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SPI 錫膏厚度上下限怎麼訂:先分清規格界限與管制界限,從量什麼、看轉移率、訂規格、畫管制圖到找原因的 5 個階段

SPI 錫膏厚度上下限怎麼訂:先分清規格界限與管制界限,從量什麼、看轉移率、訂規格、畫管制圖到找原因的 5 個階段

現場說的「錫膏厚度」,在錫膏檢查機(SPI,Solder Paste Inspection)上通常是高度;SPI 一般還會量體積、面積與位置偏移,常拿來判定的是體積與位置。上下限多半寫成鋼板開口理論值的百分比,預設常見正負 50%,再依零件調整;但「判這片板子要不要擋下來」的規格界限,和「看印刷製程有沒有變」的管制界限,是兩件事。規格界限要從焊點需要的錫膏量訂、關鍵零件分開訂;管制界限要從自己產線的數據算,用管制圖盯著平均與變異。同一片板上,小開口、大開口與防焊定義的焊墊,轉移率本來就不同,全部混在一起算,數據看起來會很分散,分開或分組看才看得出製程穩不穩。 本文談的是 SPI 的上下限怎麼訂、數據怎麼看;SPI 設備怎麼選、錫膏怎麼挑、鋼板怎麼開,不在範圍內。分成 5 個階段:

  • 階段①|先看 SPI 量什麼: 高度、體積、面積、偏移,以及量得準不準。
  • 階段②|看懂百分比: 轉移率是什麼、為什麼會低於或高於百分之百。
  • 階段③|訂規格界限: 預設值、依零件調整、整顆零件的平衡。
  • 階段④|用管制界限盯製程: 管制圖、製程能力、怎麼分組。
  • 階段⑤|用數據找原因: 管制圖抓到的變化、怎麼回頭查。

下面每個階段寫:怎麼做、公開資料怎麼說,有對應時再寫嘉鴻能幫的;來源、例外與整理放在文末的「備註」。此為一般情況,仍需視個案而定。

① 量什麼 體積 比只看高度可靠 校正 用可實體量測的校正件比對 重複量 同一片多量幾次 要有:量得準的數據 ② 轉移率 面積比 決定錫膏脫不脫得出來 開口大小 太小或太大都偏低 超過百分之百 可能是真的也可能是假象 要有:每種焊墊的正常值 ③ 規格界限 預設 常見正負一半 依零件 關鍵零件分開訂 平衡 同一顆零件各焊墊不能差太多 要有:判通過或擋下的依據 ④ 管制界限 管制圖 盯平均與變異 製程能力 分組後再算 規則 只開看得懂的 要有:看出製程有沒有變 ⑤ 找原因 刮的方向 平均來回擺盪 停機之後 開頭幾片偏少 換鋼板 平均整個移位 要有:找到原因再改 示意圖
圖 1 SPI 錫膏厚度上下限怎麼訂的五個階段:量什麼、看轉移率、訂規格界限、用管制界限盯製程、用數據找原因(示意圖)

階段①:先看 SPI 量什麼

怎麼做:

  • 量的項目:SPI 量每一個錫膏印點的體積、高度、面積與位置,再和設定的界限比較;全部在界限內就判通過,有一點超出就判不通過;常拿來判定的是體積與位置(來源 3)。
  • 3D 的量法:有一種做法是用雷射光點掃描板面,用反射光的位置算出高度,收集成高密度的立體影像,可以直接量到錫膏體積(來源 1)。
  • 一份論文列的量測項目:焊墊上的覆蓋面積、面積中心與偏移量、體積、平均高度、峰值高度,以及焊墊之間有沒有連錫(連錫只判有或沒有)(來源 1)。
  • 「厚度」只看高度不夠:錫膏可能黏在開口壁或鋼板底面,印點中間冒出一個尖,只量高度,印點可能比鋼板還高;開口小或開口壁粗糙時特別明顯,所以要用量整個印點體積的系統,不要只看高度(來源 4)。
  • 先確認量得準:要做校正:做一塊可以用實體量測確認尺寸的校正件,和 SPI 的讀值比較,並了解量測誤差與機台的性能(來源 4)。
  • 同一片多量幾次:了解量測系統的誤差範圍,常用的做法是同一片樣品量很多次,也換不同方向量(來源 4)。
  • 參數設定會改變讀值:一家錫料廠在部落格寫,系統級封裝用很薄的鋼板,判斷高度過高的門檻只有幾十微米;門檻從 20 微米調到 30 微米,同一片板上各種焊墊回報的體積百分比都會變,差 5 微米就可能決定一個焊墊被判成不良或沒事(來源 8)。
  • 為什麼要量:一份論文引用的資料寫,公開的產線末端不良統計裡,焊錫製程通常占四到六成(來源 1);印刷後馬上檢出不良、在置件前擋下,可以省下組裝不良板的時間與重工(來源 9)。

公開資料怎麼說: 一家電子製造服務廠與一家檢查設備廠在 IPC 研討會合寫的論文(2002 年)寫:他們用的 3D 雷射掃描設備可以量每一個錫膏印點的覆蓋面積、面積中心與偏移、體積、平均高度、峰值高度,以及連錫(只判有或沒有);判定通過與否的規格界限由使用者設定,量到的數據也可以即時畫成管制圖;論文引用的資料寫,多數公開的產線末端不良柏拉圖裡,焊錫製程占大多數,通常是 40% 到 60%。一本電子組裝雜誌刊出的文章(2015 年,文末註明作者代一家 SPI 設備廠撰寫)寫:SPI 量錫膏印點的體積、高度、面積與位置,和設定的界限比較,常檢查的是體積與位置。一個電子組裝專家問答網站的問答(2012 年刊出、2024 年更新)裡,幾位專家寫:錫膏可能黏在開口或鋼板底面,形成中間有尖的印點,只量高度可能比鋼板還高,要用量整個印點體積的系統;要做校正、了解量測誤差;可以同一片樣品量很多次、換不同方向量。一家錫料廠的部落格(2021 年發表,2025 年另有修改)寫:判斷高度過高的門檻要很低、要精準校正,門檻差 5 微米,回報的體積百分比就有明顯差別。一家印刷機廠在 IPC 研討會發表的論文(約 2005 年)寫:印刷後馬上檢出不良、在置件前擋下,可以省下組裝不良板的時間,也避免昂貴的重工(備註表 1)。

一個錫膏印刷厚度量測的例子:三份試產驗證報告各量 5 點印刷後的錫膏厚度,前兩份五點的高低差分別是 0.004 mm 與 0.012 mm;第三份的五點裡有一點寫 0.64,與其他四點差一個位數,原檔沒有說明。報告沒有寫量測設備名稱與樣品數,也沒有討論厚度差距的原因。這個例子可以提醒:看別人的厚度數據,先確認是用什麼量、量了幾片;某一點與其他點差一個位數時,先問是量測異常還是記錄錯誤,再談製程。

嘉鴻能幫的:

  • 為什麼要量:嘉鴻已上線的〈設備該不該導入?嘉鴻幫您做完評估報告〉寫到「錫膏為非固態物質,搬運與測量過程中極易變形,抽樣方式準確性不足,無法精確量測。」
  • 量得準不準:嘉鴻已上線的〈SMT 製程稽核會問什麼:從錫膏印刷站開始,6 階段備齊產線文件與紀錄〉在稽核會問的項目裡列了「稽核員問 SPI、AOI 怎麼確認量得準」,要備的是「校正計畫與紀錄(例如 SPI 年度校正、AOI 自動校正)」。

階段②:看懂百分比——轉移率

怎麼做:

  • 百分比是跟誰比:SPI 的界限通常寫成鋼板開口理論尺寸與位置的百分比(來源 3);實際印出來的錫膏體積除以開口的體積,以百分比表示,就是轉移率(來源 5)。
  • 轉移率主要看面積比:面積比是開口在電路板那一側的面積除以開口壁的面積;一家錫膏廠的作者團隊在文章寫,一份從 2001 年開始的研究,後續分析了超過一千萬筆數據;在錫膏與印刷參數固定時,轉移率 95% 取決於面積比,面積比越大,轉移率的變異越小;面積比低於 0.5 不建議(來源 5)。
  • 小開口偏低:一份論文的試驗板上,邊長 0.014 吋的方形開口,平均轉移率約 84%;方形開口邊長從 0.014 吋加大到 0.030 吋,平均轉移率跟著上升(來源 2)。
  • 大開口也偏低:同一份論文看到,開口寬度約 0.060 到 0.070 吋起,刮刀開始把開口裡的錫膏挖走(scooping),寬度更大的開口轉移率反而下降(來源 2)。
  • 防焊定義的焊墊偏高:防焊定義的焊墊,鋼板被防焊層墊高約 0.001 吋,平均轉移率高達 110%(來源 2)。
  • 高於百分之百,可能是真的:鋼板沒有貼平(鋼板底面沾了錫粉、或防焊等板面高低把鋼板撐起)、開口實際尺寸或鋼板厚度和設計不同、刮刀沒有把鋼板刮乾淨、錫膏從鋼板底下擠出去,都可能讓印出來的量真的超過理論值(來源 4)。
  • 也可能是量出來的假象:機台要推算看不到的焊墊表面在哪裡,這個基準面可能有偏差;有些系統看不清垂直的邊,可能多算體積;解析度低的系統,碰到邊緣翹起的印點,可能把高度算高(來源 4)。
  • 同一片板,本來就分成兩群:一份論文的實際產品數據,轉移率分布有兩個高峰:脫模差的小開口與會被挖走的大開口在低的一群,防焊定義的焊墊、寬線路旁、蓋孔附近等會把鋼板墊高的焊墊在高的一群(來源 2)。
偏低 小開口 面積比低,錫膏留在開口裡 大開口 刮刀把開口裡的錫膏挖走 偏高,可能是真的 防焊定義的焊墊 鋼板被防焊層墊高 鋼板沒貼平 或錫膏從鋼板底下擠出 開口或鋼板 比設計大、比設計厚 刮刀 沒有把鋼板刮乾淨 偏高,可能是量出來的 基準面 機台推算的位置有偏差 垂直的邊 看不清,多算體積 解析度低 邊緣翹起時把高度算高 同一片板本來就分成高低兩群,分開看,才看得出製程穩不穩 示意圖;依來源二、四
圖 2 轉移率為什麼會偏低或偏高:開口大小、鋼板被墊高,以及量測的假象(示意圖,依來源 2、4)

公開資料怎麼說: 一份放在 IPC 網站的技術論文(檔案沒有標年份,引用到 2013 年的文獻)寫:同樣大小的開口,會因為周圍的零件、焊墊、導通孔、文字標記、線路粗細,以及是不是防焊定義,印出差很多的錫膏量(約 40%);他們用沒有導通孔與線路的試驗板做印刷試驗,小開口因為面積比低、脫模差,平均轉移率偏低(邊長 0.014 吋的方形約 83.8%),開口寬度約 0.060 到 0.070 吋開始出現刮刀挖走錫膏的現象,防焊定義的焊墊因為鋼板被防焊層墊高約 0.001 吋,平均高達 110%;一般產品的轉移率分布是雙峰的,低的一群來自脫模差的開口與會被挖走的大開口,高的一群來自防焊定義的焊墊、寬線路與蓋孔附近等會墊高鋼板的焊墊。一家錫膏廠的作者團隊在產業媒體的文章(網頁沒有可靠的日期)寫:轉移率是實際印出的錫膏體積除以鋼板開口的體積,以百分比表示;面積比是開口在電路板那一側的面積除以開口壁的面積;一份從 2001 年開始的研究,後續分析了超過一千萬筆數據,在錫膏與印刷參數固定時,轉移率 95% 取決於面積比,面積比增加,轉移率的標準差下降;面積比低於 0.5 不建議。前面那個專家問答網站的回答寫:轉移率高於百分之百可能是真的,原因有鋼板被板面或錫粉撐起、開口尺寸或鋼板厚度和設計不同、刮刀沒有刮乾淨、錫膏從鋼板底下擠出;也可能是量測的假象,原因有基準面誤差、看不清垂直邊造成的陰影、解析度不足;另一位專家寫,印刷設定正確、沒有間隙時,幾乎不可能轉移超過百分之百;讀到超過百分之百,常見的是和 SPI 軟體的演算法有關,例如印點邊緣翹起時,機台可能讀到邊緣而不是中心的高度(備註表 2)。

嘉鴻能幫的:

階段③:訂規格界限——要不要擋下這片板

怎麼做:

  • 預設值常見正負 50%:SPI 的界限通常以開口理論值的百分比表示,可以自己設,也可以讓機台自動設,預設常見是正負 50%(來源 3);一份論文也寫,常見設在正負 50% 左右,而且常依零件包裝不同(來源 1)。
  • 理論上,界限設在會出不良的地方:規格界限理論上應設在「印成這樣,產線末端會出不良」的點;難的是中間有一段灰色地帶,同樣的印點會不會變成不良,還要看零件腳的成形、共面度與回焊曲線(來源 1)。
  • 從焊點需要的錫膏量反推:一份論文的結論寫,SPI 的上下限要從「做得出可靠焊點的錫膏量(絕對體積)」訂;關鍵零件可以訂得更窄,而且要分開分析(來源 2)。
  • 依零件調整:怕立碑的 0201、01005 可以收窄;怕翹曲的大顆 BGA,界限可以整體往高移,確保錫膏量下限;怕連錫的小顆 BGA,界限可以往低移,或補償面積比低造成的脫模不足(來源 3)。
  • 界限收窄要付代價:收窄規格可以多抓到一些邊緣的印點,但很可能拖慢產線的產出;比較好的做法是另外用製程管制讓印刷保持置中,同時用規格界限抓隨機的不良(來源 1)。
  • 整顆零件要平衡:只看單一焊墊的界限不夠:一顆 0201 兩邊各應印約 400 立方密爾,在正負 50% 下,一邊 200、一邊 600 也都會過,兩邊差三倍,這種極端情況下一定立碑;可以再加「同一顆零件各焊墊之間差多少」的界限,例如假設兩邊至多只能差標稱值的 25%(來源 3)。
  • 哪些零件怕不平衡:BGA 的焊點大部分來自錫球,某一點少 30% 的錫膏影響不明顯;LGA 的焊點全靠錫膏,少 30% 就可能空焊,或焊點截面小至少 30%;QFN 中間大焊墊錫膏太多,或周圍焊墊太少,會讓零件傾斜(來源 3)。

公開資料怎麼說: 前面那篇 2002 年的論文寫:抓不良的難題在規格界限設在哪裡,常見設在正負 50% 左右,而且常依零件包裝不同;理論上規格界限應設在產線末端確定會出不良的點,但錫膏檢查有一段灰色地帶,同一個印點會不會變成不良,還要看零件腳的成形、共面度或回焊曲線;收窄規格可能多抓到邊緣的印點,但很可能影響產出,比較好的做法是另外用製程管制讓印刷保持置中,同時用抓不良的方式攔隨機的不良。前面那本雜誌的文章寫:界限通常以開口理論尺寸與位置的百分比表示,可以自己設或自動設,預設常見正負 50%,可以依零件調整——怕立碑的 0201、01005 收窄,怕翹曲的大顆 BGA 往高移,怕連錫的小顆 BGA 往低移;這種逐一判定每個焊墊的叫焊墊界限,另外還有看同一顆零件所有焊墊之間差異的零件界限;0201 一邊 200、一邊 600 立方密爾都在正負 50% 內,但一定立碑;LGA 與 QFN 這類底部端點零件,焊點全靠錫膏,需要各焊墊的量一致。前面那篇沒有標年份的論文在結論寫:SPI 的上下限應從做得出可靠焊點的錫膏絕對體積訂,關鍵零件可以更窄並分開分析(備註表 3)。

嘉鴻能幫的:

階段④:用管制界限盯製程——管制圖與製程能力

怎麼做:

  • 兩種界限不一樣:規格界限是產品的要求,用來判通過與否(本文的整理);管制界限是從製程在穩定時的數據算出來的,中心線是穩定時的平均,上下界通常取平均加減 3 個標準差,製程穩定時,幾乎所有點都會落在裡面(來源 6)。
  • 名詞先對齊:有些 SPI 的介面與文章,把判定通過與否的界限也叫「管制界限」(control limits)(來源 3);現場討論時,先講清楚指的是哪一種(本文的整理)。
  • 3 個標準差是慣例,不是定律:常態分布下,加減 3 個標準差以外的機率,兩邊合計約 0.27%;要取多寬,看願意承擔多少「其實沒事卻去找原因」的風險(來源 6)。
  • 製程能力怎麼算:Cp 是規格寬度除以 6 個標準差;Cpk 再考慮平均偏離中心多少,取「上限減平均」與「平均減下限」較小的一邊除以 3 個標準差;這些指標假設數據是常態分布,樣本一般要約 50 個獨立的數據才算夠(來源 7)。
  • 常見的目標:一份論文以 Cpk 1.33 以上為目標,約等於每百萬個機會 63 個不良;同樣平均 100%、標準差 7.5% 的分布,上下限設在平均加減 15%,Cpk 只有 0.67,放寬到加減 30%,Cpk 就是 1.33(來源 2)。
  • 混在一起算,Cpk 會被低估:同一份論文的實際產品數據,102 片板全部混算,平均約 99%、標準差約 12.8%,上下限設 50% 與 150%,Cpk 只有 1.24;把低的一群與高的一群分開算,Cpk 分別是 2.01 與 2.37,那批產品也沒有和錫膏量有關的焊點不良(來源 2)。
  • 怎麼分組:一家代工廠一開始把開口大小相近的焊墊歸成一類,結果每個程式多花約 45 分鐘設定,分類名稱對作業員也沒有太大意義;後來只挑難印的位置,用零件位置編號分組畫管制圖,作業員對得回板上的位置(來源 1)。
  • 用什麼圖:平均值管制圖看中心在哪裡,搭配全距圖或標準差圖看變異;比起離線抽量高度,一張圖可以放很多點的資訊,畫平均也能降低單點量測誤差的影響(來源 1)。
  • 管制界限怎麼來:可以手動輸入(用類似產品的生產數據算),也可以讓機台自動算;同一家代工廠先設「前 30 片後停止更新界限、第 10 片起開始判規則」,發現只用前 30 片算有問題(論文寫的原因是製程間歇偏移),為了不用一直重設管制圖,改成每片都重算,後來因為其他實務上的困難,改成用 100 片算(來源 1)。
  • 規則不要開太多:他們只開兩條作業員看得懂、知道怎麼反應的規則:一點超出管制界限、連續 6 點上升或下降(來源 1)。
  • 不是印刷的數據會撐寬界限:光板這類不代表印刷的數據,會把界限假性撐寬、蓋住真正的失控;他們一開始讓作業員逐點停用,後來發現難以持續,改成限制計算界限用的片數(來源 1)。
縱向:錫膏體積 橫向:一片一片印下去 規格上限 管制上限 中心線 (平均) 管制下限 規格下限 紅圈:超出管制界限,但還在規格界限內 製程變了,先找原因,這片板子不一定不良 規格界限 從焊點需要的錫膏量訂;判這片板子通過或擋下 管制界限 從自己產線穩定時的數據算;看製程有沒有變 示意圖;依來源一、六、七,不是量測數據
圖 3 規格界限與管制界限:規格界限判這片板子要不要擋下,管制界限看印刷製程有沒有變(示意圖,依來源 1、6、7)

公開資料怎麼說: 美國國家標準與技術研究院的工程統計手冊寫:管制圖的中心線代表製程穩定時的平均,上下管制界限的取法,是讓製程穩定時幾乎所有點都落在裡面;常用加減 3 個標準差,常態分布下兩邊合計約 0.0027 的機率,這個數字本身是人訂的,取決於願意承擔的風險;同一本手冊寫:製程能力是把穩定製程的輸出和規格界限比較,Cp 是規格寬度除以 6 個標準差,Cpk 取平均到上下限較近的一邊除以 3 個標準差,這些指標假設常態分布,樣本約 50 個獨立數據才算夠。前面那篇沒有標年份的論文寫:以 Cpk 1.33(4 個標準差水準、每百萬 63 個不良)以上為目標;一般產品 102 片板的數據混算,Cpk 只有 1.24,拆成兩群分開算是 2.01 與 2.37,那批產品沒有和錫膏量有關的焊點不良,所以數據要依焊墊個別分析,或分組後再分析。前面那篇 2002 年的論文寫:SPC 工具有平均值管制圖,搭配全距圖或標準差圖;一開始依開口大小分類多花約 45 分鐘設定,分類名稱對作業員也沒有太大意義,後來改成只畫難印的位置、用零件位置編號分組;管制界限可以手動輸入或自動算,自動計算的設定從前 30 片、每片重算,之後改成 100 片;只開「一點超出管制界限」與「連續 6 點上升或下降」兩條規則;光板這類不代表印刷的數據會把界限假性撐寬、蓋住真正的失控,逐點停用難以持續,後來改成限制計算界限的片數(備註表 4)。

階段⑤:用數據找原因

怎麼做:

  • 管制圖只告訴您變了:管制圖會告訴您製程失控,不會告訴您該怎麼處理;找出變異來源、學會怎麼處理,是持續的學習;一家代工廠剛導入時,起初幾個班次的產出只剩一半,熟悉後才慢慢加快(來源 1)。
  • 刮的方向:來回兩個方向印,平均體積跟著上下擺盪;那一次的處理是把兩支刮刀都換新(來源 1)。
  • 停機之後:休息後剛印的幾片,平均體積偏低、標準差偏大,錫膏重新刮動夠了才回來;作業員改用管制圖判斷錫膏是不是刮夠了(來源 1)。
  • 換鋼板:換上新的(不同的)鋼板,平均體積會整個移到新的位置(來源 1)。
  • 有變動就記下來:洗鋼板、加或換錫膏、改印刷機設定時,在圖上加註記,事後才對得起來(來源 1)。
  • 整顆零件不平衡,回頭查這幾處:支撐不足或不平、防焊定義與銅箔定義的焊墊混用、沒在印的那支刮刀掉錫膏、印刷參數或錫膏本身的問題等(來源 3)。
  • 鋼板也要看:開口裡留著錫膏,板上對應的位置通常就少錫;鋼板底面沾錫膏,開口和焊墊貼不緊,印點變寬變高、錫膏漏進焊墊之間(來源 9)。
  • 設計不良先修:板子、鋼板、錫膏的設計與維護不對,機台能補償的有限;有一定穩定度的製程,挑對位置抽樣就夠看出趨勢,設計不良的板子與鋼板可能要全檢,這時改設計可能比較實際(來源 9)。
  • 開口本身也可以改:一份論文建議,開口盡量設計在轉移率 90% 到 100% 之間;小於 0.025 吋見方的開口要放大,補償脫模不足;寬度 0.060 吋以上的焊墊,把開口分成幾格,避免被刮刀挖走(來源 2)。

公開資料怎麼說: 前面那篇 2002 年的論文寫:管制圖會告訴您製程失控,但不會告訴您怎麼處理,所以 SPC 不能像裝印刷機一樣裝起來就好;剛導入時,起初幾個班次的產出只剩一半;用 SPC 找到的變異原因包括:印刷方向不同讓平均體積上下擺盪(那次把兩支刮刀換新)、休息後剛印的幾片平均體積低、標準差大,直到錫膏重新刮動夠了、換新的鋼板讓平均體積永久偏移;只在已知的製程變動時加註記,例如洗鋼板、加或換錫膏、改印刷機設定。前面那本雜誌的文章寫:所有體積都在焊墊界限內時,很難把產線末端的不良對回印刷;錫膏量不平衡的原因包括支撐不足或不平、防焊定義與銅箔定義的焊墊混用、沒在印的刮刀掉錫膏、印刷參數不好或錫膏本身挑剔等。前面那篇約 2005 年的論文寫:第一步是只用設計、製造與維護都正確的板子、鋼板與錫膏,機台補償的能力有限;有一定穩定度時,挑對位置的統計抽樣就夠,設計不良的板子與鋼板可能要全檢,調整設計可能比較實際;開口裡留錫膏,板上對應位置通常少錫,鋼板底面有錫膏會讓印點變寬變高、錫膏漏進間隙。前面那篇沒有標年份的論文在結論建議:開口盡量設計在 90% 到 100% 的轉移率,小開口要放大,寬度 0.060 吋以上的焊墊要分格開口(備註表 5)。

嘉鴻能幫的:

常見問題

Q1:2D SPI 和 3D SPI 差在哪?只量面積夠嗎?

2D SPI 從正上方拍影像,只量得到錫膏蓋住的面積,量不到高度與體積;3D SPI 先量出高度分布,才算得出體積。一份放在 IPC 網站的 2D 與 3D 比對論文寫,2D 的面積包含所有錫膏、不管多高,3D 的面積則是在設定的高度門檻處切出來的截面,所以 3D 量到的面積通常比 2D 小;兩種量法的面積相關性弱,0603 電阻焊墊的 R² 約 27.9%,BGA 約 47.6%。本頁的上下限是用體積訂的,只有面積的數據不能直接套用(見本頁階段①)。

Q2:SPI 的 Gage R&R 要做到多少才算合格?

常見的目標是 10% 以下。一家 SPI 設備廠的選購文章寫,業界以 6 個標準差計算、Gage R&R 低於 10% 為目標;一份量測系統分析的說明文件寫,低於 10% 為良好,10% 到 30% 依應用的重要程度可能可以接受,超過 30% 要先改善量測系統。一份 IPC 論文的做法,是同一塊板用固定參數印 30 次,以 P/T 比低於 10 視為很好。另一份 IPC 論文提醒,Gage R&R 只看量得穩不穩,量得準不準還要用校正件比對(見本頁階段①)。

Q3:SPI 量的高度,零點是從哪裡算起?

零點是機台推算出的焊墊表面(板面基準),焊墊被錫膏蓋住看不到,這個基準面算偏了,高度與體積就跟著偏(見本頁階段②)。一份 IPC 論文用蝕刻黃銅板、鍍銅做成固定高度的「假錫膏」當參考板,論文寫高度要以板上的線路當基準量,不要用焊墊周圍的凹槽,實驗室每個焊墊量 10 次取平均,再拿來和 SPI 的讀值比。另一份 IPC 的 2D 與 3D 比對論文寫,高度門檻低於 2 mil(約 0.05 mm)時,高度圖上的雜訊可能讓結果不可靠。基準面的推算方式各家機台不同,請以設備廠的說明與您自己的比對結果為準。

Q4:SPI 可以把數據回饋給印刷機自動修正嗎?

可以,這種做法叫閉環回饋,常見的是回饋位置偏移。一本電子組裝雜誌 2023 年的文章(作者任職於一家設備廠)寫,SPI 量出整片板的錫膏位置後,把 X、Y 與旋轉角的修正值寫進印刷機程式的鋼板偏移,並用計數器決定多久修正一次;測試結果和人工計算偏移的結果相近。這篇文章回饋的是位置,體積偏少或同一顆零件不平衡,仍要照本頁階段⑤回頭查刮刀、停機、鋼板與支撐。

備註:來源與例外

以下給需要核對的人看,不看也不影響上面的做法。SPI 設備廠、錫膏廠與鋼板廠的資料、您的產品規範與您自己的驗證,和本文不同時,以它們為準。

各階段的出處

來源用在哪裡與出處
來源 1階段①、③、④、⑤:量測項目、3D 量法、焊錫製程占的比例、預設正負 50%、灰色地帶、收窄的代價、管制圖、分組、管制界限的設定、規則、變異原因;一家電子製造服務廠與一家檢查設備廠在 IPC 研討會合寫的論文(2002 年)
來源 2階段②、③、④、⑤:轉移率與開口大小、刮刀挖走、防焊定義焊墊、雙峰分布、從絕對體積訂上下限、Cpk 與分組、開口設計;一份放在 IPC 網站的技術論文(作者來自一家公司,第一作者是製程工程師;檔案沒有標年份,引用到 2013 年的文獻)
來源 3階段①、②、③、④、⑤:量測項目、百分比的基準、預設正負 50%、依零件調整、焊墊界限與零件界限、不平衡的後果與原因;一本電子組裝雜誌刊出的文章(2015 年,文末註明作者代一家 SPI 設備廠撰寫)
來源 4階段①、②:只量高度的問題、校正與量測誤差、轉移率高於百分之百的真假原因;一個電子組裝專家問答網站的問答(2012 年刊出、2024 年更新)
來源 5階段②:面積比的定義、轉移率與面積比的關係、面積比的下限;一家錫膏廠的作者團隊在產業媒體的文章(廠商資料,網頁沒有可靠的日期)
來源 6階段④:管制圖的中心線與管制界限、3 個標準差;美國國家標準與技術研究院的工程統計手冊:管制圖
來源 7階段④:製程能力、Cp 與 Cpk、樣本數;同一本手冊:製程能力
來源 8階段①:判斷高度過高的門檻會改變回報的體積;一家錫料廠的部落格(廠商資料,2021 年發表,2025 年另有修改)
來源 9階段①、⑤:印刷後馬上檢出、先修設計、抽樣與全檢、鋼板檢查;一家印刷機廠在 IPC 研討會發表的論文(研討會名稱標「05」,約 2005 年)
嘉鴻資料「嘉鴻能幫的」;嘉鴻工程部的協助範圍、設備導入評估、SMT 製程稽核、錫膏印刷不良的文章

表 1|SPI 量什麼、量得準不準

項目公開資料怎麼說
量測項目體積、高度、面積、位置,常判定體積與位置(來源 3);覆蓋面積、偏移、平均與峰值高度、連錫(來源 1)
3D 量法雷射光點掃描,用反射光位置算高度(來源 1)
只量高度印點中間有尖時可能比鋼板高,要量體積(來源 4)
校正用可實體量測的校正件比對,了解量測誤差(來源 4)
重複量同一片量很多次、換方向量(來源 4)
門檻參數高度門檻差 5 微米,回報體積就明顯不同(來源 8)
為什麼量焊錫製程通常占產線末端不良四到六成(來源 1,引用其他資料);置件前擋下不良板(來源 9)

來源:見各列;來源 8 談的是系統級封裝用的薄鋼板。

表 2|轉移率

項目公開資料怎麼說
基準界限以開口理論尺寸與位置的百分比表示(來源 3)
面積比錫膏與參數固定時,轉移率 95% 取決於面積比;低於 0.5 不建議(來源 5)
小開口脫模差,邊長 0.014 吋方形約 84%(來源 2)
大開口寬度約 0.060 到 0.070 吋起,刮刀把錫膏挖走(來源 2)
防焊定義焊墊鋼板被墊高,上限 約 110%(來源 2)
高於百分之百(真的)鋼板被撐起、開口或厚度不同、刮刀沒刮乾淨、底下擠出(來源 4)
高於百分之百(假象)基準面誤差、陰影、解析度不足、邊緣翹起被誤算(來源 4)
雙峰低的一群與高的一群來自不同焊墊(來源 2)

來源:見各列;來源 2 的數字是在沒有導通孔與線路的試驗板上量的。

表 3|規格界限

項目公開資料怎麼說
預設常見正負 50%,依零件不同(來源 1、3)
理論上設在產線末端會出不良的點,有灰色地帶(來源 1)
怎麼訂從做得出可靠焊點的絕對體積訂,關鍵零件分開(來源 2)
依零件0201、01005 收窄;大 BGA 往高移;小 BGA 往低移(來源 3)
收窄的代價可能影響產出,另用製程管制保持置中(來源 1)
零件界限同一顆零件各焊墊之間的差異(來源 3)
怕不平衡LGA、QFN 這類焊點全靠錫膏的零件(來源 3)

來源:見各列;來源 3 文末註明作者代一家 SPI 設備廠撰寫,零件界限是該設備的功能。

表 4|管制界限與製程能力

項目公開資料怎麼說
管制界限從穩定時的數據算,中心線是平均,常用加減 3 個標準差(來源 6)
製程能力Cp、Cpk 的算法,假設常態、約 50 個獨立數據(來源 7)
目標Cpk 1.33 以上(來源 2)
分組混算 Cpk 1.24,分兩群算是 2.01 與 2.37(來源 2)
怎麼分組只畫難印的位置,用零件位置編號分組(來源 1)
界限設定手動或自動;從前 30 片、每片重算,之後用 100 片(來源 1)
規則一點超出、連續 6 點上升或下降(來源 1)
排除數據光板等不代表印刷的數據會假性撐寬界限(來源 1)

來源:見各列;來源 1 的設定是那家代工廠自己的選擇,不是標準。

表 5|用數據找原因

項目公開資料怎麼說
剛導入起初幾個班次產出只剩一半(來源 1)
刮的方向平均體積來回擺盪,換刮刀後消失(來源 1)
停機之後開頭幾片體積低、變異大(來源 1)
換鋼板平均體積整個移位(來源 1)
不平衡的原因支撐、焊墊定義混用、刮刀掉錫膏、參數或錫膏等(來源 3)
鋼板開口留錫膏、底面沾錫膏的影響(來源 9)
開口設計轉移率 90% 到 100%、小開口放大、大焊墊分格(來源 2)

來源:見各列。

例外與限制

  • 看到什麼:本文讀到的是 9 份公開資料,以及嘉鴻已上線的 3 篇文章;規格界限的數字不是標準條文,錫膏印刷與鋼板設計,請以 IPC 的規範本身為準。
  • 來源的立場與年代:來源 3 文末註明作者代一家 SPI 設備廠撰寫,介紹的是該設備的功能;來源 5、8 是錫膏廠與錫料廠的資料;來源 3 與來源 5 有同一位作者,兩份不算完全獨立;來源 1 是 2002 年的資料,設備與軟體已經不同;來源 2 的檔案沒有標年份,只知道晚於它引用的 2013 年文獻;來源 9 的年份是依研討會名稱推得。
  • 數字的條件:正負 50% 是預設常見的寫法,不是建議值;來源 2 的轉移率數字是在特定鋼板、錫膏與試驗板上量的;來源 1 的 30 片、100 片與兩條規則,是那家代工廠自己的設定。
  • 規格與管制要分開:規格界限從產品與焊點的需求訂,管制界限從自己產線的數據算;用管制界限去判退板子,或用規格界限去看製程有沒有變,都會失準(本文的整理,依來源 1、6、7)。
  • 本文的整理:階段④「兩種界限不一樣」裡規格界限的那半句、階段④的「名詞先對齊」、例外的「規格與管制要分開」、圖 1 到圖 3(圖 2 依來源 2、4,圖 3 依來源 1、6、7),是本文的整理;其餘句子都能在來源或嘉鴻的頁面找到對應的敘述。
  • 嘉鴻的協助範圍:「嘉鴻能幫的」只寫嘉鴻工程部的協助範圍與站上已發佈頁面的原句。

本文為一般情況的整理,不是標準條文的轉述,也不是對某一家 SPI 設備廠、錫膏廠或鋼板廠的背書,更不構成對您產品與製程的保證。請以設備廠、錫膏廠與鋼板廠的資料、您的產品規範,以及您自己的驗證為準;此為一般情況,仍需視個案而定。

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