Ispezione dei difetti interni basata su LED SWIR per prodotti in resina, plastica e silicio nella produzione

Introduzione

Crepe interne, vuoti, delaminazioni o particelle estranee in incapsulanti in resina, plastiche stampate a iniezione e wafer di silicio rimangono spesso nascoste ai sistemi ottici o a raggi X. L'illuminazione a LED a infrarossi a onde corte (1.000-1.900 nm) penetra questi materiali, viene fortemente assorbita dall'acqua o dai contaminanti organici e si disperde meno rispetto alle lunghezze d'onda più corte, fornendo immagini ad alto contrasto e non distruttive alla velocità della linea di produzione. L'articolo spiega la fisica, l'integrazione in linea e il valore economico di Zhuhai Tianhui SWIR-LED che stanno già aumentando la resa e riducendo il rischio di richiamo nelle fabbriche di elettronica, automotive, imballaggio e semiconduttori.

Fisica e vantaggi chiave

• Profondità di penetrazione: 2–15 mm in composti per stampi epossidici, 5–20 mm in PE/PP, spessore intero per wafer di Si da 200 µm

• Impronte digitali spettrali: –OH (1 450 nm, 1 940 nm), –CH₂ (1 210 nm, 1 730 nm), fonone Si–Si (1 100 nm) → classificazione automatica di materiali/difetti

• Diffusione Mie 10–30 volte inferiore a 850 nm → immagini più nitide attraverso particelle di riempimento o texture superficiale

• Emettitori allo stato solido, senza TEC, qualificati AEC-Q102; durata >50.000 h, deriva

• L'ingombro a livello di matrice di 1,6 × 1,6 mm consente "microcelle" in linea all'interno di macchine per stampaggio o sonde per wafer

Soluzioni di ispezione per materiale

3.1 Resina (epossidica, acrilica, siliconica)

Principio: la trasmissione o retrodiffusione a 1.310 nm / 1.550 nm rivela la variazione di densità; 1.450 nm mappa l'ingresso di umidità.

Casi d'uso

Pacchetti elettronici: rilevano 5 µm di vuoto sotto il cuscinetto del die; falsi scarti

Incapsulamento della bobina di accensione per autoveicoli: controllo in linea al 100% per bolle ≥20 µm; risparmio di 1,2 milioni di RMB all'anno⁻¹ di rottami

3.2 Materie plastiche (PE, PP, PA, PET, PC)

Principio: diverse sfumature –CH determinano un contrasto spettroscopico tra i gradi; la resina o l'olio estranei mostrano un picco negativo a 1.710 nm.

Casi d'uso

Termoformatura di vassoi per alimenti: linea da 240 m min⁻¹, stroboscopio SWIR da 2 kHz, ispezione al 100% per gel da 50 µm; eventi di richiamo azzerati dal 2022

Selezione dei fiocchi di riciclaggio: la matrice dual-LED + InGaAs da 1 210 nm / 1 650 nm separa il PE dal PP al 3° grado, purezza >98%

3.3 Silicio (wafer, lingotti, celle fotovoltaiche)

Principio: SWIR >1 100 nm supera il band-gap del Si; crepe o difetti di impilamento diffondono i fotoni, che appaiono luminosi su uno sfondo scuro.

Casi d'uso

Crepa attraverso il wafer MEMS: spessore 200 µm, larghezza della crepa 2 µm, rilevata a 5 wafer min⁻¹

Micro-fessure e interruzione delle dita delle celle solari: elettroluminescenza sostituita da 1 310 nm SWIR-LED per una riduzione del 30% del CapEx, stesso 0,2% falso accettato

Impatto economico

Ciclo di feedback in tempo reale: segnale SWIR inviato all'IMM o al die-bonder → regolazione automatica della pressione di confezionamento o della velocità di erogazione → resa ↑2–4 %, rilavorazione ↓35 %, rischio di richiamo ↓90 %.

Esempio di ROI (stampaggio in resina di centraline elettroniche per autoveicoli):

Uscita di linea 5 M unità anno⁻¹

Costo del modulo 180 k RMB, rimborso in 7 mesi

Risparmio di rottami 0,5% = 2,1 milioni di RMB all'anno⁻¹

Roadmap e sfide tecnologiche

2025 – SWIR-LED monolitico a 6 canali (1 100/1 210/1 310/1 450/1 550/1 650 nm) + ASIC conteggio fotoni ROIC, interfaccia MIPI da 5 Gbps per ricostruzione tomografica 3D

2026 – Modello di “auto-addestramento” basato sull’intelligenza artificiale: apprende un nuovo grado di resina in

2027 – Micromodulo radar ibrido SWIR + 60 GHz: il radar individua la profondità del piano di delaminazione, SWIR conferma la chimica – singola testa del sensore da 12 × 12 mm

Sfide:

I composti riempiti di carbonio molto scuri (>5%) necessitano di una radianza di 2 W sr⁻¹, gestita da die impilati a livello di chip da 2 mm² Tianhui

Privacy dei dati nelle fabbriche: inferenza sui bordi, nessuna immagine esce dallo stabilimento, registrazione crittografata AES-256

Moduli chiavi in ​​mano Zhuhai Tianhui

TH-SWIR-1310-1550-IPC: due LED da 1 W, IP67, ottica 45°, strobo fino a 5 kHz per telecamere ad alta velocità

TH-SWIR-QUAD-1650: quattro lunghezze d'onda su COB da 3,5 × 3,5 mm, compatibile con il reflow, MTBF 80 000 h

Kit di valutazione: SWIR-EVB-Manu: include controller LED, telecamera InGaAs, SDK (Python / C++), classificatore di difetti basato su GAN di esempio; inizio dell'ispezione entro 4 ore

Servizi personalizzati: selezione della lunghezza d'onda (1.000–1.900 nm), FWHM 20–100 nm, ceramica/TO-can/COB, elettronica di azionamento, dispositivi di calibrazione conformi a ISO 13485 e IATF 16949.