솔더 페이스트 검사(SPI)는 인쇄 후 부품 실장 전에 PCB에 도포된 페이스트를 검사합니다. 3D SPI 시스템은 프로그램된 한계값을 기준으로 도포량, 높이, 면적 및 정렬 상태를 측정합니다. 이를 통해 불량 인쇄물을 실장 및 리플로우 전에 보류하고 수정할 수 있습니다. 하드웨어 엔지니어와 PCBA 구매자가 핵심적으로 확인해야 할 점은 조립업체가 관련 도포부를 신뢰성 있게 측정하고, 검사 실패에 일관되게 대응할 수 있는지 여부입니다.
SPI 검사 통과는 검사한 도포부가 해당 한계값을 충족했음을 확인합니다. 완성된 솔더 접합부나 전기적 기능을 인증하는 것은 아닙니다.
핵심 요점
- 도포부에 접근할 수 있는 인쇄 후, 실장 전에 검사합니다.
- 백분율은 문서화된 기준 체적 및 검증된 합격 한계값을 기준으로 해석합니다.
- 장비 성능과 함께 인쇄 불량의 격리, 수정 및 재검사 절차를 평가합니다.
- 페이스트 측정만으로 확인할 수 없는 결함을 찾기 위해 후속 검사와 테스트를 유지합니다.
공정 순서는 다음과 같습니다. 페이스트 인쇄 → SPI → 부품 실장 → 리플로우 → 후속 검사 및 테스트입니다. 실장 후 리플로우 전 AOI를 추가로 수행할 수도 있습니다.
SPI는 무엇을 측정하며 3D 검사는 어떻게 작동하나요?
SPI는 인쇄된 페이스트의 형상과 위치를 평가합니다. 올바른 보드 및 스텐실 개정판을 사용해 측정값을 의도된 도포부와 비교할 때 유용한 결과를 얻을 수 있습니다.
SPI 결과의 측정값 이해하기
체적, 높이, 면적 및 오프셋은 도포부의 서로 다른 특성을 나타냅니다. 각각의 기준을 고려하지 않고 해석해서는 안 됩니다.
| 측정 항목 | 의미 | 유용한 보고 기준 |
|---|---|---|
| 체적 | 국부 기준면 위 페이스트의 적분 체적 | mm³ 또는 nL, 명시된 기준 체적 대비 백분율 |
| 높이 | 기준면을 기준으로 한 도포부 높이 | µm; 평균, 최대값 또는 기타 보고 통계량을 명시 |
| 면적 | 검사 영역 내 도포부의 평면상 면적 | mm²; 프로그램된 기준 면적 대비 백분율 |
| X/Y 오프셋 | 의도된 도포 위치로부터의 변위 | 보드의 각 축을 따라 부호를 포함해 µm 단위로 표시 |
| 형상/브리징 | 불규칙한 형상 또는 인접 영역을 연결하는 페이스트 | 주석이 달린 이미지 및 해당 검출 규칙 |
상용 SPI 시스템은 이러한 기하학적 특성을 검사하지만, 제공되는 출력 항목은 구성에 따라 다릅니다.
두 도포부의 면적이 비슷해도 체적은 다를 수 있습니다. 얇은 도포부는 위에서 보면 빈틈없이 덮인 것처럼 보여도 의도된 양보다 페이스트가 적을 수 있습니다. 반대로 중앙부의 높은 돌출부만으로 도포 면적 전체에 페이스트가 충분하다고 단정할 수는 없습니다.
2D 검사에 3D가 더해 주는 것 이해하기
3차원 검사는 표면 이미지 정보에 측정된 높이와 체적을 더합니다. 2차원 검사는 페이스트의 유무, 면적, 위치 및 육안으로 보이는 페이스트 연결 상태를 평가할 수 있지만, 평면상의 면적만으로 3차원 적분 체적을 확인할 수는 없습니다.
시스템은 검사 프로그램을 PCB에 정렬하고, 도포부를 촬영한 뒤 표면을 재구성하고, 계산된 측정값을 한계값과 비교합니다. 예를 들어 Yamaha는 2D 조명으로 윤곽을 추출한 다음 위상 편이 방식으로 높이를 측정하는 기술을 설명합니다. 이는 한 가지 구현 방식이며 모든 SPI 장비에 해당하는 설명은 아닙니다.
생산 의사결정에 정량적인 체적 또는 높이 측정이 필요한 경우 3D 측정을 사용합니다. 측정의 적합성을 확인하려면 실제 도포 크기, 표면 및 보드 조건에서 검증해야 합니다.
조립 문제로 이어지기 전에 SPI가 감지할 수 있는 인쇄 결함은 무엇인가요?
SPI는 페이스트 도포 누락, 부족, 과다, 위치 이탈 또는 서로 연결된 도포부를 감지할 수 있습니다. 이러한 결과는 인쇄 이상과 후속 공정의 위험을 나타내지만, 특정 리플로우 결함을 확정하지는 않습니다.
페이스트 이상을 다음 조사 단계와 연결하기
경보가 발생한 위치와 패턴에 따라 첫 조사 항목이 달라집니다. 특정 개구부에서 반복적으로 도포량이 부족한 경우는 패널 전체에서 균일하게 오프셋이 발생한 경우와 다른 문제를 시사합니다.
| 인쇄된 페이스트 상태 | SPI 검사 결과 | 가능한 후속 공정 위험 | 첫 조사 항목 | 필수 검증 |
|---|---|---|---|---|
| 증착량 부족 | nL/mm³ 단위의 체적 및 명시된 기준값 대비 비율(%) | 접합부 솔더 부족 또는 연결 단선 | 개구부 막힘, 이형성, 페이스트 상태 | 개구부 형상, 국부 두께, 페이스트 제품 |
| 증착량 과다 | 체적, 면적 및 형상 | 솔더 브리징 또는 솔더 과다 | 의도한 개구부 체적 및 인쇄 설정 | 패키지 간격 및 증착 설계 |
| 오프셋 | 부호가 있는 X/Y 변위(µm) | 단자 겹침 감소 | 정합, 기준 마크, 기판 지지 | 방향별 한계값 및 기준 |
| 페이스트 브리지 | 증착물이 서로 연결된 이미지 | 솔더 브리지 위험 | 스텐실 하면의 청결도 및 정렬 상태 | 간극 형상 및 이미지 분할 |
| 증착 누락 | 이미지 및 측정/검출 결과 | 솔더 누락 또는 부족 | 개구부 막힘 및 전이 실패 | 검출 한계 및 검사 영역의 정확도 |
| 쌍을 이루는 패드 간 불균형 | 두 증착물의 체적 및 정의된 비교 기준 | 비대칭 솔더링 또는 툼스톤 현상의 원인 요인 | 인쇄 균형, 레이아웃, 실장, 열 조건 | 정의된 불균형 공식 및 검증된 관련성 |
이는 조사 후보 항목입니다. 패턴을 확인하지 않은 채 프린터 설정을 변경하면 그 외에는 적합한 증착물까지 영향을 받을 수 있습니다.
실장 전에 검사하면 페이스트에 계속 접근할 수 있고, 해결되지 않은 인쇄 문제를 그대로 둔 채 부품을 추가하는 일을 피할 수 있습니다. 세척 및 재인쇄에도 여전히 인력과 자재가 들 수 있지만, 부품을 제거하거나 솔더 접합부를 수리해야 하기 전에 대응할 수 있습니다.
인쇄 경고와 완성된 접합부에 대한 진단을 구분합니다
SPI로는 리플로 후의 보이드 비율, 젖음성, 접합 강도 또는 전기적 연속성을 직접 확인할 수 없습니다. SPI는 접합부가 형성되기 전에 노출된 페이스트를 검사합니다.
툼스톤 현상은 이러한 한계를 잘 보여줍니다. 증착량 불균형이 원인 중 하나일 수 있지만, 패드 형상, 부품 위치, 합금 거동 및 젖음력도 결과에 영향을 줍니다. 인듐은 이러한 상호작용 요인 중 여러 가지를 설명합니다.
페이스트 경보는 검토가 필요하다는 신호이지, 완성된 접합부에 대한 진단은 아닙니다. 마찬가지로 인쇄 검사에 통과했더라도 이후 발생하는 실장 또는 리플로 문제를 배제할 수는 없습니다.
솔더 페이스트 체적과 검사 한계값은 어떻게 정의해야 하나요?
의미 있는 SPI 결과를 얻으려면 조립품에 적합한 기준 증착량, 측정 능력 및 승인된 한계값을 정의해야 합니다. 분모를 명시하지 않은 백분율은 불완전합니다.
“솔더 페이스트 체적 100%”가 무엇을 의미하는지 정의합니다
측벽이 수직인 스텐실 개구부의 기하학적 체적 기준은 다음과 같습니다. 개구부 면적 × 국부 스텐실 두께. IPC-7527 은 설계 체적을 이 기준으로 정의합니다. 스텝 스텐실에는 국부 두께를 사용하고, 구리 패드와 개구부가 동일하다고 가정하지 말고 실제 개구부 형상을 사용합니다.
전이 효율은 증착 체적을 개구부 체적에 대한 비율로 나타냅니다.
전이 효율(%) = 측정된 증착 체적 ÷ 개구부 체적 × 100
다음의 예시 계산을 살펴보세요:
| 항목 | 값 |
|---|---|
| 직사각형 개구부 | 0.30 × 0.30 mm |
| 국부 스텐실 두께 | 0.10 mm |
| 계산된 개구부 체적 | 0.009 mm³ = 9 nL |
| 측정된 도포 체적 | 0.0072 mm³ = 7.2 nL |
| 전사 효율 | 80% |
이 계산으로 산출되는 것은 비율이지 합격/불합격 판정이 아닙니다. 장비에서 사용하는 백분율의 기준이 이 개구부 체적인지, 아니면 다른 프로그래밍된 기준값인지 확인하세요. 페이스트 도포 체적에는 플럭스도 포함되며, 리플로 후의 최종 금속 솔더 체적과는 다릅니다.
실제 인쇄 공정에 맞춰 허용 한계를 설정하세요
허용 한계는 부적합한 도포와 적격성이 확인된 공정에서 나타날 수 있는 허용 가능한 편차를 구분해야 합니다. 개구부 형상, 스텐실 두께, 패키지 위험도, 패드 간격, 기판 지지 상태, 측정 기준부터 검토하세요. 페이스트 제품, 합금, 분말 유형, 플럭스 시스템 및 취급 조건을 기록하세요.
재료 조건은 제품별로 다릅니다. 예를 들어 Kester의 2021년 10월 NP560 데이터시트에는65–85 °F 및 상대 습도 10–70% 조건에서 스텐실 수명이 8시간이라고 기재되어 있습니다. 이는 명시된 조건에서 해당 재료에 적용되는 지침이지, 모든 페이스트에 적용되는 보편적인 사용 가능 시간 규칙이나 SPI 합격 기준이 아닙니다.
분해능은 구분 가능한 최소 측정 변화량을 의미하고, 반복성은 같은 조건에서 반복 측정한 값들의 일치도를 의미하며, 정확도는 기준값과의 일치도를 의미합니다. Yamaha는 YSi-SP의 높이 분해능을 1 µm로 명시하고 있지만, 이것만으로 양산 도포물의 측정 정확도가 1 µm임을 입증하는 것은 아닙니다.
선정한 허용 한계는 초도품 평가 및 측정 시스템 분석을 통해 뒷받침해야 합니다. 합격 한계와 공정 변화를 감지하는 데 사용하는 통계적 관리 한계를 구분하세요. 공정 능력 지수는 공정이 안정적이고 데이터가 적절한 경우에만 의미가 있습니다. 서로 관련 없는 도포물 그룹을 합치면 편차가 가려질 수 있습니다.
모든 패드에 적용되는 IPC 요구사항인 것처럼 단일 체적 범위나 Cpk 목표를 취급하지 마세요.
판정 한계에 가까운 측정값에서는 측정 편차로 인해 오판에 따른 불합격이나 이상을 놓치는 일이 발생할 수 있습니다. 관련이 있는 경우 재투입 및 정렬을 포함해 대표적인 도포물의 반복성을 평가하세요. 교정용 타깃을 확인하는 것만으로는 모든 양산 형상에서 측정 능력이 입증되지 않습니다.
기판이 SPI 검사에 불합격하면 어떻게 해야 하나요?
SPI 검사에서 불합격한 경우 경보를 검토하고 기판의 처분을 승인받을 때까지 통상적인 실장 공정으로 넘어가지 않도록 해야 합니다. 시정 조치는 해당 기판뿐 아니라 반복되는 인쇄 문제도 해결해야 합니다.
경보에 대해 통제된 대응 절차를 따르세요
대응은 격리부터 시작한 다음 측정 오류와 실제 인쇄 이상을 구분합니다.
- 기판을 보류하고 식별하세요. 기판/패널 식별 정보, 경보 위치 및 원래 측정 결과를 보존하세요. 실수로 실장 공정에 넘어가지 않도록 하세요.
- 검사 설정을 확인하세요. PCB 및 스텐실 개정판, 레시피, 기준점 정렬, 지지 상태 및 해당 위치의 높이 기준을 확인하세요.
- 도포물을 검토하세요. 이미지와 측정값을 승인된 허용 한계와 비교하세요. 판단이 모호한 경우 자동으로 기각하지 말고 자격을 갖춘 검토자에게 의뢰하세요.
- 패턴을 분류하세요. 문제가 특정 개구부, 기판 영역, 패널 전체, 인쇄 방향 또는 생산 경과 시간과 관련되는지 판단하세요.
- 관련 변수를 조사하세요. 패턴에 따라 막힘, 스텐실 하면 상태, 정렬, 이형, 페이스트 상태 및 지지 상태를 확인하세요.
- 승인된 처분 절차를 적용하세요. 필요에 따라 적합한 세척 및 재인쇄, 적격성이 확인된 수정 방법 또는 폐기를 선택하세요. 기판을 닦거나 페이스트를 수동으로 추가하는 방법이 허용된다고 단정하지 마세요.
- 재검사하고 공정 회복을 확인하세요. 정상적인 출하를 재개하기 전에 관리 계획에 따라 수정된 기판과 이후 인쇄 결과를 확인하세요.
IPC-7526은 스텐실 및 인쇄 불량 기판의 세척을 다룹니다. 적용 절차에서는 페이스트, PCB 재료, 세척 화학물질 및 건조 요건도 고려해야 합니다.
공정이 회복되었는지 확인하세요
공정 회복은 시정 조치로 의도한 공정 상태가 복구되고, 그 근거가 보존되었음을 의미합니다. 원래 경보, 검토자의 결정, 사유, 조치, 레시피 개정판 및 최종 처분을 보존하세요.
문제가 발생한 개구부 또는 도포물 그룹의 후속 결과를 검토하세요. 경보가 사라질 때까지 허용 한계를 넓히는 것은 공정 회복을 입증하지 못합니다. 허용 한계를 변경하려면 기술적 근거와 승인이 필요합니다.
자동 프린터 피드백은 공정 관리에 도움이 될 수 있지만, 설정과 검증이 필요합니다. Yamaha는 오프셋 피드백 및 세척 주기 기능을 문서화하고 있습니다. 해당 플랫폼에서 기능을 제공한다고 해서 특정 조립 라인에서 그 기능이 활성화되어 있다는 뜻은 아닙니다.
SPI, AOI, X선 검사 및 전기 검사는 서로 어떻게 연계되나요?
이 방법들은 서로 다른 공정 단계와 고장 메커니즘을 다룹니다. SPI는 인쇄 공정을 관리하며, 후속 검사와 시험은 SPI 시점에는 아직 존재하지 않거나 관찰할 수 없는 상태를 평가합니다.
| 방법 | 생산 단계 | 확보되는 증거 | 단독으로 확인할 수 없는 사항 |
|---|---|---|---|
| 2D SPI | 인쇄 후, 부품 실장 전 | 페이스트의 존재 여부, 면적, 위치 및 연결 상태 | 통합 3차원 페이스트 체적 |
| 3D SPI | 인쇄 후, 부품 실장 전 | 페이스트 높이, 체적, 면적, 오프셋, 형상 | 완성된 접합부 또는 회로의 적합성 |
| AOI | 부품 실장 후 및/또는 리플로우 후 | 프로그램된 부품 및 접근 가능한 솔더 형상 검사 | 모든 숨은 접합부 상태 |
| X선/AXI | 일반적으로 리플로우 후 | 보이드나 브리지를 포함한 선택된 내부 솔더 형상 | 완전한 전기적 기능 |
| 전기/기능 검사 | 정해진 조립 검사 단계 | 검사 대상 접속부, 회로 응답 또는 기능 | 모든 물리적 결함 또는 잠재 결함 |
Omron은 SPI가 부품 실장 전에 수행되며, 부품 실장 및 리플로우 후에는 광학 검사가 이루어진다고 설명합니다. Omron의 CT 검사 문서에서는 광학 검사로는 접근할 수 없는 숨은 접합부를 다룹니다.
전기 검사 방식도 서로 다릅니다. ICT와 플라잉 프로브 검사는 선택된 회로 특성을 확인할 수 있고, 기능 검사는 지정된 작동 동작을 시험합니다. 검사 범위는 테스트 설계와 접근 가능한 지점에 따라 달라집니다.
조립 위험과 고객 요구사항을 고려해 조합을 선택하세요. 검사 절차를 통과했다는 것은 해당 검사 범위 내에서 적합하다는 증거이지, 장기 신뢰성의 모든 측면을 입증하는 것은 아닙니다.
턴키 PCBA 견적을 요청할 때 어떤 SPI 증거를 요구해야 할까요?
유용한 공급업체 평가는 검사 범위, 승인된 한계 및 불량 처리 방식을 실제 조립 조건과 연계합니다. 장비 이름이나 일반적인 “SPI 포함”이라는 문구만으로는 이러한 사항이 정해지지 않습니다.
구체적인 소싱 실수를 방지할 증거를 요청하세요
대표 기록과 명확히 정의된 관리 계획을 통해 공급업체가 무엇을 측정하고 그 결과가 생산 승인에 어떤 영향을 미치는지 확인할 수 있습니다. 증거에는 프로젝트와 관련된 페이스트 도포 형상과 기판 조건이 포함되어야 합니다.
| 증거 | 요청 사항 | 방지되는 구매 오류 |
|---|---|---|
| 검사 범위 | 전체 보드/패널 검사 또는 샘플링 여부, 검사한 면과 도포부 및 제외 항목 | 모든 보드를 검사하면 관련된 모든 도포부도 검사된다고 가정하는 것 |
| 승인된 한계 | 공칭 기준값, 도포 형상별 한계, 승인 근거, 개정 번호 | 분모가 다르거나 검증되지 않은 한계를 사용한 백분율을 비교하는 것 |
| 측정 역량 | 관련 설정, 교정 확인, 반복성 및 측정 시스템 관련 증거 | 픽셀 크기나 해상도를 입증된 정확도로 간주하는 것 |
| 인쇄 불량 처리 | 보류/출하 승인 권한, 시정 절차, 재검사 요구사항 | 작업자가 통상적으로 무시하는 경보를 그대로 수용하는 것 |
| 추적성 | 보드/패널 식별 정보를 레시피, 스텐실 개정 번호, 결과 및 처리 내역과 연결 | 공급된 로트와 연결할 수 없는 보고서를 받는 것 |
| 보고 범위 | 제공 가능한 측정값, 이미지, 추세, 내보내기 형식 및 보존 기간 | 수집되지도 보존되지도 않은 기록을 기대하는 것 |
익명화된 예시에도 단위, 공칭값, 승인 한계, 경보 위치 및 처리 내역은 유지되어야 합니다. 합격률을 보여 주는 스크린샷만으로는 제외 항목이나 재정의가 검사 범위에 영향을 미쳤는지 알 수 없습니다.
제품 인수 요건과 공정 모니터링 목표는 별도로 기록하세요. J-STD-001은 납땜 조립품 요구사항을 다루며, IPC-A-610 는 조립품의 적합성을 다룹니다. 두 표준의 명칭만으로는 귀사의 검사 프로그램이 정해지지 않습니다. 계약에 적용할 판본과 등급, 고객별 예외 사항을 명시하세요.
품질 요구사항을 실행 가능한 RFQ로 전환하세요
실행 가능한 RFQ에는 설계 파일과 필수 검사 및 보고 범위가 함께 명시되어야 합니다. Gerber 및 솔더 페이스트 레이어 데이터, BOM, CPL/픽앤플레이스 파일, 조립도, 수량, 주요 패키지 세부 정보를 제공하세요. 해당되는 작업 품질 요구사항과 전기적 또는 기능 테스트 지침도 포함하세요.
작은 개구부, 간격이 좁은 단자 또는 분할된 방열 패드 인쇄처럼 특별한 검토가 필요한 패드나 패키지를 식별하세요. 그러면 조립업체가 스텐실과 검사 계획을 함께 평가할 수 있습니다.
LEADHUI는 SPI를 다음 항목 중 하나로 안내합니다 품질 및 테스트 역량. 견적에 포함된 생산 건의 검사 범위, 승인 기준, 보고 내용 및 제외 항목을 확인하세요. 특정 역량을 갖추었다고 해서 모든 주문에 동일한 범위가 적용되는 것은 아닙니다.
셋업, 검사 및 보고가 포함되는지 아니면 별도 견적되는지 확인하세요. 이는 프로젝트별 상업 조건이며, 보드당 SPI 비용의 표준 요율이 아닙니다.
다음과 같은 턴키 PCB 조립 견적을 요청하려면 주요 패키지와 필요한 기록을 명시한 설계 자료를 제출하세요. 조립 견적과 함께 제안된 검사 계획도 요청하세요.
프로토타입에도 양산과 동일한 SPI 검사 범위가 필요한가요?
프로토타입 검사는 결함 위험과 제작 목적에 따라 결정해야 합니다. 특히 부품 가격이 비싸거나 미세 패턴 인쇄가 검증되지 않은 경우, 소량 주문이라고 해서 검사 범위를 자동으로 줄이는 것이 타당한 것은 아닙니다.
양산 공정을 검증하기 위한 프로토타입이라면, 양산과 유사한 솔더 페이스트 측정 및 추적 가능한 결과가 도움이 됩니다. 더 단순한 개발 보드라면 관련 위험을 다루는 한, 문서화된 다른 검사 경로를 적용할 수 있습니다. 패키지 피치만으로 보편적인 선정 기준을 정할 수는 없습니다.
다음 생산을 진행하기 전에 주요 패드, 필요한 증빙 자료, 인쇄 불량 발생 시 대응 방안을 정하고 제조 범위를 승인하세요. 이렇게 하면 보드 생산에 들어가기 전에 검사 요구사항을 검토할 수 있습니다.
