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현대의 고밀도 SMT 생산에서 가장 비용이 많이 드는 실수는 솔더 페이스트 인쇄 단계에서 발생합니다. 그러나 대부분의 공장에서는 몇 시간 후 AOI 또는 기능 테스트에서 이러한 실수를 발견합니다. 라인에 이미 이러한 5가지 고전적인 경고 신호가 표시되어 있다면 SMT 라인에 '필요' SPI 만 있는 것이 아니라 어제 필요했습니다.
매일 아침 으로 걸어가 AOI 역 는데 동일한 빨간색 오류 메시지가 계속해서 표시된다고 상상해 보십시오: '납땜 부족,' '과도한 납땜' 또는 '브리징'. 이것은 불운이 아닙니다. 솔더 페이스트 인쇄 단계에 문제가 있다는 첫 번째 큰 경고 신호입니다.
AOI은 부품을 배치한 후 보드를 확인하는 기계이므로 솔더 페이스트 문제가 계속 발견된다는 것은 문제가 훨씬 일찍, 바로 프린터에서 시작되었음을 의미합니다. 대부분의 공장에서는 AOI이 모든 것을 잡을 것이라고 생각하지만 AOI가 문제를 발견할 때쯤에는 보드가 이미 배치를 거쳐 리플로우될 수도 있습니다.
이제 이를 고치는 데는 많은 시간과 비용이 소요됩니다. 반면에 SPI는 인쇄 직후, 구성 요소가 추가되기 전에 솔더 페이스트를 확인합니다. 이렇게 하면 불량 보드가 앞으로 나아갈 수 없으며 매일 재작업하는 데 드는 시간을 절약할 수 있습니다.
납땜이 부족하면 일부 패드에 페이스트가 너무 적어서 가열 후 구성 요소가 제대로 연결되지 않을 수 있음을 의미합니다. 과도한 납땜은 페이스트가 너무 많아 인근 패드 사이에 단락이 발생할 수 있음을 의미합니다.
한 보드에는 BGA 공에 필요한 페이스트가 60%만 들어 있는 반면, 다음 보드에는 같은 자리에 140%가 있을 수 있습니다. 이는 프린터가 매번 같은 양을 내려놓지 않기 때문에 발생합니다. 작업자는 종종 페이스트나 스텐실을 비난하지만 실제 원인은 대개 불안정한 압력이나 속도입니다.
측정하지 않으면 나중에 AOI에서만 발견할 수 있습니다. 인쇄 직후 간단한 SPI 확인을 통해 모든 단일 패드의 정확한 용량을 표시하고 문제를 즉시 중지할 수 있습니다.
페이스트 오프셋은 솔더 페이스트가 있어야 할 위치의 왼쪽이나 오른쪽에 약간 인쇄된다는 것을 의미합니다. 25미크론(머리카락보다 얇은)의 작은 변화라도 페이스트가 다음 패드에 닿아 브리지를 만들 수 있습니다. 브리징은 분리되어야 하는 핀 사이의 작은 은색 연결처럼 보입니다.
엔지니어들은 종종 '스텐실이 괜찮습니다' 또는 '배치가 원인이었습니다'라고 말하지만 대부분의 경우 프린터는 인쇄 중에 페이스트를 옮겼습니다. 랜덤 브리징은 0.5mm 또는 0.4mm 부품과 같은 미세 피치 부품에서 특히 일반적입니다.
AOI는 그것을 잡을 것이지만 보드는 이미 값비싼 칩으로 가득 차 있습니다. SPI는 모든 페이스트 침전물의 정확한 위치를 몇 초 안에 측정하므로 다음 보드가 시작되기 전에 프린터를 고칠 수 있습니다.
AOI 솔더 페이스트 문제로 인해 보드가 중지될 때마다 프린터는 다음과 같은 메시지를 보냅니다. '도움이 필요합니다!' IPC 및 SMT의 연구에 따르면 모든 솔더링 결함의 60%~74%가 인쇄 단계에서 시작됩니다.
이는 재작업 시간의 절반 이상이 SPI를 사용하여 10초 안에 해결할 수 있는 문제로 인해 발생한다는 의미입니다. 타이어가 펑크난 자동차와 같다고 생각하십시오. 충돌이 일어날 때까지 기다리지 않고 타이어를 점검할 필요가 없습니다. 지금은 AOI에서 타이어가 펑크 났다고 말하지만, 귀하는 여전히 운전 중입니다.
SPI 설치는 타이어 공기압 센서를 추가하는 것과 같습니다. 공기압이 떨어지는 순간 경고하므로 애초에 펑크가 나지 않습니다. SPI를 추가하는 공장은 일반적으로 첫 달에 페이스트 관련 결함을 70% 줄입니다.
엔지니어가 속도, 압력, 분리 거리 등 프린터 설정을 변경하는 데 매일 몇 시간을 소비하지만 품질이 여전히 높거나 낮은 경우 '설정' 문제가 없습니다. '데이터 없음' 문제가 있습니다. 실제 측정이 없으면 모든 조정은 단지 추측일 뿐입니다.
SPI은 모든 페이스트 침전물에 대한 선명한 3D 그림을 제공하므로 무엇을 얼마나 변경해야 하는지 정확히 알 수 있습니다. 이를 통해 몇 시간의 시행착오를 5분 안에 해결할 수 있습니다. 많은 공장에서는 SPI가 누락된 도구라는 사실을 깨닫기 전까지 수년 동안 이러한 좌절감을 안고 살아갑니다.
오전 근무에서는 불량률이 2%에 불과했지만 야간 근무에서는 갑자기 15%로 급증합니다. 기계 프로그램은 정확히 동일하고 스텐실은 동일하며 페이스트는 동일한 병에서 나옵니다. 유일한 차이점은 운영자입니다. 어떤 사람은 스퀴지를 좀 더 세게 누를 수도 있고, 다른 사람은 분리 속도를 조금 더 빠르게 설정할 수도 있습니다.
이러한 작은 차이로 인해 눈으로 볼 수 없는 큰 볼륨 변화가 발생합니다. 누가 '옳은'지 아무도 모르기 때문에 모두가 좌절감을 느낍니다. SPI는 모든 보드를 자동으로 측정하여 추측을 없애므로 누가 기계를 운영하든 관계없이 모든 교대조가 동일한 완벽한 인쇄물을 얻을 수 있습니다.
라인을 청소하고, 새로운 스텐실을 설치하고, 처음 몇 개의 보드를 실행했는데, 갑자기 AOI에 빨간색 오류가 가득 찼습니다. 작은 조리개에서는 볼륨이 20-30% 줄어들거나 이전에는 존재하지 않았던 브리지가 나타날 수 있습니다. 이는 모든 새로운 스텐실의 두께, 구멍 크기 또는 표면 마감이 조금씩 다르기 때문에 발생합니다.
측정하지 않으면 어제의 품질로 돌아가기 위해 설정을 조정하는 데 하루 종일 시간이 걸립니다. SPI는 스텐실 변경 후 첫 번째 보드를 스캔하고 어떤 조리개가 낮거나 높은지 정확하게 알려줍니다. 한 번의 현명한 조정만으로 생산을 계속할 수 있습니다. 보드 낭비도, 시간 낭비도 없습니다.
모든 게이지를 테이프로 덮은 채 비행기를 착륙시키려는 조종사를 상상해 보십시오. 이것이 바로 스퀴지 속도나 압력을 느낌만으로 조절할 때 일어나는 일입니다. 기분이 좋아지는 작은 변화가 실제로 패드 절반의 볼륨을 악화시킬 수 있습니다.
운영자는 하루 종일 설정을 변경해야 하며 품질은 결코 안정되지 않습니다. SPI은 조종석 대시보드입니다. 모든 패드의 높이, 부피 및 위치가 실시간으로 표시됩니다. 숫자를 보고 정확하게 한 가지만 변경하면 문제가 사라집니다. 데이터 기반 인쇄로 전환한 공장은 첫 주 이내에 안정적인 품질을 보고합니다.
BGA, QFN 및 01005와 같은 작은 구성 요소가 실패하기 시작하면 재작업 스테이션은 공장에서 가장 바쁜 장소가 됩니다. 불량 보드 하나를 고치는 데 수백, 수천 달러의 비용이 들 수 있으며, 고객은 지연에 대해 불평하기 시작합니다.
누구나 돈이 사라지는 것을 볼 수 있지만 대부분의 사람들은 여전히 리플로우나 배치를 비난합니다. 사실 이러한 비용이 많이 드는 거의 모든 실패는 열악한 솔더 페이스트 인쇄에서 시작됩니다. SPI 구성 요소가 배치되기도 전에 이를 중지하여 엄청난 시간과 비용을 절약합니다.
BGA 열림은 리플로우 후 일부 볼이 전혀 연결되지 않음을 의미합니다. 헤드인필로우는 BGA 공이 제대로 녹지 않고 페이스트 위에 놓여 있는 것처럼 보입니다. 단락은 너무 많은 페이스트가 두 개의 볼을 연결할 때 발생합니다. 엔지니어들은 종종 '리플로우 프로파일이 잘못되었습니다'라고 말하지만 실제 원인은 일반적으로 인쇄 시 페이스트 양이 고르지 않기 때문입니다.
하나의 공에 페이스트가 30% 적으면 제대로 젖지 않습니다. 단일 BGA 재작업에는 30~60분이 소요될 수 있으며 칩이 손상될 위험이 있습니다. SPI는 인쇄 직후 모든 볼의 페이스트 볼륨을 측정하므로 이러한 문제는 리플로우에 도달하지 않습니다.
QFN 장치에는 아래에 패드가 있으므로 한쪽 면의 페이스트 양이 너무 적으면 솔더가 측면 벽으로 올라가지 않습니다. 이를 젖음 불량이라고 합니다. 01005 칩은 너무 작아서 아주 작은 부피 차이에도 리플로우 중에 한쪽 끝이 들려 올라가서 툼스토닝(칩이 묘비처럼 서 있음)이 발생합니다.
두 문제 모두 100% 고르지 못한 인쇄로 인해 발생합니다. 삭제 표시가 있는 01005를 재작업하는 것은 보드를 손상시키지 않고는 거의 불가능합니다. 작업자는 몇 초 안에 예방해야 할 문제를 해결하기 위해 뜨거운 공기총을 사용하여 몇 시간을 소비합니다. SPI는 단 몇 미크론의 부피 차이를 포착하여 가장 작은 칩도 완벽하게 평평하게 유지합니다.
페이스트 높이의 20μm 차이는 아주 작은 것처럼 들리는데, 이는 사람의 머리카락보다 얇습니다. 그러나 리플로우 중에 이러한 작은 차이는 개방, 단락, 헤드인필로우 또는 툼스토닝과 같은 큰 문제로 커집니다. 하나의 불량 보드는 스마트폰 카메라나 자동차 센서와 같은 고가의 모듈 전체를 폐기할 수 있습니다.
하루에 500개의 보드를 만든다면 결함률이 5%만 있어도 25개의 불량 보드가 발생하며 매일 수천 달러의 손실이 발생합니다. 여기에 한 달을 곱하면 새 SPI 기계를 구입하는 데 드는 비용을 쉽게 지불할 수 있습니다. SPI는 1μm 이내의 정확도로 높이를 측정하므로 보드가 프린터에서 떠나기 전에 20μm 문제를 포착하여 해결합니다.
매년 고객은 0.4mm 피치 BGA, 01005 저항기, 미니 LED 어레이와 같이 더 작고, 더 밀도가 높으며, 더 강력한 보드를 요구합니다.
부품은 작아지지만 대부분의 공장에서는 여전히 0603 시대의 동일한 인쇄 습관을 사용합니다. 그것은 자전거로 포뮬러 1 경주에서 우승하려는 것과 같습니다. 물리학의 규칙이 변경되었으며 프로세스가 변경되지 않은 경우 실패가 보장됩니다.
0.4mm BGA에는 직경이 0.25mm에 불과한 볼이 있고 볼 사이의 간격은 0.15mm 미만입니다. 01005 칩은 0.4mm × 0.2mm에 불과해 쌀알보다 작습니다. 미니 LED 보드는 하나의 패널에 5,000~10,000개의 작은 LED를 가질 수 있습니다.
이러한 부품의 경우 허용되는 솔더 페이스트 볼륨 창은 ±50%(10년 전에 허용됨)에서 현재 ±10~15%로 축소됩니다. 측정하지 않는 한 에어컨에서 나오는 작은 공기라도 페이스트를 창 밖으로 밀어낼 수 있습니다.
큰 0603 또는 0805 부품을 사용하면 '조금 더' 또는 '조금 더 적게' 페이스트를 인쇄할 수 있으며 모든 것이 여전히 작동했습니다. 현대 부품에는 여백이 거의 남지 않습니다. 단 10%의 부피 차이만으로도 리플로우 후 완벽한 인쇄물을 데드 보드로 바꿀 수 있습니다.
인간의 눈은 이러한 차이를 볼 수 없으며 AOI의 일반 2D 카메라도 높이나 부피를 정확하게 측정할 수 없습니다. 당신은 기본적으로 폭풍 속에서 눈이 멀게 됩니다.
AOI이 인쇄 실수를 찾기를 기다리는 것은 너무 늦습니다. 그때쯤이면 값비싼 칩이 이미 배치되고 보드가 오븐을 통과한 것입니다. 0.4mm BGA 또는 미니 LED 패널을 재작업하는 것은 매우 어렵고 종종 보드를 영구적으로 손상시킵니다.
많은 공장에서는 신제품 출시가 실패하고 고객이 주문을 다른 곳으로 옮기겠다고 위협할 때 이를 뼈저리게 배웁니다. SPI는 단일 구성 요소를 배치하기 전에 필요한 데이터를 제공하므로 새롭고 어려운 제품이 첫 번째 시도에서 원활하게 출시됩니다.
귀하의 팀은 프린터에 문제가 있다는 강한 느낌을 갖고 있지만 누구도 이를 증명할 수 없습니다.
회의는 몇 시간 동안 계속됩니다. '스퀴지인가요? 페이스트인가요? 스텐실인가요? 온도인가요?' 누구도 실수를 모르기 때문에 모두가 다른 의견을 가지고 있습니다. 이는 가장 위험한 경고 신호입니다. 의심은 높지만 데이터는 0인 경우입니다.
스퀴지 블레이드는 왼쪽에서 오른쪽으로 정확히 동일한 힘으로 페이스트를 밀어야 합니다. 실제로 마모된 실린더나 더러운 레일로 인해 스트로크 전체에 걸쳐 압력이 0.5~2kg 정도 달라질 수 있습니다.
이러한 작은 변화로 보드 한쪽 면의 페이스트 양을 20~40% 줄일 수 있습니다. 손으로는 절대 느낄 수 없지만 리플로우 후에는 보드에 표시됩니다.
현대의 얇은 PCB(0.6–0.8mm)는 자체 무게나 열로 인해 쉽게 구부러집니다. 단지 100~150μm의 굽힘만으로도 패널 중앙과 가장자리 사이에서 페이스트 볼륨이 30% 변할 수 있습니다.
작업자는 브리지나 납땜 부족을 확인했지만 그 이유를 설명할 수 없습니다. SPI는 한 번의 스캔으로 3D 변형 맵과 볼륨 맵을 즉시 생성하므로 문제가 어디에 있는지 정확히 알 수 있습니다.
솔더 페이스트는 실온 습도에 민감합니다. 5°C 상승 또는 10% 습도 하락은 페이스트 롤을 다르게 만들고 부피를 15-30% 변화시킬 수 있습니다. 동일한 공급업체의 새로운 페이스트 배치는 금속 함량이나 플럭스의 작은 변화로 인해 완전히 다르게 작동할 수 있습니다.
SPI가 없으면 수백 개의 불량 보드를 본 후에야 이를 발견할 수 있습니다. SPI를 사용하면 새 배치의 첫 번째 보드에서 변경 사항을 확인하고 몇 초 만에 조정할 수 있습니다.
위의 5가지 징후 중 2가지라도 인식한다면 메시지는 분명합니다. 인쇄 프로세스가 통제 불능 상태이고 매일 비용이 발생한다는 것입니다. 좋은 소식은 수정이 간단하고 빠르다는 것입니다.
☐ AOI는 동일한 붙여넣기 문제(볼륨, 브리지, 오프셋)로 인해 보드를 계속 중지합니다.
☐ SMT 프린터 설정은 지속적인 개선 없이 거의 교대마다 변경되었습니다.
☐ 재작업 스테이션은 미세 피치 BGA / QFN / 01005 실패로 가득 차 있습니다.
☐ 다음 제품은 0.4mm 이하의 피치 또는 미니LED를 사용합니다.
☐ 프린터 문제에 대해 논쟁을 벌이고 있지만 아무것도 증명할 수 있는 숫자가 없습니다.
두 번 이상 점검 = 귀하의 공장은 이미 매주 수천 달러의 손실을 입고 있습니다.
대부분의 회사는 최종적으로 SPI을 설치하기 전에 대규모 고객 감사, 대규모 현장 실패 또는 계약 상실을 기다립니다. 그때쯤이면 그들은 이미 6~24개월치의 이익을 날린 셈이다. 고통이 참을 수 없게 되기 전에 스마트 팩토리는 SPI를 설치합니다.
기계는 일반적으로 재작업 감소, 99% 이상의 높은 수율 및 고객 불만 제로를 통해 6~12개월 내에 비용을 지불합니다. 남은 유일한 질문은: '멍청한 세금'을 계속 납부하시겠습니까, 아니면 오늘부터 돈을 저축하시겠습니까?
아니요. AOI는 구성 요소 배치 후 상단 표면을 봅니다. 부품을 배치하기 전에는 솔더 페이스트 볼륨, 높이 또는 동일 평면성을 측정할 수 없습니다. 업계 데이터에 따르면 3D SPI는 AOI가 너무 늦게 발견할 수 있는 결함의 60~80%를 예방합니다.
최신 인라인 3D SPI 시스템은 풀 3D 측정으로 30~80cm²/s의 검사 속도를 달성합니다. 이는 대부분의 고속 배치 기계보다 빠릅니다. 사이클 시간 영향은 일반적으로 보드당 3초 미만입니다.
일반적인 투자 회수 기간은 재작업/폐기물 감소만으로 6~12개월입니다. 혼합 공장에서는 6개월 이내에 ROI를 달성하는 경우가 많습니다. 자동차/의료/항공우주 분야에서는 탈출 요구 사항이 없기 때문에 3~9개월 내에 ROI를 달성합니다.
안정적인 제품이라 할지라도 스텐실 마모, 페이스트 배치 변화, 환경 드리프트 등의 문제가 발생합니다. 수년 동안 하나의 제품만 운영하는 공장에서는 SPI 설치 후 여전히 3~8%의 수율 개선이 보고되었습니다.
현재 재작업 + 페이스트 관련 결함에 대한 월별 폐기 비용을 계산하고 12를 곱한 다음 SPI 가격과 비교합니다. 수학은 거의 항상 하나의 슬라이드 내에서 그 자체로 설명됩니다.
