เครื่อง LDI และ CCD ในการผลิตแผ่นวงจร: เทคโนโลยี การใช้งาน และผลงาน

ในโลกที่ขับเคลื่อนด้วยความแม่นยำของการผลิตแผงวงจรเทคโนโลยีสองแห่งที่โดดเด่นสำหรับบทบาทของพวกเขาในการสร้างความมั่นใจในความแม่นยำและประสิทธิภาพ: การถ่ายภาพเลเซอร์โดยตรง (LDI) และระบบตรวจสอบอุปกรณ์คู่ (CCD) LDI ได้ปฏิวัติกระบวนการลวดลาย PCB แทนที่การถ่ายภาพแบบดั้งเดิมด้วยความแม่นยำด้วยเลเซอร์ในขณะที่เครื่อง CCD ทำหน้าที่เป็นจุดตรวจสอบการควบคุมคุณภาพที่สำคัญตรวจจับข้อบกพร่องที่อาจส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพ พวกเขารวมกันเป็นกระดูกสันหลังของการผลิต PCB ที่ทันสมัยทำให้สามารถสร้างบอร์ดที่มีความหนาแน่นสูงและมีความน่าเชื่อถือสูงที่ใช้ในทุกสิ่งตั้งแต่เราเตอร์ 5G ไปจนถึงเซ็นเซอร์ยานยนต์ คู่มือนี้ดำน้ำในวิธีการทำงานของเครื่อง LDI และ CCD จุดแข็งที่เป็นเอกลักษณ์ของพวกเขาและวิธีที่พวกเขาเติมเต็มซึ่งกันและกันในเวิร์กโฟลว์การผลิต

ประเด็นสำคัญ
1.DLI Machines ใช้เลเซอร์ UV ในรูปแบบวงจรภาพโดยตรงไปยัง PCBs ได้รับความแม่นยำ±2μM - 5 เท่าดีกว่าโฟโตมาสแบบดั้งเดิมซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับ HDI PCB ที่มีร่องรอย50μM
2.CCD ระบบตรวจสอบด้วยกล้อง 5–50MP ตรวจพบข้อบกพร่อง 99% (เช่นการลัดวงจร, ร่องรอยที่ขาดหายไป) ใน 1-2 นาทีต่อบอร์ด, การตรวจสอบด้วยตนเองดีกว่า (อัตราการตรวจจับ 85%)
3.ldi ลดเวลาการผลิต 30% โดยการกำจัดการสร้างและการจัดการโฟโตสค์ในขณะที่ CCD ลดต้นทุนการทำซ้ำ 60% ผ่านการตรวจจับข้อบกพร่องในช่วงต้น
4. ToGether, LDI และ CCD เปิดใช้งานการผลิตจำนวนมากของ PCB ที่ซับซ้อน (10+ เลเยอร์, 0.4 มม. พิทช์ BGAs) ที่มีอัตราข้อบกพร่องต่ำกว่า 100 ppm, เป็นไปตามมาตรฐานยานยนต์และการบินและอวกาศที่เข้มงวด

เครื่อง LDI คืออะไรและทำงานอย่างไร?
เครื่องถ่ายภาพเลเซอร์โดยตรง (LDI) แทนที่กระบวนการโฟโตโธภาพแบบดั้งเดิมซึ่งใช้โฟโตแมสทางกายภาพเพื่อถ่ายโอนรูปแบบวงจรไปยัง PCB LDI ใช้เลเซอร์ UV ที่มีพลังสูงเพื่อ“ วาด” วงจรโดยตรงไปยังการเคลือบต้านทานด้วยแสง PCB

กระบวนการ LDI: ทีละขั้นตอน
1. การเตรียม PCB: PCB เปลือยถูกเคลือบด้วยความต้านทานแสง (ฟิล์มแห้งหรือของเหลว) ซึ่งแข็งตัวเมื่อสัมผัสกับแสง UV
2. การถ่ายภาพเลเซอร์: เลเซอร์ UV (ความยาวคลื่น 355Nm) สแกนการต้านทานการเปิดเผยพื้นที่ที่จะกลายเป็นร่องรอยทองแดง เลเซอร์ถูกควบคุมโดยข้อมูล CAD เพื่อให้มั่นใจว่าการจัดตำแหน่งที่แม่นยำกับเลเยอร์ของ PCB
3. การพัฒนา: ความต้านทานที่ยังไม่ได้รับการล้างออกไปทิ้งรูปแบบการป้องกันที่กำหนดวงจร
4. การดึงข้อมูล: ทองแดงที่สัมผัสนั้นถูกจารึกไว้ออกไปปล่อยให้ร่องรอยที่ต้องการได้รับการปกป้องโดยความต้านทานที่แข็งตัว

ข้อดีที่สำคัญของ LDI
ความแม่นยำ: เลเซอร์บรรลุความแม่นยำในการจัดตำแหน่ง±2μmเมื่อเทียบกับ±10μmกับโฟโตแมสทำให้สามารถร่องรอย50μmและ 0.1 มม. ผ่านเส้นผ่านศูนย์กลาง
ความเร็ว: กำจัดการผลิต Photomask (ซึ่งใช้เวลา 24-48 ชั่วโมง) และลดเวลาการถ่ายโอนรูปแบบลง 50%
ความยืดหยุ่น: ปรับรูปแบบวงจรได้อย่างง่ายดายผ่านซอฟต์แวร์เหมาะสำหรับการสร้างต้นแบบหรือการผลิตแบบเล็ก
ต้นทุน-ประสิทธิผล: สำหรับปริมาณต่ำถึงปานกลาง (100–10,000 หน่วย), LDI หลีกเลี่ยงค่าใช้จ่ายโฟโตสค์ ((500–) 2,000 ต่อชุดหน้ากาก)

เครื่อง CCD และบทบาทของพวกเขาในการผลิต PCB คืออะไร?
เครื่องชาร์จอุปกรณ์คู่ (CCD) เป็นระบบตรวจสอบอัตโนมัติที่ใช้กล้องความละเอียดสูงเพื่อจับภาพ PCB จากนั้นวิเคราะห์พวกเขาสำหรับข้อบกพร่องโดยใช้อัลกอริทึมซอฟต์แวร์ พวกเขาจะถูกปรับใช้ในขั้นตอนสำคัญ: หลังจากการแกะสลัก (เพื่อตรวจสอบความสมบูรณ์ของการติดตาม) หลังจากการจัดวางส่วนประกอบและหลังการบัดกรี

การตรวจสอบ CCD ทำงานอย่างไร
1. ภาพการจับภาพ: กล้อง CCD หลายตัว (สูงสุด 8) ด้วยแสง LED (สีขาว, RGB หรืออินฟราเรด) จับภาพ 2D หรือ 3D ของ PCB จากมุมที่แตกต่างกัน
2. การประมวลผลภาพ: ซอฟต์แวร์เปรียบเทียบภาพกับ“ เทมเพลตทองคำ” (อ้างอิงที่ปราศจากข้อบกพร่อง) เพื่อระบุความผิดปกติ
3. การจำแนกประเภท: ปัญหาเช่นการลัดวงจรการร่องรอยแบบเปิดหรือส่วนประกอบที่ไม่ตรงแนวจะถูกตั้งค่าสถานะโดยความรุนแรง
4. การรายงาน: ข้อมูลถูกบันทึกไว้สำหรับการวิเคราะห์แนวโน้มช่วยให้ผู้ผลิตกล่าวถึงสาเหตุของรูท (เช่นสั้นซ้ำ ๆ ในโซน PCB ที่เฉพาะเจาะจงอาจบ่งบอกถึงปัญหาการสอบเทียบ LDI)

ประเภทของระบบตรวจสอบ CCD
A.2D CCD: ตรวจสอบข้อบกพร่อง 2D (เช่นความกว้างของการติดตาม, ส่วนประกอบที่ขาดหายไป) โดยใช้ภาพจากบนลงล่าง
B.3D CCD: ใช้การสแกนแสงหรือเลเซอร์ที่มีโครงสร้างเพื่อตรวจจับปัญหาที่เกี่ยวข้องกับความสูง (เช่นปริมาตรข้อต่อประสาน, ส่วนประกอบ coplanarity)
C.Inline CCD: รวมเข้ากับสายการผลิตสำหรับการตรวจสอบแบบเรียลไทม์ประมวลผล PCBs ได้มากถึง 60 PCB ต่อนาที
D.Offline CCD: ใช้สำหรับการสุ่มตัวอย่างอย่างละเอียดหรือการวิเคราะห์ความล้มเหลวโดยมีความละเอียดสูงกว่า (50MP) สำหรับข้อบกพร่องที่ดี

LDI vs. CCD: บทบาทเสริมในการผลิต PCB
ในขณะที่ LDI และ CCD มีจุดประสงค์ที่แตกต่างกัน แต่ก็เชื่อมโยงกันอย่างแน่นหนาเพื่อให้มั่นใจว่าคุณภาพของ PCB นี่คือวิธีการเปรียบเทียบ:

ทำไม LDI และ CCD จึงขาดไม่ได้สำหรับ PCB ที่ทันสมัย
ในขณะที่ PCBs มีความซับซ้อนมากขึ้น - ด้วย 10+ ชั้น, ร่องรอย50μmและส่วนประกอบพิทช์ 0.4 มม. - วิธีการแบบดั้งเดิมพยายามดิ้นรนเพื่อให้ทัน LDI และ CCD จัดการกับความท้าทายเหล่านี้:

1. การเปิดใช้งานการเชื่อมต่อระหว่างกันที่มีความหนาแน่นสูง (HDI) PCBS
บทบาทของ A.ldi: สร้างร่องรอย50μmและ Vias 100μmด้วยความแม่นยำที่สอดคล้องกันทำให้การออกแบบ HDI (เช่นสถานีฐาน 5G PCBs) เป็นไปได้
บทบาทของ B.CCD: ตรวจสอบคุณสมบัติเล็ก ๆ เหล่านี้สำหรับข้อบกพร่องเช่นการทำให้ผอมบางหรือผ่านการเยื้องศูนย์ซึ่งจะทำให้เกิดการสูญเสียสัญญาณในวงจรความเร็วสูง

2. ลดต้นทุนการผลิต
A.ldi Savings: กำจัดค่าใช้จ่ายของ photomask และลดเศษเหล็กจากเลเยอร์ที่ไม่ตรงแนว (โดย 70% ในการผลิตปริมาณสูง)
B.CCD การออม: จับข้อบกพร่องก่อน (เช่นหลังจากการแกะสลักไม่ใช่หลังการประกอบ) ลดค่าใช้จ่ายใหม่ 60% การลัดวงจรที่พลาดไปเดียวอาจมีค่าใช้จ่าย (50 เพื่อแก้ไขโพสต์ประกอบกับ) 5 เพื่อแก้ไขโพสต์การแกะสลัก

3. การประชุมมาตรฐานอุตสาหกรรมที่เข้มงวด
A.AUTOMOTIVE (IATF 16949): ต้องการอัตราข้อบกพร่อง <100 ppm ความแม่นยำของ LDI และอัตราการตรวจจับ 99% ของ CCD ทำให้มั่นใจได้ว่าการปฏิบัติตาม
B.Aerospace (AS9100): ต้องการการตรวจสอบย้อนกลับ ทั้งข้อมูลบันทึก LDI และ CCD (ไฟล์รูปแบบรายงานการตรวจสอบ) สำหรับเส้นทางการตรวจสอบ
C.Medical (ISO 13485): ต้องการข้อบกพร่องที่สำคัญเป็นศูนย์ การตรวจสอบ 3 มิติของ CCD จับปัญหาที่ละเอียดอ่อนเช่นช่องว่างประสานในอุปกรณ์ช่วยชีวิต

ความท้าทายและการแก้ปัญหาในการใช้งาน LDI และ CCD
ในขณะที่ระบบ LDI และ CCD ต้องการการตั้งค่าอย่างระมัดระวังเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพสูงสุด:

1. LDI ความท้าทาย
A.Laser Drift: เมื่อเวลาผ่านไปเลเซอร์สามารถลอยออกจากการสอบเทียบทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความกว้างของการติดตาม
วิธีแก้ปัญหา: การสอบเทียบรายวันด้วยบอร์ดอ้างอิงและข้อเสนอแนะแบบเรียลไทม์จากการตรวจสอบ CCD เพื่อปรับการจัดตำแหน่งเลเซอร์
B.Resist ความไว: การเปลี่ยนแปลงของความหนาความต้านทานมีผลต่อการสัมผัสซึ่งนำไปสู่พื้นที่ภายใต้/เกินที่สัมผัสได้
วิธีแก้ปัญหา: ระบบการเคลือบต้านทานอัตโนมัติที่มีการตรวจสอบความหนา (±1μmความอดทน)
C.Throughput สำหรับปริมาณสูง: LDI ช้ากว่า photolithography สำหรับการวิ่ง 100,000+ หน่วย
วิธีแก้ปัญหา: ปรับใช้เครื่อง LDI หลายเครื่องในแบบขนานหรือใช้ระบบไฮบริด (photomasks สำหรับปริมาณสูง, LDI สำหรับต้นแบบ)

2. ความท้าทาย CCD
A.false positives: ฝุ่นหรือการสะท้อนสามารถกระตุ้นการแจ้งเตือนข้อบกพร่องที่ไม่ถูกต้องการผลิตที่ช้าลง
วิธีแก้ปัญหา: อัลกอริทึมที่ขับเคลื่อนด้วย AI ที่ผ่านการฝึกอบรมเกี่ยวกับภาพข้อบกพร่องหลายพันภาพเพื่อแยกความแตกต่างของปัญหาจริงจากเสียงรบกวน
การตรวจจับข้อบกพร่องของ B.3D: 2D CCD แบบดั้งเดิมพลาดปัญหาที่เกี่ยวข้องกับความสูง (เช่นการประสานไม่เพียงพอใน BGAs)
วิธีแก้ปัญหา: ระบบ CCD 3D พร้อมการทำโปรไฟล์เลเซอร์ซึ่งวัดปริมาณการประสานที่มีความแม่นยำ±5μm
C.comPlex PCB รูปทรง: PCB แบบแข็ง-Flex หรือพื้นผิวโค้งสร้างความสับสนให้กับระบบ CCD มาตรฐาน
วิธีแก้ปัญหา: กล้องหลายมุมและแสงที่ปรับได้เพื่อจับภาพพื้นที่ที่เข้าถึงได้ยาก

กรณีศึกษาในโลกแห่งความเป็นจริง
1. ผู้ผลิต HDI PCB
ผู้ผลิต PCBs HDI 12 ชั้นสำหรับเราเตอร์ 5G แทนที่ Photolithography ด้วย LDI และเพิ่มการตรวจสอบ 3D CCD:
ผลลัพธ์: ความแปรปรวนความกว้างของการติดตามลดลงจาก±8μmเป็น±3μm; อัตราข้อบกพร่องลดลงจาก 500 ppm เป็น 80 ppm
ROI: การลงทุน LDI/CCD ที่ชดเชยใน 9 เดือนผ่านเศษซากและการทำใหม่ที่ลดลง

2. ซัพพลายเออร์ PCB ยานยนต์
บริษัท อะไหล่รถยนต์รวมการตรวจสอบ CCD แบบอินไลน์หลังจากการสร้างลวดลาย LDI:
ความท้าทาย: การจับกางเกงขาสั้น 0.1 มม. ใน PCB เซ็นเซอร์ ADAS (สำคัญสำหรับการหลีกเลี่ยงความล้มเหลวของสนาม)
วิธีแก้ปัญหา: CCD 50MP 2D พร้อมอัลกอริทึม AI ตรวจจับกางเกงขาสั้น 99.9%
ผลกระทบ: ความล้มเหลวของภาคสนามที่เกี่ยวข้องกับข้อบกพร่องในการลวดลายลดลงเป็นศูนย์, การประชุม IATF 16949 ข้อกำหนด

3. ผู้ผลิตอุปกรณ์การแพทย์
ผู้ผลิตเครื่องกระตุ้นหัวใจ PCB ใช้ LDI สำหรับรูปแบบการปรับ (0.4 มม.) และ 3D CCD สำหรับการตรวจสอบข้อต่อประสาน:
ผลลัพธ์: ทำให้มั่นใจได้ถึงการปฏิบัติตามกฎระเบียบขององค์การอาหารและยา 100% โดยมีข้อบกพร่องเป็นศูนย์ใน 10,000 หน่วย
ข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญ: ข้อมูล CCD ที่ป้อนกลับไปยังเครื่อง LDI, ปรับการตั้งค่าเลเซอร์ให้เหมาะสมสำหรับการสร้างลวดลายที่สอดคล้องกัน

คำถามที่พบบ่อย
ถาม: LDI สามารถแทนที่ photolithography ทั้งหมดได้หรือไม่?
ตอบ: สำหรับแอปพลิเคชันส่วนใหญ่ใช่-โดยเฉพาะ HDI, ต้นแบบหรือปริมาตรต่ำถึงปานกลาง PCB แบบง่าย ๆ ที่มีปริมาณสูง (100K+) อาจยังคงใช้ photolithography สำหรับค่าใช้จ่ายต่อหน่วยที่ต่ำกว่า

ถาม: เครื่อง CCD จัดการส่วนประกอบสะท้อนแสงได้อย่างไร (เช่นหมุดชุบทอง)
ตอบ: ระบบ 3D CCD ใช้แสงโพลาไรซ์หรือมุมการเปิดรับแสงหลายมุมเพื่อลดแสงจ้า อัลกอริทึมขั้นสูงยังกรองการสะท้อนกลับเพื่อหลีกเลี่ยงข้อบกพร่องที่ผิดพลาด

ถาม: LDI ขนาดขั้นต่ำสามารถผลิตได้อย่างน่าเชื่อถือคืออะไร?
ตอบ: เครื่อง LDI ที่ทันสมัยสามารถสร้างร่องรอย30μmและ Vias 50μmแม้ว่าร่องรอย50μmนั้นเป็นเรื่องธรรมดาสำหรับความคุ้มค่า

ถาม: เครื่อง LDI และ CCD ต้องการการบำรุงรักษาบ่อยแค่ไหน?
ตอบ: เลเซอร์ LDI ต้องการการบริการประจำปี กล้อง CCD ต้องการการทำความสะอาดเลนส์ทุกสัปดาห์ (หรือทุกวันในสภาพแวดล้อมที่เต็มไปด้วยฝุ่น) การตรวจสอบการสอบเทียบจะทำทุกวัน

ถาม: LDI และ CCD เหมาะสำหรับ PCB แบบแข็งหรือไม่?
ก. ใช่. LDI ปรับให้เข้ากับพื้นผิวที่ยืดหยุ่นด้วยการปรับซอฟต์แวร์ในขณะที่ระบบ CCD ที่มีการสแกนพื้นผิวโค้งจัดการกับโซน Flex

บทสรุป
เครื่อง LDI และ CCD ได้เปลี่ยนการผลิต PCB ทำให้มีความแม่นยำและคุณภาพที่จำเป็นสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัย รูปแบบที่ขับเคลื่อนด้วยเลเซอร์ของ LDI ช่วยลดข้อ จำกัด ของโฟโตมาสในขณะที่การตรวจสอบอัตโนมัติของ CCD ทำให้มั่นใจได้ว่าข้อบกพร่องจะถูกจับได้ตั้งแต่เนิ่นๆ สำหรับผู้ผลิตที่มีเป้าหมายที่จะแข่งขันในตลาดยานยนต์และการแพทย์ 5G การลงทุนใน LDI และ CCD ไม่ได้เป็นเพียงทางเลือก แต่เป็นสิ่งจำเป็น ในขณะที่ความซับซ้อนของ PCB ยังคงเติบโตเทคโนโลยีเหล่านี้จะพัฒนาขึ้นด้วยความสามารถของ AI และ 3D จะผลักดันขอบเขตของสิ่งที่เป็นไปได้ในการผลิตแผงวงจร