SPI INSPECTIE
PCB ASSEMBLAGE
Solder Paste Inspection is vaak de goedkoopste plek om SMT-defecten te stoppen. Deze gids laat zien wat SPI meet, wanneer 3D SPI nodig is en hoe u met closed-loop printing meer first-pass yield en minder rework krijgt.
Hommer Zhao
Oprichter PCB Assemblage | 15+ jaar ervaring in PCB productie
Bij SMT-projecten wordt vaak veel aandacht gegeven aan pick-and-place, reflow en AOI, terwijl de meeste variatie al eerder ontstaat bij de stencilprint. SPI is voor ons geen luxe inspectie, maar het snelste instrument om printafwijkingen te corrigeren voordat ze doorschuiven naar dure rework of latent kwaliteitsrisico.
"Als een ontwerpteam in de eerste review al IPC-2221, een procesmarge van 20% en minimaal 3 kritische DFM-punten vastlegt, zien wij de first-pass yield doorgaans direct boven 98% uitkomen."
Hommer Zhao, Founder & CEO, WIRINGO
Voor een snelle vervolgstap zijn onze gidsen over DFM-checks, PCB testen en IPC-kwaliteitsklassen de meest gebruikte referenties in onze offertefase.
Wat Is SPI in PCB Assemblage?
Solder Paste Inspection (SPI) is de meting van de soldeerpasta direct na het stencilprintproces en vóór componentplaatsing. Waar een operator alleen ziet of er “ongeveer pasta” op een pad ligt, meet een SPI-systeem exact volume, hoogte, oppervlakte en positie van elke depositie. Daardoor weet u al vóór reflow of het proces stabiel genoeg is om shorts, opens en tombstoning te vermijden.
Voor inkopers en engineers is SPI relevant omdat het de eerste echte kwaliteitsgate in de SMT-assemblagelijn vormt. Zodra een board met verkeerde pastadepositie doorloopt naar pick-and-place en de reflow-oven, wordt dezelfde fout veel duurder om te analyseren en te herstellen. Daarom behandelen serieuze EMS-partners SPI als procescontrole, niet als optionele extra.
Het onderwerp hangt nauw samen met de basis van surface-mount technology, met de bredere IPC-context voor elektronica-assemblage op IPC en met de materiaalkant van solder paste. Wie SPI los ziet van stencilontwerp, paste-keuze en SPC mist meestal de echte waarde van het systeem.
Belangrijkste voorspeller van opens en voiding
Relevant bij QFN, BGA en lage standoff
Detecteert misalignment vóór plaatsing
Stuurt closed-loop printercorrecties aan
Bij 0,5 mm pitch en kleiner accepteren wij normaal geen procesvrijgave zonder meetbare pastecontrole. Een volumefout van 15 procent lijkt klein, maar kan in een serie van 1.000 boards exact het verschil zijn tussen stabiele yield en terugkerende opens op dezelfde padgroep.
— Hommer Zhao, Oprichter & Technisch Expert
Waarom SPI Defecten Goedkoop Vroeg Vangt
In SMT ontstaan veel defecten niet bij plaatsing of in de oven, maar al op het moment dat de pasta niet correct wordt afgedrukt. Denk aan te weinig volume op één pad van een 0402, te veel pasta onder een QFN thermal pad, of een lichte verschuiving van een fine-pitch connector. Zonder SPI ziet u die fout pas terug bij AOI of röntgeninspectie, of erger: pas bij functionele uitval.
SPI verplaatst die ontdekking naar het goedkoopste punt in het proces. Een printerinstelling aanpassen, een stencil reinigen of een board onmiddellijk uit de flow halen kost weinig. Eenzelfde probleem na reflow betekent analyseren, rework, extra inspectie, mogelijk componentverlies en stilstand. Zeker bij NPI of lage series met dure IC’s is die voorkeursvolgorde essentieel.
Wat SPI Vroeg Kan Stoppen
- Onvoldoende paste op kleine passives en fine-pitch pads
- Excessieve depositie die later bridges of solder balls veroorzaakt
- Printermisalignment na stencilwissel of schoonmaakcyclus
- Trenddrift door squeegee-druk, underscreen cleaning of pastaveroudering
- Asymmetrische thermal-pad deposits die voiding of scheefstand versterken
Wat Zonder SPI Vaak Duurder Wordt
- Extra AOI false calls omdat de foutbron eerder in de print lag
- Herwerk op BGA of QFN terwijl de root cause stencilvolume was
- Onverklaarbare first-pass yield daling tussen batches of shifts
- Onnodig debugwerk in test door pure procesvariatie
- Discussie met leverancier zonder traceerbare printdata of trendgrafieken
SPI is geen vervanging voor AOI of X-ray
SPI controleert de pastaprint vóór plaatsing. AOI controleert zichtbare assemblageresultaten ná reflow. X-ray kijkt naar verborgen joints onder BGA, QFN en LGA. Voor een volwassen kwaliteitsstrategie combineert u deze methoden in de juiste volgorde in plaats van één stap te overslaan.
Welke Metingen SPI Echt Gebruikt
Het nuttigste SPI-rapport is niet een scherm vol kleuren, maar een duidelijke koppeling tussen meetwaarde en procesactie. De vier kernmetingen zijn volume, hoogte, oppervlakte en offset. Volume is meestal de hoofdindicator, maar bij kleine apertures of QFN thermal pads zegt alleen volume niet genoeg. Hoogte en vorm verraden dan of de depositie stabiel zal instorten of juist te weinig contact maakt.
Daarnaast kijkt een sterk proces naar trenddata per printer, stencil, producttype en operator. Dat is waar statistical process control relevant wordt. Een enkele NOK-print kan toeval zijn; een langzame trend naar 82 procent volume op één footprintfamilie is een voorspelbaar procesprobleem dat u vóór yieldverlies wilt stoppen.
Wij gebruiken SPI-data nooit alleen als pass-or-fail. De echte winst zit in trendherkenning: als drie opeenvolgende prints op kritische pads van 103 naar 96 en daarna 89 procent volume schuiven, grijpt u in vóórdat AOI of FCT de rekening presenteert.
— Hommer Zhao, Oprichter & Technisch Expert
SPI Metingen en Actiegrenzen
| SPI-parameter | Wat het voorspelt | Typische startgrens | Wanneer aanscherpen | Gebruikelijke actie |
|---|---|---|---|---|
| Volume | Opens, onvoldoende wetting, lage standoff | 80-120% | BGA 0,5 mm en fijner, medische builds | Printer bijregelen of board blokkeren |
| Hoogte | QFN-voiding, scheefstand, slechte collapse | Procesafhankelijk | Thermal pads, stepped stencil | Stencil/recept en squeegee checken |
| Oppervlakte | Bridging en releaseproblemen | Volgens aperture-profiel | Fine-pitch IC en connectorvelden | Stencleaning of aperture-review |
| XY-offset | Misregistration, solder bridging, padverlies | Vaak ±25 tot ±50 µm | Kleine passives en 0,4 mm BGA | Alignment of tooling controleren |
| Insufficient area ratio zones | Slechte paste release | Layout/stencil review | 01005, micro-BGA, kleine apertures | Stencilontwerp of dikte aanpassen |
| Trenddrift per batch | Yieldverlies over tijd | SPC-regels per product | Serieproductie en meerdere shifts | Closed-loop feedback of onderhoud |
Kopieer geen generieke SPI-limieten blind
Een universele grens van 80 tot 120 procent klinkt professioneel, maar is zonder package-context soms te slap en soms te streng. QFN thermal pads, step stencils, pin-in-paste en ultra-fine pitch vragen meestal productgebonden limieten. Vraag uw leverancier daarom niet alleen óf hij SPI heeft, maar hoe de grenswaarden per kritische footprint zijn gevalideerd.
2D vs 3D SPI en Closed-Loop Printing
2D SPI kan voldoende zijn voor eenvoudige boards met royale pads en lage densiteit, maar 3D SPI is de betere keuze zodra volumebeheersing de yield bepaalt. Dat geldt voor BGA, QFN, LGA, kleine passives en assemblages met smalle procesvensters. 3D-systemen meten niet alleen of er pasta ligt, maar hoeveel en in welke vorm.
De volgende stap is closed-loop printing: SPI stuurt afwijkingen terug naar de printer zodat offset, druk of schoonmaakfrequentie automatisch wordt gecorrigeerd. Dat is vooral waardevol bij serieproductie, waar een kleine drift honderden boards kan raken. In combinatie met onze gids over soldeerpasta en stencilontwerp vormt dit de kern van een reproduceerbaar SMT-proces.
2D SPI
Geschikt voor eenvoudige producten, grotere pads en basale positiecontrole. Minder bruikbaar zodra volume en hoogte direct de betrouwbaarheid bepalen.
3D SPI
Meet echte volumetrie en maakt procesvensters per package mogelijk. Sterk bij fine-pitch, thermal pads, BGA en serieproductie met SPC.
Closed-Loop
Combineert SPI met printerfeedback. Vooral rendabel wanneer dezelfde productfamilie langdurig draait en elke trendafwijking direct output beïnvloedt.
Bij serieorders boven circa 500 boards per batch is 3D SPI met closed-loop vaak goedkoper dan achteraf sorteren. U betaalt dan niet voor extra inspectie, maar voor minder verborgen variatie in stencilprint, minder alarm-moeheid bij AOI en een stabielere first-pass yield.
— Hommer Zhao, Oprichter & Technisch Expert
Wanneer SPI Verplicht Is en Wanneer Niet
Niet elke PCB heeft hetzelfde inspectieniveau nodig. Een grof industrieel board met ruime pads en lage componentdichtheid kan soms met basisprintcontrole en AOI prima uitkomen. Maar zodra u naar fine-pitch, BGA, QFN, medische elektronica, automotive of herhaalseries gaat, wordt SPI praktisch een vereiste. De vraag is dan niet meer of u SPI inzet, maar op welke features u 100 procent dekking en welke rapportage u wilt.
Ook commercieel is dat relevant. In een offerte lijkt “SPI optioneel” soms goedkoper, maar die besparing verdampt snel wanneer u daarna extra test- en kwaliteitscontrole of rework nodig heeft. Voor NPI kan een leverancier best starten met volledige SPI op kritische packages en later reduceren naar een onderbouwd control plan zodra het proces statistisch stabiel is.
SPI loont meestal direct bij deze projecten
Fine-pitch SMT, 0,5 mm BGA of kleiner, QFN met exposed pad, medische en automotive builds, high-mix NPI, serieproductie met meerdere shifts, en elk project waarbij stencilprint al eerder als root cause is vastgesteld.
Supplier Checklist Voor Inkopers
Wie SPI in een RFQ zet, moet vermijden dat het een vinkje zonder inhoud wordt. Vraag niet alleen “hebben jullie SPI?”, maar leg vast welke boards, welke packages en welke rapportage onder die eis vallen. Anders krijgt u misschien een eenvoudige scan op eerste artikelen terwijl u dacht dat 100 procent volumebewaking onderdeel van de prijs was.
Specificeer of SPI geldt voor alle boards of alleen kritische componentvelden.
Vraag of het systeem 2D of 3D is en of volumemeting traceerbaar wordt opgeslagen.
Leg package-specifieke aandacht vast: BGA, QFN, LGA, fine-pitch connectors, 0201.
Vraag naar closed-loop printercorrectie en SPC-trendanalyse per batch of shift.
Controleer of first article review en afwijkingsafhandeling in de standaardflow zitten.
Laat SPI aansluiten op AOI, röntgen en functionele test in één control plan.
Een machinefoto is geen procesbeheersing
Veel leveranciers tonen graag dure inspectieapparatuur, maar dat zegt weinig over de manier waarop limieten zijn ingesteld, afwijkingen worden afgehandeld en printerdata teruggekoppeld wordt. Vraag daarom altijd naar een concreet voorbeeld van SPI-rapportage, trendgrafiek en corrigerende actie op een vergelijkbaar producttype.
SPI in NPI, Serie en Continue Verbetering
In NPI gebruikt u SPI anders dan in een stabiele serie. Tijdens de eerste runs is het doel vooral bevestigen dat stencil, paste, printerinstellingen en land pattern logisch op elkaar aansluiten. Dan wilt u dus niet alleen pass/fail, maar ook een inhoudelijke review van de eerste prints: welke pads zitten dicht op de ondergrens, waar ontstaat paste spread en welke apertures vragen mogelijk reductie of juist meer opening. Dat soort leerpunten hoort thuis in dezelfde vrijgavecyclus als de DFM-review.
In serieproductie verschuift de waarde van SPI naar stabiliteit en voorspelbaarheid. U wilt zien of dezelfde printkwaliteit behouden blijft tussen shifts, stencilreinigingen, lotwissels van soldeerpasta en onderhoudsmomenten aan de printer. Wanneer die data netjes wordt bijgehouden, kunt u procesafwijkingen koppelen aan echte oorzaken in plaats van op basis van gevoel te corrigeren. Dat maakt gesprekken over yield, klachten en corrigerende maatregelen veel concreter.
Teams die SPI slim gebruiken, koppelen de metingen daarom aan drie niveaus: vrijgave van het product, trendbewaking per batch en continue verbetering over meerdere builds heen. Daardoor ziet u bijvoorbeeld dat een bepaalde footprintfamilie structureel dichter bij de volumelimiet zit, of dat een specifieke combinatie van paste en stencil sneller drift vertoont. Zulke inzichten zijn vaak waardevoller dan nog een extra visuele inspectiestap verderop in de lijn.
Praktische vuistregel voor inkoopteams
Vraag bij NPI naar voorbeeldbeelden van de eerste SPI-run en bij serie naar trendrapportage over meerdere batches. Een leverancier die alleen een groene OK/NOK-status toont, geeft meestal minder procesinzicht dan een partner die volumetrends, correcties en afwijkingslogboeken kan delen.
Veelgestelde Vragen
Wat meet SPI precies op een PCB?
SPI meet normaal gesproken volume, hoogte, oppervlakte en XY-offset van elke pastadepositie direct na stencilprint. Bij 3D SPI gebeurt dat met volumetrie per pad, vaak met procesvensters van ongeveer 80 tot 120 procent van het nominale volume, afhankelijk van package, pitch en IPC-acceptatieplan.
Is SPI nodig als mijn assemblage al AOI heeft?
Ja, AOI en SPI lossen verschillende problemen op. SPI ziet printfouten vóór plaatsing en reflow; AOI controleert zichtbare resultaten ná reflow. Bij fine-pitch SMT voorkomt SPI dat een fout in pastavolume pas na de oven zichtbaar wordt, wanneer rework per board vaak tien- tot twintigvoudig duurder is.
Wanneer is 3D SPI beter dan 2D SPI?
3D SPI verdient zich meestal terug bij 0,5 mm pitch en fijner, BGA, QFN met exposed pad, gemengde boarddensiteit en serieproductie met SPC. 2D-systemen kunnen positie en vorm beoordelen, maar missen nauwkeurige volumemeting en zijn daardoor zwakker bij lage standoff, onvoldoende pasta of asymmetrische deposits.
Welke defecten voorkomt SPI het vaakst?
De hoogste opbrengst zit meestal in te weinig paste, te veel paste, misalignment, bridging-risico en ontbrekende deposits. In de praktijk voorkomt een goed ingesteld SPI-proces vooral opens, tombstoning, solder bridges en voiding-risico’s die later pas bij AOI, röntgen of functionele test zouden opduiken.
Welke actielimieten zijn normaal bij SPI?
Veel fabrieken starten met waarschuwingsgrenzen rond 80 tot 120 procent volume en strengere regels op kritische pads, bijvoorbeeld 85 tot 115 procent voor 0,4 mm BGA of QFN thermal pads. De juiste limiet hangt af van stencilontwerp, padgeometrie, paste type en de eisen van IPC-A-610 of uw eigen control plan.
Hoe vraagt een inkoper SPI correct op in een offerte?
Specificeer of u 100 procent SPI wilt op alle boards of alleen op kritische features, welke packages kritisch zijn, of closed-loop feedback vereist is, en welke rapportage u verwacht. Voor medische, automotive of andere gereguleerde builds is het verstandig om traceerbare SPI-logs, first article review en batchgebonden afwijkingsafhandeling expliciet mee te nemen.
Bronnen en Referenties