Maszyny LDI i CCD w produkcji płyt obwodowych: technologie, zastosowania i wydajność

W świecie precyzyjnej produkcji płyt obwodowych dwie technologie wyróżniają się swoją rolą w zapewnieniu dokładności i wydajności:Systemy kontroli bezpośredniego obrazowania laserowego (LDI) i urządzenia połączonego z ładunkiem (CCD)LDI zrewolucjonizował proces tworzenia wzorów PCB, zastępując tradycyjną fotolitografię precyzją laserową, podczas gdy maszyny CCD służą jako kluczowy punkt kontroli jakości,wykrywanie wad, które mogą zagrozić wydajnościRazem tworzą oni kręgosłup nowoczesnej produkcji PCB, umożliwiając tworzenie wysokiej gęstości, niezawodnych płyt wykorzystywanych we wszystkim, od routerów 5G po czujniki samochodowe.W tym przewodniku omówiono sposób działania maszyn LDI i CCD, ich unikalnych mocnych stron i sposobu, w jaki uzupełniają się w procesie produkcji.

Kluczowe wnioski
1.Maszyny LDI wykorzystują lasery UV do bezpośredniego obrazowania wzorów obwodów na płytkach PCB, osiągając dokładność ± 2 μm ∼5 razy lepszą niż tradycyjne fotomaski ∼krytyczne dla płytek HDI z śladami 50 μm.
2Systemy kontroli CCD z kamerami o pojemności 5 ̊50MP wykrywają 99% wad (np. zwarcia, brakujące ślady) w ciągu 1 ̊2 minuty na tablicę, znacznie przewyższając ręczną kontrolę (85% wskaźnik wykrywania).
3.LDI skraca czas produkcji o 30% poprzez wyeliminowanie tworzenia i obsługi masek fotograficznych, podczas gdy CCD obniża koszty ponownego wykonania o 60% dzięki wczesnemu wykrywaniu wad.
4Łącznie LDI i CCD umożliwiają masową produkcję skomplikowanych PCB (10+ warstw, 0,4 mm pasma BGA) z wskaźnikiem wad poniżej 100 ppm, spełniając rygorystyczne standardy motoryzacyjne i lotnicze.

Czym są maszyny LDI i jak działają?
Maszyny do bezpośredniego obrazowania laserowego (LDI) zastępują tradycyjny proces fotolitografii, który wykorzystuje fizyczne fotomaski do przenoszenia wzorów obwodów na płytę PCB.LDI wykorzystuje wysokiej mocy lasery UV do ′′rysunku ′′ obwodu bezpośrednio na fotorezystycznej powłoki PCB.

Proces LDI: krok po kroku
1Przygotowanie PCB: goły PCB jest pokryty odpornością na światło (suchą folia lub płyn), która tworzy się, gdy jest narażona na działanie promieniowania UV.
2.Laserowe obrazowanie: laser UV (355 nm) skanuje opór, odsłaniając obszary, które staną się śladami miedzi.zapewnienie precyzyjnego wyrównania z warstwami PCB.
3Rozwój: niewyeksponowany rezystor jest zmywany, pozostawiając wzór ochronny, który definiuje obwód.
4Etykietowanie: Odkryta miedź zostaje wytarta, pozostawiając pożądane ślady chronione przez utwardzony opor.

Główne zalety LDI
Dokładność: Lasery osiągają dokładność wyrównania ± 2 μm, w porównaniu z ± 10 μm z fotomaskami, umożliwiając ślady 50 μm i 0,1 mm poprzez średnice.
Szybkość: eliminuje produkcję fotomaski (która zajmuje 24 ⋅ 48 godzin) i zmniejsza czas przenoszenia wzoru o 50%.
Elastyczność: Łatwe dostosowywanie wzorców obwodów za pośrednictwem oprogramowania, idealne do tworzenia prototypów lub produkcji małych partii.
Efektywność kosztowa: W przypadku małych i średnich wolumenów (100 ‰ 10 000 sztuk), LDI unika kosztów masek fotograficznych ((500 ‰) 2 000 sztuk na zestaw masek).

Czym są maszyny CCD i ich rola w produkcji PCB?
Maszyny CCD (Charge-Coupled Device) to zautomatyzowane systemy inspekcji, które wykorzystują kamery o wysokiej rozdzielczości do rejestrowania obrazów płyt PCB, a następnie analizują je pod kątem wad przy użyciu algorytmów oprogramowania.Są one wdrażane na kluczowych etapach.: po wytłaczeniu (w celu sprawdzenia integralności śladów), po umieszczeniu części i po lutowaniu.

Jak działa inspekcja CCD
1.Zbieranie obrazu: Wiele kamer CCD (do 8) z oświetleniem LED (białym, RGB lub podczerwonym) rejestruje obrazy 2D lub 3D płyty z różnych kątów.
2Przetwarzanie obrazu: Oprogramowanie porównuje obrazy z “złotym szablonem” (referencją wolną od wad) w celu identyfikacji anomalii.
3Klasyfikacja wad: Problemy takie jak zwarcia, otwarte ślady lub niezgodne ze sobą elementy są oznaczane według stopnia nasilenia (krytyczne, poważne, niewielkie) do przeglądu.
4.Zgłaszanie: Dane są rejestrowane w celu analizy trendów, pomagając producentom w rozwiązywaniu podstawowych przyczyn (np. powtarzające się krótkie w określonej strefie PCB może wskazywać na problem z kalibracją LDI).

Rodzaje systemów kontroli CCD
a.2D CCD: Kontrola wad 2D (np. szerokość śladu, brakujące elementy) przy użyciu obrazów z góry w dół.
b.3D CCD: wykorzystuje strukturalne światło lub skanowanie laserowe w celu wykrycia problemów związanych z wysokością (np. objętość złącza lutowego, koplanarność części).
c. Inline CCD: zintegrowany z liniami produkcyjnymi w celu kontroli w czasie rzeczywistym, obsługujący maksymalnie 60 PCB na minutę.
d. CCD offline: stosowane do szczegółowego pobierania próbek lub analizy awarii, z wyższą rozdzielczością (50MP) w przypadku defektów drobnego tonia.

LDI vs CCD: uzupełniające się role w produkcji PCB
Podczas gdy LDI i CCD służą różnym celom, są ściśle powiązane w zapewnianiu jakości PCB.

Dlaczego LDI i CCD są niezbędne dla nowoczesnych PCB
Ponieważ PCB stają się coraz bardziej złożone, z ponad 10 warstwami, śladami 50 μm i komponentami o odległości 0,4 mm, tradycyjne metody zmagają się z utrzymaniem tempa.

1. Umożliwienie tworzenia PCB o wysokiej gęstości łączności międzyprzewodnikowej (HDI)
a. Rola LDI: tworzy ślady 50 μm i przewody 100 μm z stałą dokładnością, co umożliwia projektowanie HDI (np. PCB stacji bazowej 5G).
b. Rola CCD: sprawdza te drobne cechy pod kątem wad, takich jak rozrzedzanie śladów lub błędy w ustawieniu, które powodowałyby utratę sygnału w szybkich obwodach.

2. Obniżenie kosztów produkcji
a.Oszczędności LDI: eliminuje koszty masek fotograficznych i zmniejsza złom z niezgodnych warstw (o 70% w produkcji dużych objętości).
b.Oszczędności CCD: Wykrywa wady na wczesnym etapie (np. po wytworzeniu, a nie po montażu), zmniejszając koszty ponownej pracy o 60%..

3. Spełnienie rygorystycznych standardów branżowych
a.Automotive (IATF 16949): wymaga wskaźników wad < 100 ppm. Dokładność LDI i 99% wskaźnik wykrywania CCD zapewniają zgodność.
b.Przestrzeni powietrznej (AS9100): Wymagania dotyczące identyfikowalności. Zarówno dane dziennika LDI, jak i CCD (pliki wzorców, sprawozdania z inspekcji) dla śladów audytu.
c.Medyczny (ISO 13485): wymaga zerowych wad krytycznych. Inspekcja 3D CCD® wykrywa subtelne problemy, takie jak próżnia lutownicza w urządzeniach ratowniczych.

Wyzwania i rozwiązania w zakresie wdrażania LDI i CCD
Systemy LDI i CCD wymagają starannego ustawienia, aby zwiększyć wydajność:

1Wyzwania związane z LDI
a.Przechodzenie lasera: Z biegiem czasu lasery mogą wyjść z kalibracji, powodując zmiany szerokości śladu.
Rozwiązanie: codzienna kalibracja tablicą odniesienia i informacje zwrotne w czasie rzeczywistym z kontroli CCD w celu dostosowania ustawienia lasera.
b.Wrażliwość na opór: Zmiany grubości oporu wpływają na ekspozycję, co prowadzi do niedostatecznej lub nadmiernej ekspozycji.
Rozwiązanie: Zautomatyzowane systemy powłoki oporowej z monitorowaniem grubości (tolerancja ± 1 μm).
c. Przepustowość dla dużych objętości: LDI jest wolniejsza od fotolitografii dla 100 000+ przepustowości.
Rozwiązanie: Wykorzystanie wielu maszyn LDI równolegle lub wykorzystanie systemów hybrydowych (maski fotograficzne dla dużych objętości, LDI dla prototypów).

2Wyzwania związane z CCD
a.Fałszywe wyniki: pył lub odbicia mogą wywoływać nieprawidłowe ostrzeżenia o wadze, spowalniając produkcję.
Rozwiązanie: algorytmy oparte na sztucznej inteligencji wyszkolone na tysiącach obrazów defektów, aby odróżnić rzeczywiste problemy od hałasu.
b.3D wykrywanie wad: tradycyjny 2D CCD nie uwzględnia problemów związanych z wysokością (np. niewystarczająca lutownia na BGA).
Rozwiązanie: systemy 3D CCD z profilowaniem laserowym, które mierzą objętość lutownicy z dokładnością ±5 μm.
c. Złożone geometrie PCB: PCB sztywne i elastyczne lub zakrzywione powierzchnie mylą standardowe systemy CCD.
Rozwiązanie: Komórki fotograficzne z wieloma kątami i regulowane oświetlenie, aby uchwycić trudnie dostępne obszary.

Badania przypadków w rzeczywistości
1. HDI Producent PCB
Producent 12-warstwowych płyt HDI dla routerów 5G zastąpił fotolitografię LDI i dodał 3D CCD:
Wyniki: Zmiana szerokości śladu spadła z ±8 μm do ±3 μm; wskaźnik wad spadł z 500 ppm do 80 ppm.
Zwrot z inwestycji (ROI): Wynagrodzenie inwestycji w LDI/CCD w ciągu 9 miesięcy dzięki zmniejszeniu ilości złomu i przebudowy.

2. Dostawca PCB dla samochodów
Firma produkująca części samochodowe zintegrowała inspekcję CCD w linii po wzornictwie LDI:
Wyzwanie: złapanie krótkich skrótów o długości 0,1 mm w PCB czujników ADAS (krytyczne dla uniknięcia awarii pola).
Rozwiązanie: 50MP 2D CCD z algorytmami AI, wykrywa 99,9% szortów.
Wpływ: awarie pola związane z wadami wzorów spadły do zera, spełniając wymagania IATF 16949

3Producent wyrobów medycznych
Producent rozruszników serca użył LDI do wykonywania wzorów o cienkiej rozdzielczości (0,4 mm) i 3D CCD do kontroli łączy lutowych:
Wynik: Zapewnione 100% zgodność z przepisami FDA, bez wad w ponad 10 000 jednostkach.
Kluczowy wgląd: dane CCD przekazywane są do maszyn LDI, optymalizując ustawienia lasera w celu zapewnienia spójności wzorów.

Często zadawane pytanie
P: Czy LDI może całkowicie zastąpić fotolitografię?
Odpowiedź: Dla większości zastosowań, tak, zwłaszcza HDI, prototypy lub niskie do średnich objętości.

P: Jak maszyny CCD obsługują elementy odblaskowe (np. złote szpilki)?
Odpowiedź: Systemy 3D CCD wykorzystują polaryzowane oświetlenie lub wiele kątów ekspozycji w celu zmniejszenia blasku.

P: Jaki jest minimalny rozmiar funkcji, który LDI może niezawodnie wyprodukować?
Odpowiedź: Najnowocześniejsze maszyny LDI mogą tworzyć ślady 30 μm i przewody 50 μm, chociaż ślady 50 μm są bardziej powszechne ze względu na efektywność kosztową.

P: Jak często maszyny LDI i CCD wymagają konserwacji?
Odpowiedź: Lasery LDI wymagają corocznego serwisowania; kamery CCD wymagają czyszczenia soczewki co tydzień (lub codziennie w zakurzonych środowiskach).

P: Czy LDI i CCD są odpowiednie dla PCB sztywnych i elastycznych?
Odpowiedź: Tak. LDI dostosowuje się do elastycznych podłożeń za pomocą dostosowania oprogramowania, podczas gdy systemy CCD ze skany powierzchni zakrzywionej obsługują strefy elastyczne.

Wniosek
Maszyny LDI i CCD przekształciły produkcję PCB, umożliwiając precyzję i jakość wymaganą dla nowoczesnej elektroniki.W tym samym czasie CCD zapewniają wczesne wykrycie wad.Dla producentów, którzy chcą konkurować na rynkach 5G, motoryzacji i medycyny, inwestowanie w LDI i CCD nie jest tylko wyborem, ale koniecznością.Wraz ze wzrostem złożoności PCB, te technologie będą się rozwijać, a możliwości sztucznej inteligencji i 3D będą posuwać granice możliwości produkcji płyt obwodowych.