SMT 제조에서 3D SPI 기술의 핵심 역할 및 지능형 적용: SMT 수율 향상을 위한 궁극적인 솔루션
초록
전자 제조 산업에서 제품이 고밀도화 및 소형화됨에 따라 SMT(표면 실장 기술)에서 솔더 페이스트 인쇄 품질이 최종 제품의 신뢰성을 직접적으로 결정합니다. 3D SPI(3차원 솔더 페이스트 검사) 기술은 고정밀 감지 능력을 갖추고 있어 SMT 공정에서 필수적인 품질 관리 방법이 되었습니다. 이 기사에서는 3D SPI의 기술 원리, 핵심 기능, 지능형 응용 프로그램, 그리고 전후 공정과의 상호 작용을 자세히 살펴보고, 3D SPI를 통해 생산 효율성을 높이고 재작업 비용을 줄이는 방법에 대한 포괄적인 이해를 돕습니다. 또한 AI와 Industry 4.0의 통합에 대한 미래 개발 추세를 전망합니다.
1. 3D SPI 기술: SMT 제조의 품질 수호자
SMT 생산 공정에서 불량의 74%는 솔더 페이스트 인쇄 문제에서 비롯됩니다. 기존 2D SPI는 평면 결함만 감지할 수 있는 반면, 3D SPI는 3차원 이미징 기술을 통해 솔더 페이스트의 부피, 높이, 모양과 같은 주요 매개변수를 정확하게 측정하여 결함 감지율을 크게 향상시킵니다.
1.1 레이저 삼각 측량법
초기 3D SPI는 레이저 삼각 측량법을 채택했습니다. 레이저를 솔더 페이스트 표면에 투사하고 CCD 카메라를 사용하여 반사된 광점을 캡처함으로써 삼각 기하학적 관계와 결합하여 높이를 계산했습니다. 이 방법은 단일 지점의 높이만 측정할 수 있으며 효율성이 상대적으로 낮습니다.
객체에 조명된 이미지 점 A와 기준점 O를 기반으로 객체의 각 지점에서 이 기준점까지의 2D 이미지 거리 L을 계산합니다. 삼각법의 원리에 따라 2D 이미지 거리 L을 사용하여 객체의 높이 H를 변환합니다.
1.2 다중 라인 레이저 스캔 기술
감지 속도를 향상시키기 위해 업계에서는 여러 지점의 높이를 동시에 측정할 수 있는 다중 라인 레이저 스캔 기술을 도입했습니다. 그러나 여전히 다음과 같은 제한 사항이 있습니다.
- 레이저 조사 지점만 정확하게 측정할 수 있으며, 나머지 영역은 맞추고 추정해야 하므로 정확도에 영향을 미칩니다.
- 객체 표면의 반사로 인해 PCB를 샌드 블라스팅해야 합니다(실제 생산에서는 불가능).
1.3 Shenzhou Vision의 ALeader 구조광 3D 기술(PMP)
현재 주류 3D SPI는 위상 측정 프로파일로메트리(PMP), 즉 구조광 3D 기술을 채택합니다. 원리는 다음과 같습니다.
- 투사 격자(정현파 격자)가 PCB 표면을 조명하여 밝고 어두운 교대 광학 줄무늬를 형성합니다.
- 카메라는 변형된 줄무늬를 캡처하고 위상 변화를 통해 높이 정보를 계산합니다.
- 그림자 영역의 오류를 제거하고 측정 정확도를 향상시키기 위해 이중 투사 격자 기술이 채택되었습니다.
(단일 투사 vs 이중 투사는 서로 보완 가능)
레이저 스캔과 비교하여 PMP 기술은 다음과 같은 장점이 있습니다.
- ✔ 전장 커버리지, 사각 지대 감지 없음
- ✔ PCB 색상 및 반사 간섭에 강함
- ✔ 고밀도, 마이크로 패드(예: 01005 부품)에 적합
2. ALeader 3D SPI의 핵심 기능 및 응용
2.1 고정밀 감지 능력
- 부피, 면적 및 높이 측정: 부피, 면적, 높이, 오프셋, 주석 부족, 과도한 주석, 연속 주석, 주석 팁, 금속 핑거, 오염, 적색 접착제 공정 및 기타 외관 결함
- 간섭 방지 능력: PCB 휨을 자동으로 보상하고 다양한 색상(녹색, 빨간색, 검정색 등)의 PCB에 적응합니다.
3D SPI는 추가 작업 없이 보드 휨을 자동으로 보상하는 기능을 가져야 합니다.
3D SPI는 모든 색상의 PCB에서 동일한 성능 수준을 보장해야 합니다.
- 다중 MARK 포인트 인식: 원형, 십자형, 직사각형과 같은 비표준 MARK 포인트 위치 지정을 지원합니다.
2.2 지능형 데이터 분석 및 공정 최적화
- 높이 분포 맵: 솔더 페이스트의 높이 분포를 시각화하고 결함 영역(예: 고르지 않은 스크레이퍼 압력, 스틸 메쉬 문제 등)을 빠르게 찾습니다.
- Cpk 추세 모니터링: 실시간 통계적 공정 관리(SPC), 인쇄 안정성 분석.
- 조기 경보 기능: 중요한 결함이 지속적으로 발생하면 자동으로 경보를 울리고 공정 매개변수를 미리 조정합니다. 제어 지점이 설정된 값 범위의 동일한 측면에 지속적으로 나타나면 솔더 페이스트 인쇄에 결함이 발생하려는 것으로 간주할 수 있습니다. 이 시점에서 3D SPI는 프롬프트 및 경고를 시작해야 합니다.
2.3 자동 프로그래밍 및 빠른 라인 변경
- Gerber/CAD 가져오기: 자동 프로그래밍이 5분 이내에 완료되어 작업자에 대한 의존도를 줄입니다.
- 스텝 스틸 메쉬 검사: 특수 패드(예: BGA)에 대한 독립적인 매개변수 설정을 지원합니다.
3. ALeasder 3D SPI와 지능형 제조 간의 데이터 연계
3.1 인쇄기와 폐쇄 루프 피드백
- 인쇄 누락 또는 과도한 주석이 감지되면 자동으로 인쇄기에 피드백하여 스크레이퍼의 압력을 조정하거나 스틸 메쉬를 청소합니다.
- Bad Mark 보드를 식별하고, 표면 실장 기술(SMT) 기계에 결함이 있는 보드 위치를 건너뛰도록 알리고 생산 효율성을 향상시킵니다.
3.2 AOI와의 협업 감지
- 3D SPI의 중요한 데이터를 용광로 전후 AOI로 전송하여 주요 재검사를 수행할 수 있습니다.
- 3점 정렬 기능(3D SPI + 용광로 전 AOI + 용광로 후 AOI)은 결함의 근본 원인을 추적하는 데 도움이 됩니다.
내장된 SPC 시스템은 세 단계에서 감지된 데이터와 이미지를 통합하여 엔지니어가 어떤 단계에서 문제가 발생했고 무엇이 문제를 일으켰는지 파악하는 데 도움을 줍니다.
3.3 IPC-CFX 표준 준수
IPC-CFX 통신 프로토콜을 기반으로 장치 간의 데이터 상호 통신을 통해 스마트 팩토리 구축을 용이하게 합니다.
4. 미래 개발 동향
- AI 기반 지능형 감지: 딥 러닝을 결합하여 결함 분류를 최적화하고 오경보율을 줄입니다.
- 실시간 적응형 조정: 인쇄기 및 리플로우 솔더링과 동적 폐쇄 루프 제어를 형성합니다.
- 5G+ 산업 인터넷: 원격 모니터링 및 빅 데이터 분석을 활성화하고 예측 유지 관리 기능을 향상시킵니다.
결론
3D SPI 기술은 SMT 지능형 제조의 핵심 링크가 되었습니다. Shenzhou Vision의 ALeader는 고정밀 감지 알고리즘, 지능형 데이터 분석 및 장비 상호 연결 기능을 통해 생산 수율과 효율성을 크게 향상시켰습니다. 앞으로 AI와 Industry 4.0의 심층적인 통합을 통해 3D SPI는 전자 제조를 "제로 결함" 목표로 더욱 추진하고 기업이 지능형 업그레이드를 달성하도록 도울 것입니다.
