3D-SPI 锡膏检测：定义、原理、作用及流程

在 SMT生产流程中，锡膏印刷是决定焊接质量的关键环节，而3D-SPI （Solder Paste Inspection） 则是印刷后对锡膏质量进行精准检测的核心工艺，是保障后续焊接良率的 “把关环节”。以下从定义、原理、作用及流程四方面详细说明：

一、SPI 锡膏检测的定义

SPI 锡膏检测是指通过光学检测设备，对 PCB上印刷后的锡膏进行三维或二维参数测量，比对预设标准，判定锡膏印刷是否存在缺陷（如少锡、多锡、偏移、桥连等）的自动化检测技术。

它是 SMT 生产中 “锡膏印刷→SPI 检测→元器件贴装” 流程的中间质量控制点，能在焊接前及时发现印刷问题，避免缺陷流入后续工序。

二、SPI 锡膏检测的主要原理

SPI 的核心原理是光学成像与三维重建技术，目前主流为 3D SPI（相比传统 2D SPI 更精准），具体过程如下：

1、光学扫描：
设备通过投影模块（如激光线、条纹光或多频光栅）向 PCB 印刷面投射结构化光，同时通过高分辨率相机（多视角）捕捉锡膏表面的反射光 / 散射光信号。

2、三维重建：
利用 “三角测量法” 计算锡膏的三维形态：投射光在锡膏表面形成畸变条纹，相机捕捉畸变图像后，通过算法分析条纹偏移量，换算出锡膏的高度、体积、表面积等三维参数（2D SPI 仅能通过灰度值检测面积，无法判断高度和体积，已逐渐被 3D 替代）。

3、数据比对：
将实测的三维参数（如锡膏体积、高度、面积、偏移量、桥连间距等）与预设的标准模板（根据 PCB 设计的焊盘参数设定）对比，超出公差范围即判定为缺陷。

三、SPI 锡膏检测的作用

SPI 是 SMT 质量控制的 “核心防线”，主要作用包括：

1、及时拦截印刷缺陷：
精准识别少锡（体积不足）、多锡（体积超标）、偏移（位置偏差）、桥连（相邻焊盘锡膏连通）、针孔（锡膏表面孔洞）等缺陷，避免这些问题导致后续焊接不良（如虚焊、假焊、短路）。

2、提升生产良率与效率：
相比人工抽检（效率低、漏检率高），SPI 可 100% 全检，缺陷检出率达 99% 以上，减少因印刷问题导致的批量返工，降低物料浪费和工时成本。

3、优化印刷工艺参数：
通过统计缺陷类型（如某批次多锡占比高）和分布规律（如某区域偏移频繁），反向指导锡膏印刷参数调整（如刮刀压力、速度、钢网开孔尺寸），持续改进工艺稳定性。

4、数据追溯与过程管控：
记录每块 PCB 的检测数据（缺陷类型、位置、参数偏差值），支持质量追溯（如追溯某批次 PCB 的印刷质量），同时为生产过程的 SPC（统计过程控制）提供数据支撑。

四、SPI 锡膏检测的流程

SPI 检测流程需与 SMT 生产线联动，嵌入印刷后、贴装前的工位，具体步骤如下：

 1、PCB 定位与预处理

a. PCB 经传送带进入 SPI 检测工位，设备通过识别 PCB 上的 Mark 点（基准点）完成精准定位，确保检测位置与焊盘坐标匹配（定位精度需≤±0.01mm）。

b. 部分设备会先进行表面清洁（如吹尘），避免 PCB 表面杂质（如锡膏碎屑）干扰成像。

2、三维扫描与成像

a. 设备启动光学扫描：投影模块投射结构化光，相机同步采集锡膏表面的三维图像，生成每块焊盘的锡膏三维模型（包含 X/Y 轴位置、Z 轴高度数据）。

b. 扫描速度根据 PCB 尺寸调整，通常单块 PCB（如 300×200mm）检测时间≤2 秒，适配生产线节拍。

3、数据处理与缺陷判定

c. 算法对扫描数据进行分析：计算每个焊盘的锡膏体积（核心指标，通常要求在标准值的 ±15% 内）、高度（避免因高度不足导致虚焊）、面积（避免覆盖不足）、偏移量（X/Y 方向偏差≤0.1mm）等参数。

d. 预设的标准模板对比，超出公差的判定为缺陷，并按严重程度分类（如致命缺陷：桥连；次要缺陷：轻微偏移）。

4、结果反馈与处理

a. 若检测合格，PCB 通过传送带进入下工序（元器件贴装）；若存在缺陷，设备通过声光报警提示操作员，同时在屏幕显示缺陷位置和参数偏差（如 “焊盘 R12 体积 - 20%”），并标记不良 PCB（如通过打标机打点）。

b. 操作员可通过设备界面查看缺陷图像（三维可视化），判定是否需要返工（如手工补锡、擦除多余锡膏）。

5、数据存储与统计分析
检测数据自动上传至 MES 系统，生成日报 / 周报（如缺陷率、TOP3 缺陷类型），支持管理人员监控印刷工序稳定性，为工艺优化提供依据。

五、SPI 锡膏检测是 SMT 生产中 “防患于未然” 的关键环节。

通过光学三维检测技术，实现了印刷缺陷的精准识别、及时拦截和工艺优化，是保障电子产品焊接质量、提升生产效率的核心技术手段。在高密度、高精度的 SMT 生产中（如手机、汽车电子），SPI 已成为必不可少的质量控制设备。