SMT製造における3D SPI技術の重要な役割とインテリジェントな応用：SMT歩留まりを向上させる究極のソリューション
概要
電子機器製造業界において、製品が高密度化、小型化するにつれて、SMT（表面実装技術）におけるはんだペースト印刷の品質が最終製品の信頼性を直接的に決定します。3D SPI（三次元はんだペースト検査）技術は、その高精度な検出能力により、SMTプロセスにおいて不可欠な品質管理方法となっています。この記事では、3D SPIの技術的原理、主要機能、インテリジェントな応用、および前後のプロセスとの相互作用について深く掘り下げ、3D SPIを通じて生産効率を向上させ、手直しコストを削減する方法を包括的に理解するのに役立ちます。また、AIとインダストリー4.0の統合の将来的な発展傾向についても考察します。
1. 3D SPI技術：SMT製造における品質の守護者
SMT生産プロセスにおいて、不良の74%ははんだペースト印刷の問題に起因します。従来の2D SPIは平面的な欠陥しか検出できませんが、3D SPIは三次元画像技術を通じて、はんだペーストの体積、高さ、形状などの主要パラメータを正確に測定でき、欠陥検出率を大幅に向上させます。
1.1 レーザ三角測量法
初期の3D SPIはレーザ三角測量法を採用していました。レーザをはんだペースト表面に照射し、CCDカメラで反射光スポットを捉えることで、三角幾何学的な関係と組み合わせて高さを計算していました。この方法は、単一点の高さしか測定できず、効率が比較的低いという欠点がありました。
物体上の画像点Aと基準点Oに基づいて、物体上の各点からこの基準点までの2D画像距離Lを計算します。三角法の原理に従い、2D画像距離Lを使用して物体の高さHを変換します。
1.2 マルチラインレーザースキャン技術
検出速度を向上させるために、業界ではマルチラインレーザースキャン技術が導入され、複数の点の高さを同時に測定できるようになりました。しかし、以下の制限事項がまだ存在します。
- レーザー照射点のみを正確に測定でき、残りの領域はフィッティングと推定が必要であり、精度に影響します。
- 物体の表面での反射により、PCBをサンドブラストする必要があります（実際の生産では実現できません）。
1.3 Shenzhou VisionのALeader構造化光3D技術（PMP）
現在、主流の3D SPIは、位相測定プロフィロメトリー（PMP）、つまり構造化光3D技術を採用しています。その原理は以下のとおりです。
- 投影格子（正弦波格子）がPCBの表面を照らし、明暗の交互の光学ストライプを形成します。
- カメラが変形したストライプを捉え、位相変化を通じて高さ情報を計算します。
- ダブルプロジェクション格子技術を採用し、影領域のエラーを排除し、測定精度を向上させます。
（単一投影と影 vs 二重投影は相互に補完できます）
レーザースキャンと比較して、PMP技術には以下の利点があります。
- ✔ 全視野カバレッジ、死角のない検出
- ✔ PCBの色や反射による干渉に強い
- ✔ 高密度、マイクロパッド（01005コンポーネントなど）に適しています
2. ALeader 3D SPIの主要機能と応用
2.1 高精度な検出能力
- 体積、面積、高さの測定： 体積、面積、高さ、オフセット、錫不足、錫過多、連続錫、錫チップ、金メッキフィンガー、汚染、赤色接着剤プロセスおよびその他の外観欠陥
- 耐干渉能力： PCBの反りを自動的に補正し、さまざまな色（緑、赤、黒など）のPCBに対応します。
3D SPIは、追加の操作なしで基板の曲がりを自動的に補正する機能を持っている必要があります
3D SPIは、あらゆる色のPCBで同じ性能レベルを確保する必要があります
- 複数のMARKポイント認識： 円形、十字型、長方形などの非標準MARKポイント位置決めをサポートします。
2.2 インテリジェントなデータ分析とプロセス最適化
- 高さ分布マップ： はんだペーストの高さ分布を可視化し、不良領域（スクレーパー圧力の不均一性、鋼板の問題など）を迅速に特定します。
- Cpkトレンドモニタリング： リアルタイムの統計的プロセス制御（SPC）により、印刷の安定性を分析します。
- 早期警告機能： 重大な欠陥が連続して発生した場合に自動的にアラームを発し、事前にプロセスパラメータを調整します。制御点が設定値範囲の同じ側に連続して現れる場合、はんだペースト印刷に欠陥が発生し始めていると見なすことができます。この時点で、3D SPIはプロンプトと警告を開始する必要があります。
2.3 自動プログラミングと迅速なライン変更
- Gerber/CADインポート： 自動プログラミングは5分以内に完了し、オペレーターへの依存を軽減します。
- ステップ鋼板検査： 特殊パッド（BGAなど）の独立したパラメータ設定をサポートします。
3. ALeasder 3D SPIとインテリジェント製造間のデータ連携
3.1 印刷機とのクローズドループフィードバック
- 印刷ミスや錫過多が検出された場合、印刷機に自動的にフィードバックし、スクレーパーの圧力を調整したり、鋼板を清掃したりします。
- 不良MARK基板を特定し、表面実装技術（SMT）マシンに不良基板の位置をスキップするように通知し、生産効率を向上させます。
3.2 AOIとの協調検出
- 3D SPIの重要なデータを、炉の前または後にAOIに送信して、重要な再検査を実現できます。
- 三点アライメント機能（3D SPI + 炉前AOI + 炉後AOI）は、欠陥の根本原因を追跡するのに役立ちます。
内蔵のSPCシステムは、3つの段階で検出されたデータと画像を統合し、エンジニアとのコミュニケーションを容易にし、どの段階で問題が発生し、何が原因で問題が発生したかを特定します。
3.3 IPC-CFX規格への準拠
IPC-CFX通信プロトコルに基づいて、デバイス間のデータ相互通信を実現し、スマートファクトリーの構築を促進します。
4. 将来の発展傾向
- AIを活用したインテリジェント検出： ディープラーニングを組み合わせて欠陥分類を最適化し、誤警報率を削減します。
- リアルタイム適応調整： 印刷機およびリフローはんだ付けとの動的なクローズドループ制御を形成します。
- 5G + インダストリアルインターネット： リモートモニタリングとビッグデータ分析を可能にし、予測保全能力を強化します。
結論
3D SPI技術は、SMTインテリジェント製造における中核的なリンクとなっています。Shenzhou VisionのALeaderは、その高精度な検出アルゴリズム、インテリジェントなデータ分析、および機器相互接続機能により、生産歩留まりと効率を大幅に向上させています。将来的には、AIとインダストリー4.0の深い統合により、3D SPIは電子機器製造を「ゼロ欠陥」の目標に向けてさらに推進し、企業がインテリジェントなアップグレードを達成するのに役立ちます。
