Máy LDI và CCD trong sản xuất bảng mạch: Công nghệ, ứng dụng và hiệu suất

Trong thế giới sản xuất bảng mạch chính xác, hai công nghệ nổi bật với vai trò đảm bảo độ chính xác và hiệu quả:Hệ thống kiểm tra hình ảnh trực tiếp bằng laser (LDI) và thiết bị kết nối điện tích (CCD). LDI đã cách mạng hóa quy trình tạo mẫu PCB, thay thế nhiếp ảnh bằng laser chính xác, trong khi máy CCD phục vụ như là điểm kiểm tra chất lượng quan trọng,phát hiện các khiếm khuyết có thể ảnh hưởng đến hiệu suấtCùng nhau, chúng tạo thành xương sống của sản xuất PCB hiện đại, cho phép tạo ra các bảng mật độ cao, độ tin cậy cao được sử dụng trong mọi thứ từ bộ định tuyến 5G đến cảm biến ô tô.Hướng dẫn này đi sâu vào cách các máy LDI và CCD hoạt động, điểm mạnh độc đáo của họ, và làm thế nào họ bổ sung lẫn nhau trong quy trình sản xuất.

Những điểm quan trọng
1Máy.LDI sử dụng laser UV để trực tiếp hình ảnh các mẫu mạch trên PCB, đạt được độ chính xác ± 2μm tốt hơn 5 lần so với mặt nạ quang truyền thống quan trọng đối với PCB HDI với dấu vết 50μm.
2Các hệ thống kiểm tra CCD, với máy ảnh 5 ′′ 50MP, phát hiện 99% các khiếm khuyết (ví dụ: mạch ngắn, dấu vết mất tích) trong 1 ′′ 2 phút mỗi bảng, vượt xa kiểm tra bằng tay (85% tỷ lệ phát hiện).
3.LDI giảm thời gian sản xuất 30% bằng cách loại bỏ việc tạo và xử lý mặt nạ chụp ảnh, trong khi CCD giảm chi phí tái chế 60% thông qua phát hiện lỗi sớm.
4Cùng nhau, LDI và CCD cho phép sản xuất hàng loạt các PCB phức tạp (10 + lớp, BGA độ cao 0,4mm) với tỷ lệ khiếm khuyết dưới 100 ppm, đáp ứng các tiêu chuẩn ô tô và hàng không vũ trụ nghiêm ngặt.

Máy LDI là gì và chúng hoạt động như thế nào?
Máy ảnh trực tiếp bằng laser (LDI) thay thế quy trình quang ngạch truyền thống, sử dụng mặt nạ hình ảnh vật lý để chuyển các mẫu mạch lên PCB.LDI sử dụng tia laser tia cực tím mạnh để vẽ mạch trực tiếp vào lớp phủ kháng quang nhạy của PCB.

Quá trình LDI: từng bước
1Chuẩn bị PCB: PCB trần được phủ một chất chống quang nhạy (vải khô hoặc chất lỏng), làm cứng khi tiếp xúc với tia UV.
2.Laser Imaging: Một laser UV (355nm bước sóng) quét kháng cự, phơi bày các khu vực sẽ trở thành dấu vết đồng.đảm bảo sự liên kết chính xác với các lớp PCB.
3Phát triển: Kháng không phơi nhiễm được rửa đi, để lại một mô hình bảo vệ xác định mạch.
4.Chụp: Đồng phơi bày được khắc ra, để lại các dấu vết mong muốn được bảo vệ bởi kháng cứng.

Ưu điểm chính của LDI
Độ chính xác: Laser đạt được độ chính xác sắp xếp ± 2μm, so với ± 10μm với mặt nạ quang, cho phép các dấu vết 50μm và 0,1mm thông qua đường kính.
Tốc độ: Loại bỏ việc sản xuất mặt nạ chụp ảnh (dành thời gian 24~48 giờ) và giảm thời gian chuyển mẫu 50%.
Tính linh hoạt: Dễ dàng điều chỉnh các mô hình mạch thông qua phần mềm, lý tưởng để tạo nguyên mẫu hoặc sản xuất hàng loạt nhỏ.
Hiệu quả chi phí: Đối với khối lượng nhỏ đến trung bình (100 ¢ 10.000 đơn vị), LDI tránh chi phí mặt nạ chụp ảnh ((500 ¢) 2.000 mỗi bộ mặt nạ).

Máy CCD là gì và vai trò của chúng trong sản xuất PCB?
Máy tính CCD (Charge-Coupled Device) là các hệ thống kiểm tra tự động sử dụng máy ảnh độ phân giải cao để chụp hình ảnh của PCB, sau đó phân tích chúng về các khiếm khuyết bằng cách sử dụng các thuật toán phần mềm.Chúng được triển khai ở các giai đoạn quan trọng: sau khi khắc (để kiểm tra tính toàn vẹn của dấu vết), sau khi đặt thành phần và sau khi hàn.

Làm thế nào kiểm tra CCD hoạt động
1.Ghi hình: Nhiều máy ảnh CCD (lên đến 8) với ánh sáng LED (trắng, RGB hoặc hồng ngoại) chụp hình 2D hoặc 3D của PCB từ các góc khác nhau.
2Xử lý hình ảnh: Phần mềm so sánh hình ảnh với một mẫu vàng (một tài liệu tham khảo không bị lỗi) để xác định các bất thường.
3Phân loại khiếm khuyết: Các vấn đề như mạch ngắn, dấu vết mở hoặc các thành phần không phù hợp được đánh dấu theo mức độ nghiêm trọng (nhất trọng, lớn, nhỏ) để xem xét.
4. Báo cáo: Dữ liệu được ghi lại để phân tích xu hướng, giúp các nhà sản xuất giải quyết nguyên nhân gốc (ví dụ, một đường ngắn lặp lại trong một vùng PCB cụ thể có thể chỉ ra một vấn đề hiệu chuẩn LDI).

Các loại hệ thống kiểm tra CCD
a.2D CCD: Kiểm tra các khiếm khuyết 2D (ví dụ: chiều rộng dấu vết, các thành phần bị thiếu) bằng cách sử dụng hình ảnh từ trên xuống.
b.3D CCD: Sử dụng ánh sáng có cấu trúc hoặc quét laser để phát hiện các vấn đề liên quan đến chiều cao (ví dụ: khối lượng khớp hàn, coplanarity thành phần).
c. Inline CCD: tích hợp vào dây chuyền sản xuất để kiểm tra thời gian thực, xử lý tối đa 60 PCB mỗi phút.
d. Offline CCD: Được sử dụng để lấy mẫu chi tiết hoặc phân tích lỗi, với độ phân giải cao hơn (50MP) cho các khiếm khuyết sắc nét.

LDI so với CCD: Vai trò bổ sung trong sản xuất PCB
Trong khi LDI và CCD phục vụ các mục đích khác nhau, chúng có liên quan chặt chẽ trong việc đảm bảo chất lượng PCB.

Tại sao LDI và CCD là không thể thiếu cho PCB hiện đại
Khi PCB trở nên phức tạp hơn, với hơn 10 lớp, dấu vết 50μm và các thành phần pitch 0,4mm, các phương pháp truyền thống phải vật lộn để theo kịp.

1Cho phép PCB kết nối mật độ cao (HDI)
a. vai trò của LDI: Tạo dấu vết 50μm và đường truyền 100μm với độ chính xác nhất quán, làm cho các thiết kế HDI (ví dụ: PCB trạm gốc 5G) khả thi.
vai trò của CCD: Kiểm tra các tính năng nhỏ này cho các khiếm khuyết như mỏng vết hoặc thông qua sự sai lệch, gây mất tín hiệu trong các mạch tốc độ cao.

2Giảm chi phí sản xuất
a. Tiết kiệm LDI: Loại bỏ chi phí mặt nạ chụp ảnh và giảm phế liệu từ các lớp không phù hợp (tương đương 70% trong sản xuất khối lượng lớn).
b. Tiết kiệm CCD: Khám phá các khiếm khuyết sớm (ví dụ, sau khi khắc, không phải sau khi lắp ráp), giảm chi phí làm lại bằng 60%..

3. Đáp ứng các tiêu chuẩn công nghiệp nghiêm ngặt
a.Xe ô tô (IATF 16949): Yêu cầu tỷ lệ khiếm khuyết < 100 ppm. Độ chính xác của LDI và tỷ lệ phát hiện 99% của CCD đảm bảo tuân thủ.
b. Hàng không vũ trụ (AS9100): yêu cầu khả năng truy xuất. Cả dữ liệu nhật ký LDI và CCD (tệp mẫu, báo cáo kiểm tra) cho các dấu vết kiểm toán.
c. Y tế (ISO 13485): Cần không có khiếm khuyết quan trọng. Kiểm tra 3D của CCD ′s bắt được các vấn đề tinh tế như lỗ hổng hàn trong các thiết bị cứu mạng.

Thách thức và giải pháp trong việc thực hiện LDI và CCD
Mặc dù mạnh mẽ, các hệ thống LDI và CCD đòi hỏi thiết lập cẩn thận để tối đa hóa hiệu suất:

1Các thách thức của LDI
a.Drift laser: Theo thời gian, laser có thể trôi ra khỏi hiệu chuẩn, gây ra sự biến đổi chiều rộng dấu vết.
Giải pháp: hiệu chuẩn hàng ngày bằng bảng tham chiếu và phản hồi thời gian thực từ kiểm tra CCD để điều chỉnh sự sắp xếp laser.
b. Độ nhạy kháng: Sự thay đổi về độ dày kháng ảnh hưởng đến phơi nhiễm, dẫn đến các khu vực bị phơi nhiễm quá mức / quá mức.
Giải pháp: Hệ thống lớp phủ chống tự động với giám sát độ dày (được dung sai ± 1μm).
c. Tăng lượng cho khối lượng lớn: LDI chậm hơn so với nhiếp ảnh bằng photon cho hơn 100.000 đơn vị chạy.
Giải pháp: triển khai nhiều máy LDI song song hoặc sử dụng các hệ thống lai (photomasks cho khối lượng lớn, LDI cho nguyên mẫu).

2Các thách thức của CCD
a. Phản ứng dương tính sai: bụi hoặc phản xạ có thể kích hoạt cảnh báo lỗi không chính xác, làm chậm sản xuất.
Giải pháp: Các thuật toán dựa trên AI được đào tạo trên hàng ngàn hình ảnh khiếm khuyết để phân biệt các vấn đề thực sự với tiếng ồn.
b.3D Phát hiện khiếm khuyết: CCD 2D truyền thống bỏ qua các vấn đề liên quan đến chiều cao (ví dụ: không đủ hàn trên BGA).
Giải pháp: Các hệ thống CCD 3D với hồ sơ laser, đo khối lượng hàn với độ chính xác ± 5μm.
c. Địa hình PCB phức tạp: PCB cứng-hẹp hoặc bề mặt cong làm nhầm lẫn các hệ thống CCD tiêu chuẩn.
Giải pháp: Máy ảnh đa góc và ánh sáng điều chỉnh để chụp các khu vực khó tiếp cận.

Nghiên cứu trường hợp thực tế
1. HDI PCB Nhà sản xuất
Một nhà sản xuất PCB HDI 12 lớp cho các bộ định tuyến 5G đã thay thế nhiếp ảnh bằng LDI và thêm kiểm tra 3D CCD:
Kết quả: Sự thay đổi chiều rộng dấu vết giảm từ ± 8μm xuống ± 3μm; tỷ lệ khiếm khuyết giảm từ 500 ppm xuống 80 ppm.
ROI: Đầu tư LDI / CCD thu hồi trong 9 tháng thông qua giảm phế liệu và tái chế.

2. Nhà cung cấp PCB ô tô
Một công ty phụ tùng ô tô tích hợp kiểm tra CCD trực tuyến sau mô hình LDI:
Thách thức: Bắt chước các đường ngắn 0,1mm trong các PCB cảm biến ADAS (cần thiết để tránh lỗi trường).
Giải pháp: CCD 2D 50MP với thuật toán AI, phát hiện 99,9% quần ngắn.
Tác động: Các lỗi trường liên quan đến các khiếm khuyết mô hình giảm xuống không, đáp ứng các yêu cầu của IATF 16949

3Nhà sản xuất thiết bị y tế
Một nhà sản xuất PCB bộ tạo nhịp tim đã sử dụng LDI cho các mẫu sắc nét (0,4mm) và 3D CCD để kiểm tra khớp hàn:
Kết quả: Đảm bảo 100% tuân thủ các quy định của FDA, không có khiếm khuyết trong hơn 10.000 đơn vị.
Khái niệm chính: Dữ liệu CCD được đưa trở lại máy LDI, tối ưu hóa cài đặt laser để tạo ra các mẫu nhất quán.

FAQ
Q: LDI có thể thay thế hoàn toàn nhiếp ảnh?
Đáp: Đối với hầu hết các ứng dụng, có, đặc biệt là HDI, nguyên mẫu hoặc khối lượng thấp đến trung bình.

Hỏi: Máy CCD xử lý các thành phần phản xạ như thế nào (ví dụ: chân bọc vàng)?
A: Các hệ thống CCD 3D sử dụng ánh sáng phân cực hoặc nhiều góc phơi sáng để giảm chói. Các thuật toán tiên tiến cũng lọc phản xạ để tránh các khiếm khuyết giả.

Hỏi: LDI có thể sản xuất đáng tin cậy kích thước tính năng tối thiểu là bao nhiêu?
A: Máy LDI hiện đại có thể tạo ra các dấu vết 30μm và đường ống 50μm, mặc dù dấu vết 50μm phổ biến hơn cho hiệu quả chi phí.

Hỏi: Máy LDI và CCD cần bảo trì thường xuyên như thế nào?
A: Laser LDI cần bảo trì hàng năm; Máy ảnh CCD cần làm sạch ống kính hàng tuần (hoặc hàng ngày trong môi trường bụi).

Hỏi: LDI và CCD có phù hợp với PCB cứng mềm không?
A: Có. LDI thích nghi với các nền linh hoạt với các điều chỉnh phần mềm, trong khi các hệ thống CCD với quét bề mặt cong xử lý các vùng linh hoạt.

Kết luận
Máy LDI và CCD đã thay đổi sản xuất PCB, cho phép độ chính xác và chất lượng cần thiết cho điện tử hiện đại.trong khi kiểm tra tự động của CCD đảm bảo lỗi được phát hiện sớmĐối với các nhà sản xuất nhằm cạnh tranh trong thị trường 5G, ô tô và y tế, đầu tư vào LDI và CCD không chỉ là một lựa chọn mà còn là một điều cần thiết.Khi sự phức tạp của PCB tiếp tục tăng lên, những công nghệ này sẽ phát triển, với khả năng AI và 3D đẩy hơn nữa ranh giới của những gì có thể trong sản xuất bảng mạch.