Kiểm tra khuyết tật bên trong dựa trên đèn LED hồng ngoại (SWIR-LED) đối với các sản phẩm nhựa, chất dẻo và silicon trong sản xuất

Giới thiệu

Các vết nứt bên trong, lỗ rỗng, sự tách lớp hoặc các hạt lạ trong chất bao bọc nhựa, nhựa đúc phun và tấm silicon thường khó phát hiện bằng mắt thường hoặc hệ thống tia X. Ánh sáng LED hồng ngoại sóng ngắn (1000–1900 nm) xuyên qua các vật liệu này, bị hấp thụ mạnh bởi nước hoặc các chất gây ô nhiễm hữu cơ, và tán xạ ít hơn so với các bước sóng ngắn hơn, cho hình ảnh có độ tương phản cao, không phá hủy ở tốc độ dây chuyền sản xuất. Bài báo giải thích vật lý, tích hợp trực tuyến và giá trị kinh tế của phương pháp này. Chu Hải Tianhui SWIR-LED Những giải pháp này đã và đang giúp tăng năng suất và giảm rủi ro thu hồi sản phẩm trong các ngành điện tử, ô tô, bao bì và sản xuất chất bán dẫn.

Vật lý và những ưu điểm chính

• Độ sâu thâm nhập: 2–15 mm trong các hợp chất khuôn epoxy, 5–20 mm trong PE/PP, xuyên suốt toàn bộ độ dày đối với các tấm wafer Si 200 µm

• Dấu vân tay quang phổ: –OH (1 450 nm, 1 940 nm), –CH₂ (1 210 nm, 1 730 nm), phonon Si–Si (1 100 nm) → phân loại vật liệu/khuyết tật tự động

• Độ tán xạ Mie thấp hơn 10–30 lần so với 850 nm → hình ảnh sắc nét hơn xuyên qua các hạt phụ gia hoặc kết cấu bề mặt.

• Bộ phát bán dẫn, không có TEC, đạt tiêu chuẩn AEC-Q102; tuổi thọ >50.000 giờ, độ trôi

• Kích thước chip 1,6 × 1,6 mm cho phép tích hợp các “ô vi mạch” bên trong máy đúc hoặc máy kiểm tra wafer.

Giải pháp kiểm tra theo vật liệu

3.1 Nhựa (epoxy, acrylic, silicone)

Nguyên lý: sự truyền dẫn hoặc tán xạ ngược ở bước sóng 1310 nm / 1550 nm cho thấy sự thay đổi mật độ; bước sóng 1450 nm lập bản đồ sự xâm nhập của hơi ẩm.

Các trường hợp sử dụng

Gói linh kiện điện tử: phát hiện khoảng trống 5 µm dưới đế chip; tỷ lệ lỗi

Quy trình đổ khuôn cuộn dây đánh lửa ô tô: Kiểm tra trực tuyến 100% đối với bọt khí ≥20 µm; tiết kiệm được 1,2 triệu RMB/năm phế liệu

3.2 Nhựa (PE, PP, PA, PET, PC)

Nguyên lý: Các bội âm –CH khác nhau tạo ra sự tương phản quang phổ giữa các loại; nhựa hoặc dầu lạ cho thấy đỉnh âm ở 1710 nm.

Các trường hợp sử dụng

Tạo hình nhiệt khay đựng thực phẩm: dây chuyền 240 m min⁻¹, đèn nháy SWIR 2 kHz, kiểm tra 100% đối với gel 50 µm; số sự cố thu hồi sản phẩm đã bằng 0 kể từ năm 2022.

Phân loại mảnh vụn tái chế: Hệ thống đèn LED kép 1210 nm / 1650 nm + mảng InGaAs tách PE khỏi PP ở mức 3 th⁻¹, độ tinh khiết >98%

3.3 Silicon (tấm wafer, thỏi, pin quang điện)

Nguyên lý: SWIR >1 100 nm vượt qua khe năng lượng của Si; các vết nứt hoặc lỗi xếp lớp làm tán xạ photon, tạo ra ánh sáng rực rỡ trên nền tối.

Các trường hợp sử dụng

Vết nứt xuyên qua đế bán dẫn MEMS: dày 200 µm, rộng 2 µm, phát hiện ở 5 đế bán dẫn/phút.

Vết nứt nhỏ và sự gián đoạn đường dẫn trên tế bào quang điện: thay thế phát quang điện bằng 1 đèn LED SWIR 310 nm giúp giảm 30% chi phí đầu tư, tỷ lệ chấp nhận sai vẫn giữ nguyên ở mức 0,2%.

Tác động kinh tế

Vòng phản hồi thời gian thực: Tín hiệu SWIR được đưa đến IMM hoặc máy hàn chip → tự động điều chỉnh áp suất đóng gói hoặc tốc độ phân phối → năng suất tăng 2–4%, tỷ lệ làm lại giảm 35%, rủi ro thu hồi giảm 90%.

Ví dụ về ROI (khuôn đúc nhựa ECU ô tô):

Sản lượng dây chuyền 5 triệu đơn vị/năm⁻¹

Giá thành mô-đun 180.000 RMB, thời gian hoàn vốn 7 tháng.

Tiết kiệm phế liệu 0,5% = 2,1 triệu RMB/năm⁻¹

Lộ trình công nghệ và những thách thức

2025 – LED SWIR nguyên khối 6 kênh (1 100/1 210/1 310/1 450/1 550/1 650 nm) + mạch tích hợp đọc tín hiệu quang (ROIC) ASIC, giao diện MIPI 5 Gbps cho tái tạo hình ảnh cắt lớp 3D.

2026 – Mô hình “tự đào tạo” dựa trên AI: học loại nhựa mới trong vòng chưa đầy 30 phút từ 100 hình ảnh được gắn nhãn; mục tiêu tỷ lệ từ chối sai

2027 – Mô-đun siêu nhỏ radar SWIR + 60 GHz lai: radar xác định độ sâu mặt phẳng tách lớp, SWIR xác nhận thành phần hóa học — đầu cảm biến đơn 12 × 12 mm

Thách thức:

Các hợp chất chứa carbon rất tối màu (>5%) cần bức xạ 2 W sr⁻¹ — vấn đề này được giải quyết bằng các chip xếp chồng cấp độ chip 2 mm² của Tianhui.

Bảo mật dữ liệu trong các nhà máy sản xuất chip: suy luận tại biên, không có hình ảnh nào rời khỏi nhà máy, ghi nhật ký được mã hóa AES-256.

Mô-đun chìa khóa trao tay Chu Hải Tianhui

TH-SWIR-1310-1550-IPC: Hai đèn LED 1W, IP67, quang học 45°, tốc độ nháy lên đến 5 kHz dành cho camera tốc độ cao

TH-SWIR-QUAD-1650: bốn bước sóng trên COB 3,5 × 3,5 mm, tương thích với hàn chảy lại, MTBF 80.000 giờ

Bộ dụng cụ đánh giá: SWIR-EVB-Manu — bao gồm bộ điều khiển LED, camera InGaAs, SDK (Python / C++), bộ phân loại lỗi dựa trên GAN mẫu; bắt đầu kiểm tra trong vòng 4 giờ.

Dịch vụ tùy chỉnh: lựa chọn bước sóng (1000–1900 nm), FWHM 20–100 nm, gốm/TO-can/COB, mạch điện tử điều khiển, thiết bị hiệu chuẩn tuân thủ ISO 13485 & IATF 16949.