doppelprojektionsgittertechnologie wird verwendet, um den Fehler im Schattenbereich zu eliminieren und die Messgenauigkeit zu verbessern.

(Einzelprojektion mit Schatten vs. Doppelprojektion können sich gegenseitig ergänzen)

Im Vergleich zum Laserscannen hat die PMP-Technologie die folgenden Vorteile:

• ✔ Vollfeldabdeckung, keine Totpunkterkennung
• ✔ Beständig gegen Leiterplattenfarbe und Reflexionsstörungen
• ✔ Geeignet für hochdichte, Mikro-Pads (z. B. 01005-Komponenten)

• Volumen-, Flächen- und Höhenmessung: Volumen, Fläche, Höhe, Versatz, unzureichendes Zinn, übermäßiges Zinn, kontinuierliches Zinn, Zinnschicht, Goldfinger, Kontamination, Rotklebeprozess und andere Erscheinungsdefekte
• Störfestigkeit: Kompensiert automatisch Leiterplattenverformungen und PASST sich an Leiterplatten unterschiedlicher Farben (grün, rot, schwarz usw.) an.

Das 3D-SPI sollte die Funktion haben, Leiterplattenbiegungen ohne zusätzliche Bedienung automatisch zu kompensieren

3D-SPI sollte das gleiche Leistungsniveau auf Leiterplatten jeder Farbe gewährleisten

• Mehrfach-MARK-Punkt-Erkennung: Unterstützt nicht standardmäßige MARK-Punkt-Positionierung wie kreisförmige, kreuzförmige und rechteckige Punkte.

• Höhenverteilungskarte: Visualisieren Sie die Höhenverteilung der Lotpaste und lokalisieren Sie schnell fehlerhafte Bereiche (z. B. ungleichmäßiger Rakeldruck, Probleme mit der Stahlschablone usw.).
• Cpk-Trendüberwachung: Echtzeit-Statistische Prozesskontrolle (SPC), Analyse der Druckstabilität.
• Frühwarnfunktion: Alarmieren Sie automatisch, wenn kritische Defekte kontinuierlich auftreten, und passen Sie die Prozessparameter im Voraus an. Wenn Kontrollpunkte kontinuierlich auf derselben Seite des Sollwertbereichs erscheinen, kann davon ausgegangen werden, dass Defekte beim Lotpastendruck kurz bevorstehen. An diesem Punkt sollte 3D-SPI beginnen, dies anzuzeigen und zu warnen.

• Gerber/CAD-Import: Die automatische Programmierung ist innerhalb von 5 Minuten abgeschlossen, wodurch die Abhängigkeit von Bedienern verringert wird.
• Stahlschabloneninspektion: Unterstützt unabhängige Parametereinstellungen für spezielle Pads (z. B. BGA).

• Wenn Fehldrucke oder übermäßiges Zinn erkannt werden, wird automatisch an die Druckmaschine zurückgemeldet, um den Druck des Rakels anzupassen oder die Stahlschablone zu reinigen.
• Identifizieren Sie die fehlerhafte MARK-Platine, benachrichtigen Sie die SMT-Maschine (Surface Mount Technology), die fehlerhaften Platinenpositionen zu überspringen, und verbessern Sie die Produktionseffizienz.

• Die kritischen Daten von 3D-SPI können vor oder nach dem Ofen an die AOI übertragen werden, um eine Schlüsselnachprüfung zu erreichen.
• Die Drei-Punkt-Ausrichtungsfunktion (3D-SPI + Vorofen-AOI + Nachofen-AOI) hilft, die Ursache von Defekten zu ermitteln.

Das integrierte SPC-System kann die in den drei Phasen erfassten Daten und Bilder integrieren und so die Kommunikation mit Ingenieuren erleichtern, um festzustellen, welche Phase schief gelaufen ist und was das Problem verursacht hat.

Basierend auf dem IPC-CFX-Kommunikationsprotokoll wird der Datenaustausch zwischen den Geräten ermöglicht, was den Aufbau intelligenter Fabriken erleichtert.

• KI-gesteuerte intelligente Erkennung: Kombination von Deep Learning zur Optimierung der Defektklassifizierung und zur Reduzierung der Fehlalarmraten.
• Echtzeit-adaptive Anpassung: Bildet eine dynamische geschlossene Regelung mit der Druckmaschine und dem Reflow-Löten.
• 5G + Industrial Internet: Ermöglichen von Fernüberwachung und Big-Data-Analyse sowie Verbesserung der vorausschauenden Wartungsfähigkeiten.

Die 3D-SPI-Technologie ist zu einem Kernbestandteil der intelligenten SMT-Fertigung geworden. ALeader von Shenzhou Vision hat mit seinen hochpräzisen Erkennungsalgorithmen, der intelligenten Datenanalyse und den Geräteverbindungsfähigkeiten die Produktionsausbeute und -effizienz erheblich verbessert. In Zukunft wird 3D-SPI durch die tiefe Integration von KI und Industrie 4.0 die Elektronikfertigung weiter in Richtung des Ziels „Null Defekt“ vorantreiben und Unternehmen dabei helfen, intelligente Upgrades zu erreichen.