LDI и CCD машины в производстве печатных плат: технологии, применение и производительность

В мире производства платок с высокой точностью две технологии выделяются своей ролью в обеспечении точности и эффективности:Системы контроля прямой визуализации лазером (LDI) и устройства с соединением заряда (CCD)LDI произвел революцию в процессе создания образцов на ПКБ, заменив традиционную фотолитографию на лазерную точность, в то время как машины CCD служат критическим контрольным пунктом качества,выявление дефектов, которые могут поставить под угрозу производительностьВместе они формируют основу современного производства печатных плат, позволяя создавать высокоплотность, высокую надежность платы, используемые во всем, от 5G маршрутизаторов до автомобильных датчиков.В этом руководстве рассказывается о том, как работают машины LDI и CCD, их уникальные сильные стороны и то, как они дополняют друг друга в производственном процессе.

Ключевые выводы
1.ЛДИ-машины используют УФ-лазеры для прямого изображения схематических моделей на ПКЖ, достигая точности ±2 мкм в 5 раз лучше, чем традиционные фотомаски, критически важные для ПКЖ с высококачественным диапазоном с отпечатками 50 мкм.
2Системы проверки CCD, с камерами 5 ′′ 50MP, обнаруживают 99% дефектов (например, короткие замыкания, отсутствующие следы) за 1 ′′ 2 минуты на доску, значительно превосходящие ручную проверку (85% показатель обнаружения).
3.LDI сокращает время производства на 30% за счет исключения создания и обработки фотомаски, в то время как CCD сокращает затраты на переработку на 60% за счет раннего обнаружения дефектов.
4Вместе LDI и CCD позволяют массовое производство сложных ПХБ (10+ слоев, 0,4 мм продольного прохода BGA) с дефектным уровнем ниже 100 ppm, соответствующим строгим автомобильным и аэрокосмическим стандартам.

Что такое LDI-машины и как они работают?
Машины для прямого изображения с помощью лазера (LDI) заменяют традиционный процесс фотолитографии, который использует физические фотомаски для передачи шаблонов цепей на печатные платы.LDI использует мощные ультрафиолетовые лазеры, чтобы "нарисовать" схему непосредственно на светочувствительную резистентную оболочку ПХБ.

Процесс LDI: шаг за шагом
1Приготовление ПХБ: голый ПХБ покрыт светочувствительным сопротивлением (сухой пленкой или жидкостью), который затвердевает при воздействии УФ-луча.
2.Лазерная визуализация: УФ-лазер (355 нм длины волны) сканирует сопротивление, выявляя области, которые станут медными следами.обеспечивая точное выравнивание с слоями ПХБ.
3Развитие: нераскрытый сопротивление смывается, оставляя защитный рисунок, который определяет схему.
4Этировка: выявленная медь вырисовывается, оставляя желаемые следы, защищенные закаленным сопротивлением.

Ключевые преимущества LDI
Точность: лазеры достигают точности выравнивания ± 2 мкм по сравнению с ± 10 мкм с фотомасками, что позволяет создавать следы 50 мкм и 0,1 мм через диаметры.
Скорость: устраняет производство фотомаски (которое занимает 24−48 часов) и сокращает время передачи шаблона на 50%.
Гибкость: легко регулировать схемы с помощью программного обеспечения, идеально подходит для прототипирования или производства небольших партий.
Эффективность с точки зрения затрат: для небольших и средних объемов (100-10,000 единиц) LDI позволяет избежать затрат на фотомаски ((500-2,000 за комплект масок).

Что такое машины СКД и их роль в производстве ПХБ?
Машины зарядно-связанного устройства (CCD) - это автоматизированные инспекционные системы, которые используют камеры высокого разрешения для захвата изображений печатных плат, а затем анализируют их на наличие дефектов с использованием программных алгоритмов.Они используются на ключевых этапах.: после гравировки (для проверки целостности следов), после размещения компонента и после сварки.

Как работает инспекция ЦКД
1.Занятия изображениями: несколько камер CCD (до 8) с светодиодным освещением (белым, RGB или инфракрасным) захватывают 2D или 3D изображения печатного листа под разными углами.
2Обработка изображений: программное обеспечение сравнивает изображения с "золотым шаблоном" (ссылкой без дефектов) для выявления аномалий.
3Классификация дефектов: такие проблемы, как короткие цепи, открытые следы или неправильно выровненные компоненты, отмечаются по степени тяжести (критическая, крупная, незначительная) для рассмотрения.
4Отчетность: Данные регистрируются для анализа тенденций, что помогает производителям устранить основные причины (например, повторный короткий в определенной зоне PCB может указывать на проблему калибровки LDI).

Виды систем контроля CCD
a.2D CCD: проверка на наличие двухмерных дефектов (например, ширины следов, отсутствующих компонентов) с использованием изображений сверху вниз.
b.3D CCD: использует структурированный свет или лазерное сканирование для выявления проблем, связанных с высотой (например, объем сварного соединения, сопланарность компонента).
c. Inline CCD: интегрирован в производственные линии для проверки в режиме реального времени, обрабатывает до 60 PCB в минуту.
d.Офлайн CCD: используется для детального отбора проб или анализа сбоев, с более высоким разрешением (50MP) для дефектов тонкого звука.

LDI против CCD: дополнительные роли в производстве ПХБ
Хотя LDI и CCD служат разным целям, они тесно связаны в обеспечении качества ПКБ. Вот как они сравниваются:

Почему LDI и CCD незаменимы для современных ПХБ
Поскольку ПХБ становятся все более сложными, с более чем 10 слоями, следами 50 мкм и компонентами с толщиной на 0,4 мм, традиционные методы изо всех сил пытаются не отставать.

1. Разработка высокоплотных межконтактных ПКБ (HDI)
a.Ролля LDI: создает 50-миллиметровые следы и 100-миллиметровые каналы с постоянной точностью, делая возможными HDI-конструкции (например, печатные платы базовой станции 5G).
b.CCD ′s Роль: проверяет эти крошечные особенности на наличие дефектов, таких как истончение следов или через неправильное выравнивание, которое может вызвать потерю сигнала в высокоскоростных схемах.

2. Сокращение производственных затрат
a.Сохранение LDI: устраняет затраты на фотомаски и уменьшает отходы от неправильно выровненных слоев (на 70% при большом объеме производства).
b.Сбережения CCD: обнаруживает дефекты на ранней стадии (например, после гравировки, а не после сборки), сокращая затраты на переработку на 60%..

3Соответствие строгим отраслевым стандартам
a.Автомобильные (IATF 16949): требует показателей дефектов <100 ppm. Точность LDI и показатель обнаружения CCD на 99% обеспечивают соответствие.
b.Аэрокосмическая промышленность (AS9100): Требования отслеживания. Данные журналов LDI и CCD (файлы образцов, отчеты об инспекции) для следов аудита.
c.Medical (ISO 13485): требует нулевых критических дефектов. 3D-инспекция CCD® обнаруживает тонкие проблемы, такие как пустоты сварки в спасательных устройствах.

Вызовы и решения при внедрении LDI и CCD
Несмотря на мощность, системы LDI и CCD требуют тщательной настройки для максимизации производительности:

1. Вызовы ЛДИ
a.Лазерный дрейф: со временем лазеры могут выходить из калибровки, вызывая изменения ширины следа.
Решение: ежедневная калибровка с помощью ссылочной доски и обратная связь в режиме реального времени от инспекции CCD для корректировки выравнивания лазера.
b. Чувствительность к сопротивлению: изменения толщины сопротивления влияют на экспозицию, что приводит к недостаточному или чрезмерному воздействию.
Решение: автоматизированные системы сопротивления покрытия с мониторингом толщины (толерантность ± 1 мкм).
c. Пропускная способность для больших объемов: LDI медленнее, чем фотолитография для 100 000+ единиц.
Решение: развернуть несколько машин LDI параллельно или использовать гибридные системы (фотомаски для большого объема, LDI для прототипов).

2. Проблемы СКД
a.Ложноположительные результаты: пыль или отражения могут вызвать неправильные сигналы о дефекте, замедляя производство.
Решение: алгоритмы, управляемые искусственным интеллектом, обучены на тысячах изображений дефектов, чтобы отличить реальные проблемы от шума.
b.3D обнаружение дефектов: традиционный 2D CCD упускает из виду проблемы, связанные с высотой (например, недостаточная пайка на BGA).
Решение: 3D системы CCD с лазерным профилированием, которые измеряют объем сварки с точностью ±5 мкм.
c.Сложная геометрия ПКБ: жестко-гибкие ПКБ или изогнутые поверхности путают стандартные системы CCD.
Решение: многоугольные камеры и регулируемое освещение для захвата труднодоступных мест.

Исследования реальных случаев
1Производитель ПХД
Производитель 12-слойных HDI ПКБ для маршрутизаторов 5G заменил фотолитографию LDI и добавил 3D CCD-инспекцию:
Результаты: изменение ширины следа снизилось с ±8μm до ±3μm; уровень дефекта снизился с 500 до 80 ppm.
ROI: Возврат инвестиций в LDI/CCD за 9 месяцев за счет сокращения отходов и переработки.

2Поставщик автомобильных ПКБ
Компания по производству автозапчастей интегрировала инлайн-инспекцию CCD после LDI-паттернинга:
Проблема: обнаружение 0,1 мм коротких пленок в ПКБ датчиков ADAS (критически важно для предотвращения сбоев в поле).
Решение: 50 Мп 2D CCD с алгоритмами ИИ, обнаружение 99,9% коротких фильмов.
Влияние: Полевые сбои, связанные с дефектами в моделировании, снизились до нуля, соответствуя требованиям IATF 16949.

3Производитель медицинских изделий
Производитель пейсмейкеров ПКБ использовал LDI для тонкозвуковых (0,4 мм) рисунков и 3D CCD для проверки сварных соединений:
Результат: 100% соответствие правилам FDA, с нулевыми дефектами в более чем 10 000 единиц.
Ключевое понимание: данные CCD подаются обратно в машины LDI, оптимизируя настройки лазера для последовательного моделирования.

Часто задаваемые вопросы
Вопрос: Может ли LDI полностью заменить фотолитографию?
Ответ: Для большинства приложений, да, особенно для HDI, прототипов или малого и среднего объемов.

Вопрос: Как машины CCD обрабатывают отражающие компоненты (например, позолоченные булавки)?
Ответ: 3D-системы CCD используют поляризованное освещение или несколько углов экспозиции для уменьшения бликов.

Вопрос: Какой минимальный размер характеристики LDI может надежно производить?
О: Современные машины LDI могут создавать 30 мкм следы и 50 мкм проемы, хотя 50 мкм следы являются более распространенными для экономической эффективности.

Вопрос: Как часто машины LDI и CCD нуждаются в техническом обслуживании?
Ответ: ЛДИ-лазеры требуют ежегодного обслуживания; СКД-камеры нуждаются в еженедельной очистке объектива (или ежедневно в пыльной среде).

Вопрос: Подходят ли LDI и CCD для жёстко-гибких ПХБ?
О: Да. LDI адаптируется к гибким подложкам с помощью программного обеспечения, в то время как системы CCD с сканированием изогнутой поверхности обрабатывают гибкие зоны.

Заключение
Машины LDI и CCD преобразовали производство печатных пластин, обеспечивая точность и качество, необходимые для современной электроники.В то время как автоматизированная инспекция CCD обеспечивает раннее выявление дефектовДля производителей, стремящихся конкурировать на рынках 5G, автомобилестроения и медицины, инвестиции в LDI и CCD - это не просто выбор, а необходимость.Поскольку сложность ПХБ продолжает расти, эти технологии будут развиваться, с возможностями ИИ и 3D, которые еще больше расширяют границы того, что возможно в производстве платок.