آلات LDI و CCD في إنتاج لوحات الدوائر: التقنيات والتطبيقات والأداء

في عالم تصنيع لوحات الدوائر الدقيقة، تبرز تقنيتان لدورهما في ضمان الدقة والكفاءة:أنظمة الفحص بالتصوير المباشر بالليزر (LDI) والجهاز المرتبط بالشحنة (CCD)لقد أحدثت LDI ثورة في عملية تصميم نماذج PCB ، حيث استبدلت التصوير الضوئي التقليدي بدقة الليزر ، بينما تعمل آلات CCD كنقطة تفتيش مهمة لمراقبة الجودة ،اكتشاف العيوب التي يمكن أن تهدد الأداءمعًا، تشكل هذه الألواح العمود الفقري لإنتاج PCB الحديث، مما يتيح إنشاء ألواح عالية الكثافة عالية الموثوقية المستخدمة في كل شيء من أجهزة توجيه الجيل الخامس إلى أجهزة استشعار السيارات.هذا الدليل يغوص في كيفية عمل آلات LDI و CCD، نقاط قوتهم الفريدة، وكيف أنها تكمل بعضها البعض في سير العمل الإنتاج.

المعلومات الرئيسية
1تستخدم آلات.LDI الليزر فوق البنفسجية لتصوير أنماط الدوائر مباشرة على أقراص PCB ، وتحقيق دقة ± 2μm أفضل من 5 مرات من أقنعة الفوتو التقليدية الحاسمة لأقراص HDI مع آثار 50μm.
2أنظمة التفتيش CCD ، مع كاميرات 5 ٪ 50MP ، تكتشف 99٪ من العيوب (مثل الدوائر القصيرة ، والآثار المفقودة) في 1 ٪ 2 دقيقة لكل لوحة ، تفوق بكثير التفتيش اليدوي (معدل الكشف 85٪).
3.LDI يقلل من وقت الإنتاج بنسبة 30٪ عن طريق القضاء على إنشاء قناع التصوير والتعامل معه، في حين أن CCD يقلل من تكاليف إعادة العمل بنسبة 60٪ من خلال الكشف المبكر عن العيوب.
4معًا، تمكن LDI و CCD من إنتاج كتلة من PCBs المعقدة (10+ طبقات، 0.4mm pitch BGA) مع معدلات العيوب أقل من 100 ppm، وتلبية المعايير الصارمة للسيارات والفضاء.

ما هي آلات LDI وكيف تعمل؟
أجهزة التصوير المباشر بالليزر (LDI) تحل محل عملية التصوير الضوئي التقليدية، التي تستخدم أقنعة فوتوغرافية مادية لنقل أنماط الدوائر إلى أقراص PCB.يستخدم LDI الليزر فوق البنفسجية عالية الطاقة لـ"رسم" الدائرة مباشرة على طبقة المقاومة الحساسة للضوء.

عملية LDI: خطوة بخطوة
1تحضير PCB: يتم طلاء PCB العاري بمقاومة حساسة للضوء (فيلم جاف أو سائل) ، والتي تصلب عند تعرضها لأشعة فوق البنفسجية.
2التصوير بالليزر: يقوم ليزر الأشعة فوق البنفسجية (طول موجة 355 نانومتر) بفحص المقاومة ، مما يعرض المناطق التي ستصبح آثار النحاس. يتم التحكم بالليزر بواسطة بيانات CAD ،ضمان محاذاة دقيقة مع طبقات PCBs.
3التطور: يتم غسل المقاومة غير المعرضة بعيدا، تاركة نمط وقائي يحدد الدائرة.
4الحفر: يتم حفر النحاس المكشوف بعيداً، تاركاً الآثار المرجوة محمية من قبل المقاومة المتصلبة.

المزايا الرئيسية لـ LDI
الدقة: تصل الليزر إلى دقة محاذاة ± 2μm ، مقارنة مع ± 10μm مع قناع الضوء ، مما يتيح آثار 50μm و 0.1mm عبر القطرات.
السرعة: يزيل إنتاج قناع الضوء (الذي يستغرق 24 × 48 ساعة) ويقلل من وقت نقل النمط بنسبة 50 ٪.
المرونة: يمكن تعديل أنماط الدوائر بسهولة عن طريق البرمجيات، مثالية لإنتاج النماذج الأولية أو الإنتاج بالفئات الصغيرة.
كفاءة التكلفة: بالنسبة للكميات منخفضة إلى متوسطة (100 × 10000 وحدة) ، تتجنب LDI تكاليف قناع الضوء ((500 × 2,000 لكل مجموعة قناع).

ما هي آلات CCD ودورها في إنتاج PCB؟
أجهزة الجهاز المرتبط بالشحنة (CCD) هي أنظمة تفتيش آلية تستخدم كاميرات عالية الدقة لالتقاط صور للوحات الورقية، ثم تحليلها بحثًا عن العيوب باستخدام خوارزميات البرمجيات.يتم نشرهم في المراحل الرئيسية: بعد الحفر (لتحقق من سلامة الأثر) ، بعد وضع المكونات ، وبعد اللحام.

كيفية عمل فحص CCD
1.التقاط الصور: العديد من كاميرات CCD (تصل إلى 8) مع إضاءة LED (الأبيض أو RGB أو الأشعة تحت الحمراء) التقاط صور 2D أو 3D من PCB من زوايا مختلفة.
2معالجة الصور: يقوم البرنامج بمقارنة الصور مع قالب الذهب (مرجع خال من العيوب) لتحديد الشذوذ.
3تصنيف العيوب: يتم وضع علامة على القضايا مثل الدوائر القصيرة أو الآثار المفتوحة أو المكونات الخاطئة حسب شدتها (الحرجة أو الكبرى أو البسيطة) للمراجعة.
4الإبلاغ: يتم تسجيل البيانات لتحليل الاتجاهات، مما يساعد الشركات المصنعة على معالجة الأسباب الجذرية (على سبيل المثال، قد يشير اختصار متكرر في منطقة PCB معينة إلى مشكلة معايرة LDI).

أنواع أنظمة فحص CCD
a.2D CCD: التحقق من العيوب الثنائية الأبعاد (مثل عرض المسار أو المكونات المفقودة) باستخدام الصور من أعلى إلى أسفل.
b.3D CCD: يستخدم الضوء المهيكلة أو المسح بالليزر للكشف عن المشكلات المتعلقة بالارتفاع (مثل حجم المفاصل اللحامية ، coplanarity المكون).
c. Inline CCD: متكاملة في خطوط الإنتاج للتفتيش في الوقت الحقيقي ، معالجة ما يصل إلى 60 PCB في الدقيقة.
d.CCD خارج الموقع: يستخدم في أخذ عينات مفصلة أو تحليل العيوب، مع دقة أعلى (50MP) لعيوب النغمة الدقيقة.

LDI مقابل CCD: أدوار مكملة في إنتاج PCB
في حين أن LDI و CCD يخدمان أغراضًا مختلفة ، إلا أنهما مرتبطان ارتباطًا وثيقًا في ضمان جودة PCB. إليك كيفية مقارنتهما:

لماذا الـ LDI و CCD لا غنى عنهما لـ PCB الحديثة
مع تزايد تعقيد الـ PCBs، مع وجود 10 طبقات أو أكثر، و50 ميكرو متراً من الأثر، و0.4 ميكرو متراً من المكونات، تكافح الأساليب التقليدية لمواكبة هذه التحديات:

1تمكين أقراص PCB ذات الكثافة العالية
دور الـ LDI: يخلق آثار 50 ميكرومتر و 100 ميكرومتر مع دقة ثابتة ، مما يجعل تصاميم HDI (على سبيل المثال ، أقراص PCB محطة قاعدة 5G) ممكنة.
دور سي سي دي: يفتش هذه الخصائص الصغيرة عن العيوب مثل ترقق الأثر أو عن طريق عدم التوافق ، مما قد يسبب فقدان الإشارة في الدوائر عالية السرعة.

2خفض تكاليف الإنتاج
a. توفير LDI: يزيل تكاليف قناع الصور ويقلل من الخردة من الطبقات غير المتماسكة (بنسبة 70٪ في الإنتاج الكبير).
b.توفير CCD: يكتشف العيوب في وقت مبكر (على سبيل المثال ، بعد الحفر ، وليس بعد التجميع) ، مما يقلل من تكاليف إعادة العمل بنسبة 60٪. يمكن أن يكلف الدائرة القصيرة المفقودة واحدة (50 لإصلاح ما بعد التجميع مقابل) 5 لإصلاح ما بعد الحفر..

3تلبية المعايير الصناعية الصارمة
أ.السيارات (IATF 16949): تتطلب معدلات العيوب < 100 جزء في المليون. تحديد دقة LDI و معدل الكشف CCD 99٪ يضمن الامتثال.
(ب) الطيران والفضاء (AS9100): تتطلب القدرة على التتبع. كل من بيانات سجل LDI و CCD (ملفات الأنماط وتقارير التفتيش) لمسارات التدقيق.
c.Medical (ISO 13485): يحتاج إلى صفر عيوب حرجة. التفتيش ثلاثي الأبعاد CCDs يلتقط مشاكل دقيقة مثل فراغات اللحام في الأجهزة المنقذة للحياة.

التحديات والحلول في تنفيذ LDI و CCD
على الرغم من أنها قوية ، فإن أنظمة LDI و CCD تتطلب إعدادًا دقيقًا لتحقيق أقصى قدر من الأداء:

1تحديات الـ LDI
تحرك الليزر: مع مرور الوقت، يمكن أن تتحرك الليزر خارج المعايرة، مما يسبب اختلافات في عرض الأثر.
الحل: المعايرة اليومية مع لوحة مرجعية وردود فعل في الوقت الحقيقي من فحص CCD لتعديل محاذاة الليزر.
حساسية المقاومة: تؤثر الاختلافات في سمك المقاومة على التعرض ، مما يؤدي إلى مناطق غير مكشوفة / مفرطة التعرض.
الحل: أنظمة طبقة مقاومة تلقائية مع مراقبة السماكة (مساومة ± 1μm).
c. إنتاجية الكميات الكبيرة: LDI أبطأ من التصوير الضوئي لـ 100000 وحدة.
الحل: نشر العديد من آلات LDI بالتوازي أو استخدام أنظمة هجينة (قناع للصور للكميات الكبيرة ، LDI للنماذج الأولي).

2التحديات التي تواجه الـ CCD
a.إيجابيات كاذبة: يمكن أن يؤدي الغبار أو الانعكاسات إلى إشعاعات خطأ عن العيوب، مما يبطئ الإنتاج.
الحل: الخوارزميات التي تدفعها الذكاء الاصطناعي تم تدريبها على آلاف الصور المعيبة لتمييز المشاكل الحقيقية عن الضوضاء.
b.3D الكشف عن العيوب: الكشف عن العيوب الثنائية الأبعاد التقليدية تفوت المشكلات المتعلقة بالارتفاع (على سبيل المثال ، عدم كفاية اللحام على BGA).
الحل: أنظمة CCD ثلاثية الأبعاد مع تحديد الملفات الشخصية بالليزر، والتي تقيس حجم اللحام بدقة ± 5μm.
c.هندسة PCB المعقدة: PCBs الصلبة المرنة أو الأسطح المنحنية تخلط بين أنظمة CCD القياسية.
الحل: كاميرات متعددة الزوايا وإضاءة قابلة للتعديل لتصوير المناطق التي يصعب الوصول إليها.

دراسات حالة في العالم الحقيقي
1. صانع الـ HDI PCB
استبدل منتج لـ 12 طبقة من أقراص HDI PCB لـ 5G router التصوير الحجري بالتصوير الحجري (LDI) وأضاف فحص 3D CCD:
النتائج: انخفضت اختلافات عرض الأثر من ± 8μm إلى ± 3μm ؛ انخفض معدل العيوب من 500 جزء في المئة إلى 80 جزء في المئة.
عائد الاستثمار: استرداد استثمارات LDI / CCD في 9 أشهر من خلال تقليل الخردة وإعادة العمل.

2مورّد أجهزة PCB للسيارات
شركة قطع غيار السيارات دمجت فحص CCD في الخط بعد نمط LDI:
التحدي: القبض على شورتات 0.1 ملم في أجهزة التشغيل اللاسلكية للمستشعرات ADAS (حاسمة لتجنب إخفاقات المجال).
الحل: 50 ميجابايت 2D CCD مع خوارزميات الذكاء الاصطناعي، الكشف عن 99.9٪ من السراويل القصيرة.
التأثير: انخفضت أخطاء الميدان المرتبطة بأعراض النمط إلى الصفر ، وتلبية متطلبات IATF 16949.

3منتج أجهزة طبية
استخدم أحد الشركات المصنعة لأقراص PCB لتحديد الموجات (LDI) للأنماط الدقيقة (0.4 ملم) و 3D CCD للتفتيش المشترك لللحام:
النتيجة: تم التأكد من الامتثال بنسبة 100% لقوانين إدارة الأغذية والعقاقير، مع صفر عيوب في أكثر من 10000 وحدة.
الرؤية الرئيسية: يتم إعادة بيانات CCD إلى أجهزة LDI ، وتحسين إعدادات الليزر لتحقيق أنماط متسقة.

الأسئلة الشائعة
س: هل يمكن لـ LDI أن تحل محل التصوير الضوئي بالكامل؟
ج: بالنسبة لمعظم التطبيقات، نعم، وخاصة HDI أو النماذج الأولية أو الأحجام المنخفضة إلى المتوسطة. قد تستخدم أقراص PCB البسيطة ذات الحجم العالي (100k + وحدات) بعد ذلك التصوير الحجري الضوئي لخفض تكاليف الوحدة الواحدة.

س: كيف تتعامل آلات CCD مع المكونات العاكسة (على سبيل المثال، المسامير المطلية بالذهب) ؟
ج: تستخدم أنظمة 3D CCD الإضاءة المستقطبة أو زوايا التعرض المتعددة للحد من الوهج. كما تقوم خوارزميات متقدمة بتصفية الانعكاسات لتجنب العيوب الكاذبة.

س: ما هو الحد الأدنى لحجم الميزة التي يمكن لـ LDI إنتاجها بشكل موثوق؟
ج: يمكن لآلات LDI الحديثة إنشاء آثار 30μm و50μm vias ، على الرغم من أن آثار 50μm أكثر شيوعًا من أجل فعالية التكلفة.

س: كم مرة تحتاج آلات LDI و CCD إلى صيانة؟
الجواب: تتطلب الليزر LDI صيانة سنوية ؛ تحتاج كاميرات CCD إلى تنظيف العدسة أسبوعيًا (أو يوميًا في البيئات المتربة). يتم إجراء فحوصات المعايرة يوميًا.

س: هل LDI و CCD مناسبين لPCBs الثابتة المرنة؟
الجواب: نعم. يتكيف LDI مع الأساسات المرنة مع تعديلات البرمجيات، في حين أن أنظمة CCD مع مسح السطح المنحني تتعامل مع المناطق المرنة.

الاستنتاج
أحدثت أجهزة LDI و CCD تغييرًا في إنتاج أقراص PCB ، مما يتيح الدقة والجودة المطلوبة للأجهزة الإلكترونية الحديثة.في حين أن التفتيش الآلي لـ CCD يضمن اكتشاف العيوب في وقت مبكر، فإنها تجعل من الـ PCBs ذوي الكثافة العالية والموثوقية العالية حقيقة. بالنسبة للمصنعين الذين يهدفون إلى المنافسة في أسواق الجيل الخامس والسيارات والطب، فإن الاستثمار في LDI و CCD ليس مجرد خيار بل ضرورة.مع استمرار تعقيد PCB في النمو، ستتطور هذه التقنيات، مع قدرات الذكاء الاصطناعي و 3D التي تدفع المزيد من حدود ما هو ممكن في إنتاج لوحات الدوائر.