Inspeção interna de defeitos baseada em LEDs SWIR para produtos de resina, plástico e silicone na fabricação

Introdução

Rachaduras internas, vazios, delaminações ou partículas estranhas em encapsulantes de resina, plásticos moldados por injeção e wafers de silício frequentemente permanecem ocultos aos sistemas de visão visível ou de raios X. A iluminação por LED infravermelho de ondas curtas (1000–1900 nm) penetra nesses materiais, é fortemente absorvida por água ou contaminantes orgânicos e dispersa menos do que comprimentos de onda mais curtos, fornecendo imagens não destrutivas de alto contraste em velocidade de linha de produção. O artigo explica a física, a integração on-line e o valor econômico dessa tecnologia. Zhuhai Tianhui SWIR LED que já estão aumentando a produtividade e reduzindo o risco de recalls em fábricas de eletrônicos, automotivas, de embalagens e de semicondutores.

Física e principais vantagens

• Profundidade de penetração: 2–15 mm em compostos de moldagem epóxi, 5–20 mm em PE/PP, espessura total para wafers de Si de 200 µm

• Impressões digitais espectrais: –OH (1450 nm, 1940 nm), –CH₂ (1210 nm, 1730 nm), fônon Si–Si (1100 nm) → classificação automática de material/defeito

• Dispersão de Mie 10 a 30 vezes menor que a de 850 nm → imagens mais nítidas através de partículas de enchimento ou textura da superfície

• Emissores de estado sólido, sem TEC, qualificados pela AEC-Q102; vida útil >50.000 h, deriva

• A área de contato de 1,6 × 1,6 mm no nível do chip permite a criação de “microcélulas” em linha dentro de máquinas de moldagem ou sondas de wafers.

Soluções de Inspeção por Material

3.1 Resina (epóxi, acrílica, silicone)

Princípio: a transmissão ou retrodispersão em 1310 nm / 1550 nm revela a variação de densidade; 1450 nm mapeia a entrada de umidade.

Casos de uso

Pacotes eletrônicos: detecção de espaços vazios de 5 µm sob a área de contato do chip; falsos negativos

Encapsulamento de bobinas de ignição automotivas: verificação em linha de 100% para bolhas ≥20 µm; economia de 1,2 milhão de RMB por ano em sucata.

3.2 Plásticos (PE, PP, PA, PET, PC)

Princípio: diferentes sobretons de –CH proporcionam contraste espectroscópico entre os graus de pureza; resina ou óleo estranhos apresentam pico negativo em 1710 nm.

Casos de uso

Termoformagem de bandejas de alimentos: linha de 240 m min⁻¹, estroboscópio SWIR de 2 kHz, inspeção de 100% para géis de 50 µm; eventos de recall zerados desde 2022.

Triagem de flocos para reciclagem: matriz de LEDs duplos de 1210 nm / 1650 nm + InGaAs separa PE de PP a 3 th⁻¹, pureza >98%

3.3 Silício (wafers, lingotes, células fotovoltaicas)

Princípio: A radiação SWIR >1100 nm supera a banda proibida do silício; rachaduras ou falhas de empilhamento dispersam os fótons, aparecendo brilhantes em um fundo escuro.

Casos de uso

Trinca passante em MEMS: 200 µm de espessura, 2 µm de largura, detectada a 5 wafers por minuto.

Microfissuras e interrupções nos contatos da célula solar: a eletroluminescência foi substituída por um LED SWIR de 310 nm, resultando em uma redução de 30% no investimento inicial (CapEx), mantendo-se a mesma taxa de falsos positivos de 0,2%.

Impacto econômico

Ciclo de feedback em tempo real: sinal SWIR enviado para IMM ou máquina de colagem de chips → ajuste automático da pressão de compactação ou da velocidade de dispensação → rendimento ↑2–4 %, retrabalho ↓35 %, risco de recall ↓90 %.

Exemplo de ROI (moldagem de resina para ECU automotiva):

Produção da linha: 5 milhões de unidades por ano

O módulo custa 180 mil RMB e o retorno do investimento ocorre em 7 meses.

Economia de 0,5% na redução de sucata = 2,1 milhões de RMB por ano

Roteiro tecnológico e desafios

2025 – LED SWIR monolítico de 6 canais (1100/1210/1310/1450/1550/1650 nm) + ROIC de contagem de fótons ASIC, interface MIPI de 5 Gbps para reconstrução tomográfica 3D

2026 – Modelo de “autotreinamento” baseado em IA: aprende uma nova classe de resina em menos de 30 minutos a partir de 100 imagens rotuladas; meta: menos de 0,1% de falsos positivos.

2027 – Micromódulo híbrido SWIR + radar de 60 GHz: o radar localiza a profundidade do plano de delaminação, o SWIR confirma a composição química — cabeçote de sensor único de 12 × 12 mm

Desafios:

Compostos com alto teor de carbono (>5%) e baixa luminosidade necessitam de 2 W sr⁻¹ de radiação — solução encontrada nos chips empilhados de 2 mm² da Tianhui.

Privacidade de dados em fábricas de semicondutores: inferência na borda, nenhuma imagem sai da fábrica, registro criptografado com AES-256

Módulos prontos para uso Zhuhai Tianhui

TH-SWIR-1310-1550-IPC: flash de dois LEDs de 1 W, IP67, óptica de 45°, estroboscópico de até 5 kHz para câmeras de alta velocidade.

TH-SWIR-QUAD-1650: quatro comprimentos de onda em COB de 3,5 × 3,5 mm, compatível com refluxo, MTBF de 80.000 h

Kit de avaliação: SWIR-EVB-Manu — inclui controlador de LED, câmera InGaAs, SDK (Python/C++), classificador de defeitos baseado em GAN de exemplo; inicie a inspeção em até 4 horas.

Serviços personalizados: seleção de comprimento de onda (1000–1900 nm), FWHM 20–100 nm, cerâmica/TO-can/COB, eletrônica de acionamento, dispositivos de calibração em conformidade com as normas ISO 13485 e IATF 16949.