Devre Kartı Üretiminde LDI ve CCD Makineleri: Teknolojiler, Uygulamalar ve Performans

Devre kartı üretiminin hassasiyet odaklı dünyasında, doğruluk ve verimliliği sağlamadaki rolleriyle iki teknoloji öne çıkıyor: Lazer Doğrudan Görüntüleme (LDI) ve Yük Bağlı Cihaz (CCD) denetim sistemleri. LDI, geleneksel fotolitografiyi lazer hassasiyetiyle değiştirerek PCB desenleme sürecinde devrim yaratırken, CCD makineleri performansı tehlikeye atabilecek kusurları tespit ederek kritik kalite kontrol noktası olarak hizmet vermektedir. Birlikte, 5G yönlendiricilerden otomotiv sensörlerine kadar her şeyde kullanılan yüksek yoğunluklu, yüksek güvenilirlikli kartların oluşturulmasını sağlayan modern PCB üretiminin bel kemiğini oluştururlar. Bu kılavuz, LDI ve CCD makinelerinin nasıl çalıştığını, benzersiz güçlü yönlerini ve üretim iş akışında birbirlerini nasıl tamamladıklarını inceliyor.

Önemli Çıkarımlar
  1.LDI makineleri, devre desenlerini doğrudan PCB'lere görüntülemek için UV lazerler kullanır ve ±2μm doğruluk elde eder; bu, geleneksel fotomasklardan 5 kat daha iyidir ve 50μm izlere sahip HDI PCB'ler için kritiktir.
  2.5–50MP kameralara sahip CCD denetim sistemleri, bir kart başına 1–2 dakikada kusurların %99'unu (örneğin, kısa devreler, eksik izler) tespit eder ve manuel denetimden (%85 tespit oranı) çok daha iyi performans gösterir.
  3.LDI, fotomask oluşturma ve işleme sürecini ortadan kaldırarak üretim süresini %30 oranında azaltırken, CCD, erken kusur tespiti sayesinde yeniden çalışma maliyetlerini %60 oranında düşürür.
  4.Birlikte, LDI ve CCD, sıkı otomotiv ve havacılık standartlarını karşılayarak, kusur oranları 100 ppm'nin altında olan karmaşık PCB'lerin (10+ katman, 0,4 mm aralıklı BGA'lar) seri üretimini sağlar.

LDI Makineleri Nelerdir ve Nasıl Çalışırlar?
Lazer Doğrudan Görüntüleme (LDI) makineleri, devre desenlerini PCB'lere aktarmak için fiziksel fotomasklar kullanan geleneksel fotolitografi işleminin yerini alır. Bunun yerine, LDI, devreyi doğrudan PCB'yi kaplayan ışığa duyarlı direnç kaplamasına “çizmek” için yüksek güçlü UV lazerler kullanır.

LDI İşlemi: Adım Adım
  1.PCB Hazırlığı: Çıplak PCB, UV ışığına maruz kaldığında sertleşen ışığa duyarlı bir direnç (kuru film veya sıvı) ile kaplanır.
  2.Lazer Görüntüleme: Bir UV lazer (355nm dalga boyu), bakır izleri haline gelecek alanları açığa çıkararak direnci tarar. Lazer, PCB'nin katmanlarıyla hassas hizalama sağlayarak CAD verileri tarafından kontrol edilir.
  3.Geliştirme: Maruz kalmamış direnç yıkanarak uzaklaştırılır ve devreyi tanımlayan koruyucu bir desen bırakılır.
  4.Dağlama: Maruz kalan bakır aşındırılır ve istenen izler sertleşmiş direnç tarafından korunarak bırakılır.

LDI'nin Temel Avantajları
  Hassasiyet: Lazerler, fotomasklarla ±10μm'ye kıyasla ±2μm hizalama doğruluğu elde ederek 50μm izlere ve 0,1 mm geçiş çaplarına olanak tanır.
  Hız: Fotomask üretimini (24–48 saat sürer) ortadan kaldırır ve desen aktarım süresini %50 oranında azaltır.
  Esneklik: Prototipleme veya küçük partili üretim için ideal olan, yazılım aracılığıyla devre desenlerini kolayca ayarlayın.
  Maliyet Etkinliği: Düşük ila orta hacimler (100–10.000 adet) için LDI, fotomask maliyetlerinden kaçınır ((maske seti başına 500–)2.000).

CCD Makineleri Nelerdir ve PCB Üretimindeki Rolleri Nedir?
Yük Bağlı Cihaz (CCD) makineleri, PCB'lerin görüntülerini yakalamak için yüksek çözünürlüklü kameralar kullanan ve daha sonra yazılım algoritmaları kullanarak kusurları analiz eden otomatik denetim sistemleridir. Bunlar, temel aşamalarda konuşlandırılır: dağlamadan sonra (iz bütünlüğünü kontrol etmek için), bileşen yerleşiminden sonra ve lehimlemeden sonra.

CCD Denetimi Nasıl Çalışır?
  1.Görüntü Yakalama: LED aydınlatma (beyaz, RGB veya kızılötesi) ile birden fazla CCD kamerası (8'e kadar), PCB'nin farklı açılardan 2D veya 3D görüntülerini yakalar.
  2.Görüntü İşleme: Yazılım, anormallikleri belirlemek için görüntüleri bir “altın şablon” (kusursuz bir referans) ile karşılaştırır.
  3.Kusur Sınıflandırması: Kısa devreler, açık izler veya yanlış hizalanmış bileşenler gibi sorunlar, inceleme için ciddiyetine (kritik, büyük, küçük) göre işaretlenir.
  4.Raporlama: Veriler, eğilim analizi için günlüğe kaydedilir ve üreticilerin temel nedenleri ele almasına yardımcı olur (örneğin, belirli bir PCB bölgesinde tekrarlayan bir kısa devre, bir LDI kalibrasyon sorunu olduğunu gösterebilir).

CCD Denetim Sistemleri Türleri
  a.2D CCD: Üstten aşağı görüntüler kullanarak 2D kusurları (örneğin, iz genişliği, eksik bileşenler) kontrol eder.
  b.3D CCD: Yükseklikle ilgili sorunları (örneğin, lehim bağlantı hacmi, bileşen eşdüzlemliliği) tespit etmek için yapılandırılmış ışık veya lazer tarama kullanır.
  c.Hat İçi CCD: Dakikada 60 PCB'ye kadar işleyen, gerçek zamanlı denetim için üretim hatlarına entegre edilmiştir.
  d.Çevrimdışı CCD: Daha ince aralıklı kusurlar için daha yüksek çözünürlük (50MP) ile ayrıntılı örnekleme veya arıza analizi için kullanılır.

LDI ve CCD: PCB Üretiminde Tamamlayıcı Roller
LDI ve CCD farklı amaçlara hizmet ederken, PCB kalitesini sağlamada sıkı bir şekilde bağlantılıdır. İşte nasıl karşılaştırıldıkları:

LDI ve CCD'nin Modern PCB'ler İçin Neden Vazgeçilmez Olduğu
PCB'ler 10+ katman, 50μm izler ve 0,4 mm aralıklı bileşenlerle daha karmaşık hale geldikçe, geleneksel yöntemler ayak uydurmakta zorlanıyor. LDI ve CCD bu zorlukları ele alıyor:

1. Yüksek Yoğunluklu Ara Bağlantı (HDI) PCB'leri Etkinleştirme
   a.LDI'nin Rolü: HDI tasarımlarını (örneğin, 5G baz istasyonu PCB'leri) uygulanabilir hale getirerek tutarlı doğrulukla 50μm izler ve 100μm geçişler oluşturur.
   b.CCD'nin Rolü: Yüksek hızlı devrelerde sinyal kaybına neden olacak iz incelmesi veya geçiş yanlış hizalaması gibi bu küçük özellikleri kusurlar açısından inceler.

2. Üretim Maliyetlerini Azaltma
   a.LDI Tasarrufları: Fotonask maliyetlerini ortadan kaldırır ve yanlış hizalanmış katmanlardan kaynaklanan hurdayı azaltır (yüksek hacimli üretimde %70 oranında).
   b.CCD Tasarrufları: Kusurları erken yakalar (örneğin, montajdan sonra değil, dağlamadan sonra), yeniden çalışma maliyetlerini %60 oranında düşürür. Tek bir kaçırılan kısa devre, montaj sonrası düzeltme için (50'ye mal olabilir, dağlama sonrası düzeltme için )5'e mal olabilir.

3. Sıkı Endüstri Standartlarını Karşılama
   a.Otomotiv (IATF 16949): Kusur oranları gerektirir <100 ppm. LDI’s precision and CCD’s 99% detection rate ensure compliance.
   b.Havacılık (AS9100): İzlenebilirlik talep eder. Hem LDI hem de CCD, denetim izleri için verileri (desen dosyaları, denetim raporları) kaydeder.
   c.Tıbbi (ISO 13485): Sıfır kritik kusura ihtiyaç duyar. CCD'nin 3D denetimi, yaşam kurtaran cihazlardaki lehim boşlukları gibi ince sorunları yakalar.

LDI ve CCD Uygulamasındaki Zorluklar ve Çözümler
Güçlü olmakla birlikte, LDI ve CCD sistemleri performansı en üst düzeye çıkarmak için dikkatli bir kurulum gerektirir:

1. LDI Zorlukları
   a.Lazer Sürüklenmesi: Zamanla, lazerler kalibrasyondan çıkabilir ve iz genişliği varyasyonlarına neden olabilir.
Çözüm: Referans bir kartla günlük kalibrasyon ve lazer hizalamasını ayarlamak için CCD denetiminden gerçek zamanlı geri bildirim.
   b.Direnç Hassasiyeti: Direnç kalınlığındaki farklılıklar, maruz kalmayı etkileyerek yetersiz/aşırı maruz kalmış alanlara yol açar.
Çözüm: Kalınlık izleme (±1μm tolerans) ile otomatik direnç kaplama sistemleri.
   c.Yüksek Hacimler İçin Verim: LDI, 100.000+ birimlik çalıştırmalar için fotolitografiden daha yavaştır.
Çözüm: Paralel olarak birden fazla LDI makinesi dağıtın veya hibrit sistemler kullanın (yüksek hacim için fotomasklar, prototipler için LDI).

2. CCD Zorlukları
    a.Yanlış Pozitifler: Toz veya yansımalar, yanlış kusur uyarılarını tetikleyerek üretimi yavaşlatabilir.
Çözüm: Gerçek sorunları gürültüden ayırt etmek için binlerce kusur görüntüsü üzerinde eğitilmiş yapay zeka destekli algoritmalar.
    b.3D Kusur Tespiti: Geleneksel 2D CCD, yükseklikle ilgili sorunları (örneğin, BGA'larda yetersiz lehim) kaçırır.
Çözüm: Lehim hacmini ±5μm doğrulukla ölçen lazer profil oluşturma özellikli 3D CCD sistemleri.
    c.Karmaşık PCB Geometrileri: Sert-esnek PCB'ler veya kavisli yüzeyler, standart CCD sistemlerini karıştırır.
Çözüm: Ulaşılması zor alanları yakalamak için çok açılı kameralar ve ayarlanabilir aydınlatma.

Gerçek Dünya Vaka Çalışmaları
1. HDI PCB Üreticisi
5G yönlendiriciler için 12 katmanlı HDI PCB'ler üreten bir üretici, fotolitografinin yerini LDI ile değiştirdi ve 3D CCD denetimi ekledi:
   Sonuçlar: İz genişliği değişimi ±8μm'den ±3μm'ye düştü; kusur oranı 500 ppm'den 80 ppm'ye düştü.
   YG: Hurda ve yeniden çalışmanın azaltılmasıyla 9 ayda LDI/CCD yatırımını geri kazandı.

2. Otomotiv PCB Tedarikçisi
Bir otomobil parçaları şirketi, LDI desenlemeden sonra hat içi CCD denetimini entegre etti:
  Zorluk: ADAS sensör PCB'lerinde 0,1 mm kısa devreleri yakalamak (saha arızalarını önlemek için kritik).
  Çözüm: Yapay zeka algoritmalarıyla 50MP 2D CCD, kısa devrelerin %99,9'unu tespit ediyor.
  Etki: Desenleme kusurlarıyla ilgili saha arızaları sıfıra düştü ve IATF 16949 gereksinimleri karşılandı.

3. Tıbbi Cihaz Üreticisi
Kalp pili PCB'leri üreten bir üretici, ince aralıklı (0,4 mm) desenler için LDI ve lehim bağlantı denetimi için 3D CCD kullandı:
  Sonuç: FDA düzenlemeleriyle %100 uyumluluk sağladı ve 10.000+ birimde sıfır kusur elde etti.
  Önemli Bilgi: CCD verileri, tutarlı desenleme için lazer ayarlarını optimize ederek LDI makinelerine geri beslendi.

SSS
S: LDI, fotolitografinin tamamen yerini alabilir mi?
C: Çoğu uygulama için evet; özellikle HDI, prototipler veya düşük ila orta hacimler. Yüksek hacimli (100k+ birim) basit PCB'ler, birim başına daha düşük maliyetler için hala fotolitografi kullanabilir.

S: CCD makineleri yansıtıcı bileşenleri (örneğin, altın kaplamalı pimler) nasıl ele alıyor?
C: 3D CCD sistemleri, parlamayı azaltmak için polarize aydınlatma veya çoklu pozlama açıları kullanır. Gelişmiş algoritmalar ayrıca yanlış kusurlardan kaçınmak için yansımaları filtreler.

S: LDI'nin güvenilir bir şekilde üretebileceği minimum özellik boyutu nedir?
C: Son teknoloji LDI makineleri 30μm izler ve 50μm geçişler oluşturabilir, ancak maliyet etkinliği için 50μm izler daha yaygındır.

S: LDI ve CCD makinelerinin ne sıklıkla bakıma ihtiyacı vardır?
C: LDI lazerleri yıllık servise ihtiyaç duyar; CCD kameraların haftalık (veya tozlu ortamlarda günlük) lens temizliğine ihtiyacı vardır. Kalibrasyon kontrolleri günlük olarak yapılır.

S: LDI ve CCD, sert-esnek PCB'ler için uygun mudur?
C: Evet. LDI, yazılım ayarlamalarıyla esnek alt tabakalara uyum sağlar, kavisli yüzey taramalı CCD sistemleri ise esnek bölgeleri ele alır.

Sonuç
LDI ve CCD makineleri, modern elektronik için gerekli hassasiyeti ve kaliteyi sağlayarak PCB üretimini dönüştürdü. LDI'nin lazerle çalışan desenlemesi, fotomaskların sınırlamalarını ortadan kaldırırken, CCD'nin otomatik denetimi kusurların erken yakalanmasını sağlar; birlikte, yüksek yoğunluklu, yüksek güvenilirlikli PCB'leri gerçeğe dönüştürürler. 5G, otomotiv ve tıbbi pazarlarda rekabet etmeyi hedefleyen üreticiler için, LDI ve CCD'ye yatırım yapmak sadece bir seçim değil, bir zorunluluktur. PCB karmaşıklığı artmaya devam ettikçe, bu teknolojiler gelişecek ve yapay zeka ve 3D yetenekleri, devre kartı üretiminde nelerin mümkün olduğunun sınırlarını daha da zorlayacaktır.