SWIR-LEDを用いた樹脂、プラスチック、シリコン製品の製造における内部欠陥検査

導入

樹脂封止材、射出成形プラスチック、シリコンウェハー内部の亀裂、空隙、剥離、異物は、可視光やX線検査では検出されないことが多い。短波長赤外線LED照明（1,000～1,900 nm）はこれらの材料を透過し、水や有機汚染物質に強く吸収され、より短い波長よりも散乱が少ないため、生産ライン速度で高コントラストの非破壊画像が得られる。本論文では、その物理的原理、オンライン統合、経済的価値について説明する。 珠海天匯 SWIR-LED これらは既に、電子機器、自動車、パッケージング、半導体製造工場において、歩留まりの向上とリコールリスクの低減を実現している。

物理学と主な利点

・浸透深さ：エポキシ樹脂成形コンパウンドでは2～15mm、PE/PPでは5～20mm、200µm厚のSiウェハでは全厚

• スペクトルフィンガープリント：–OH（1450 nm、1940 nm）、–CH₂（1210 nm、1730 nm）、Si–Siフォノン（1100 nm）→材料/欠陥の自動分類

・850 nmよりもミー散乱が10～30倍低い → 充填粒子や表面テクスチャを通してより鮮明な画像が得られる

・固体型、TECレス、AEC-Q102認定エミッタ。寿命50,000時間以上、ドリフト0.1 nm °C⁻¹未満。

・ダイレベルのフットプリント1.6×1.6mmにより、成形機やウェハプローバー内部にインラインの「マイクロセル」を設置可能

材料別検査ソリューション

3.1 樹脂（エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂）

原理：1310nm/1550nmにおける透過率または後方散乱により密度変化が明らかになり、1450nmでは水分の侵入がマッピングされる。

ユースケース

電子パッケージ：ダイパッド下の5µmのボイドを検出；誤検出率0.3%未満、サイクルタイム0.8秒/パッケージ

自動車用点火コイルのポッティング：20 µm以上の気泡を100％インライン検査。年間120万人民元のスクラップを削減。

3.2 プラスチック（PE、PP、PA、PET、PC）

原理：異なる-CH倍音によってグレード間の分光学的コントラストが生じ、異種の樹脂や油は1710nmで負のピークを示す。

ユースケース

食品トレイの熱成形：240 m min⁻¹のライン、2 kHz SWIRストロボ、50 µmゲルの100%検査。2022年以降、リコール発生件数はゼロ。

リサイクルフレーク選別：1210nm/1650nmデュアルLED+InGaAsアレイにより、PEとPPを3th⁻¹の純度で分離、純度98%以上

3.3 シリコン（ウェハー、インゴット、太陽電池）

原理：短波長赤外線（SWIR）>1100nmはシリコンのバンドギャップを克服し、亀裂や積層欠陥が光子を散乱させるため、暗い背景上で明るく見える。

ユースケース

MEMSウェハ貫通クラック：厚さ200µm、クラック幅2µm、5ウェハ/分で検出

太陽電池のマイクロクラックとフィンガーの侵入：エレクトロルミネセンスを1310nm SWIR-LEDに置き換えることで、設備投資を30%削減、誤認率は0.2%で同じ

経済的な影響

リアルタイムフィードバックループ：SWIR信号をIMMまたはダイボンダーに供給→パック圧力またはディスペンス速度の自動調整→歩留まり↑2～4%、再加工↓35%、リコールリスク↓90%。

ROIの例（自動車用ECU樹脂成形）：

ライン出力 500万ユニット/年⁻¹

モジュール費用18万元、回収期間7ヶ月

スクラップ削減額0.5％＝年間210万人民元⁻¹

テクノロジーロードマップと課題

2025 – 6チャンネルモノリシックSWIR-LED（1100/1210/1310/1450/1550/1650 nm）+ ASIC光子計数ROIC、3D断層画像再構成用5Gbps MIPIインターフェース

2026年 – AI駆動型「自己学習」モデル：ラベル付けされた100枚の画像から30分未満で新しい樹脂グレードを学習。目標誤拒否率0.1%未満。

2027 – ハイブリッドSWIR + 60GHzレーダーマイクロモジュール：レーダーで剥離面の深さを特定し、SWIRで化学組成を確認—12×12mmの単一センサーヘッド

課題：

非常に暗い炭素含有化合物（>5％）には2 W sr⁻¹の放射輝度が必要であり、これはTianhuiの2 mm²チップレベル積層ダイによって解決される。

ファブにおけるデータプライバシー：エッジ推論、工場外への画像流出禁止、AES-256暗号化ログ

珠海天匯のターンキーモジュール

TH-SWIR-1310-1550-IPC：1W LED×2、IP67準拠、45°光学系、高速カメラ用最大5kHzストロボ

TH-SWIR-QUAD-1650：3.5×3.5mm COB上に4つの波長を搭載、リフロー対応、MTBF 80,000時間

評価キット：SWIR-EVB-Manu - LEDコントローラー、InGaAsカメラ、SDK（Python/C++）、GANベースの欠陥分類器サンプルを含む。4時間以内に検査を開始可能。

カスタムサービス：波長選択（1,000～1,900 nm）、FWHM 20～100 nm、セラミック/TO缶/COB、駆動エレクトロニクス、ISO 13485およびIATF 16949に準拠した校正治具。