Wyzwania inspekcji SPI małych depozytów pasty
Stosowanie coraz mniejszych obudów komponentów przekłada się na konieczność tworzenia coraz mniejszych depozytów pasty, często mających objętość poniżej 250 mil sześciennych. Jak skutecznie poddać inspekcji tak mały depozyt?
Test
W roku 2018 inżynierowie Intela przeprowadzili test 6 maszyn SPI pod kątem dokładności pomiarów małych depozytów (szczegółowe warunki testu opisane są w dokumencie dostępnym tutaj ).
Najpierw objętość depozytu mierzono bardzo dokładną, laboratoryjną metodą GT, a następnie wysyłano płytkę testową wraz z gotowym szablonem do różnych dostawców SPI w celu pomiaru. Objętość depozytów pasty lutowniczej na płytce testowej mieściła się w zakresie od 0 do 900 mil3. Objętość depozytu pasty lutowniczej podzielono na 3 zakresy: od 0 do 100 m3 (zakres 1), od 101 do 250 m3 (zakres 2) oraz od 251 do 900 m3 (zakres 3). Kryteria dopuszczalnych odchyleń dokładności utrzymano na poziomie +/- 20%.
Aby lepiej opisać wyniki testu, wymienione powyżej zakresy podzielono na jeszcze mniejsze przedziały. I tak, w przypadku najmniejszych depozytów, o objętości od 0 do 50 mils3, tylko jedna maszyna była w stanie spełnić kryteria (tj. odchylenie 20%). Jest ona opisana w tekście jako najnowocześniejszy model danego producenta, wyposażony w kamerę o największej rozdzielczości i oprogramowanie najnowszej wersji. W kolejnym przedziale wielkości depozytu, tj. do 100 mil3, poradziły sobie tylko dwa modele.
Generalnie, im większe stawały się badane depozyty, tym więcej modeli mieściło się w 20-procentowym zakresie tolerancji. W przypadku największych depozytów, w przedziale od 251 do 900 mil3 poradziły sobie wszystkie modele poza jednym wyjątkiem, który też tylko nieznacznie przekroczył zadane wielkości.
W miarę przechodzenia od niewielkich do większych depozytów pasty, więcej modeli SPI jest w stanie trzymać pożądaną tolerancję. Przegląd oferty rynkowej SPI, przeprowadzony przez autorów opracowania, wykazał że w przypadkach gdy narzędzia te są kalibrowane przy użyciu standardów NIST (amerykański odpowiednik urzędu miar), producenci jako minimum obierają objętość 500 mil3. Wyjaśnia to obserwowany dla małych depozytów (poniżej 250 mil3) duży błąd dokładności.
Kolejną kwestią, na którą należy zwrócić uwagę, jest to, że większość modeli stosuje próg wysokości Z> 10 mikrometrów. Ignorują tym samym wysokość i objętość padu w obliczaniu wolumenu depozytu pasty. W przypadku dużych depozytów, udział objętości padu jest mały i może nie wpływać tak bardzo na dokładność pomiaru, lecz w przypadku małych depozytów, może mieć to już swoje znaczenie.
Podsumowanie
Wyniki badania wykazały, iż sprzęt SPI, wykorzystujący wartości progowe algorytmu >10 μm i rozdzielczość przestrzenną ≥7 μm, nie radzi sobie dobrze z depozytami mniejszymi niż 250 mil3. Dopiero jeden model, dysponujący systemem o rozdzielczości 5 μm sprostał wymaganiu zachowania akceptowalnej dokładność mniejszej niż +/- 20%. W celu poprawy dokładności SPI w przypadku małych depozytów, producenci SPI powinni rozważać kalibrację sprzętu do poziomu poniżej 200 mil3.
Artykuł powstał na podstawie opracowania 'Advancement of Solder Paste Inspection (SPI) Tools to Support Industry 4.0 & Package Scaling' Abhishek Prasad, Larry Pymento, Srinivasa R Aravamudhan and Chandru Periasamy, © Intel Corporation