基于短波红外LED的树脂、塑料和硅制品制造过程中的内部缺陷检测

介绍

树脂封装材料、注塑成型塑料和硅片中的内部裂纹、空隙、分层或异物通常难以被可见光或X射线系统检测到。短波红外LED照明（1000–1900 nm）能够穿透这些材料，并被水或有机污染物强烈吸收，且散射程度低于更短波长的光，从而能够以生产线速度提供高对比度、无损的图像。本文阐述了该技术的物理原理、在线集成及其经济价值。 Zhuhai Tianhui SWIR-LED 这些技术已经提高了电子、汽车、封装和半导体制造行业的良率，并降低了召回风险。

物理学及主要优势

• 渗透深度：环氧树脂模塑化合物中为 2–15 毫米，PE/PP 中为 5–20 毫米，200 微米硅片为全厚度渗透

• 光谱特征：–OH（1450 nm，1940 nm），–CH₂（1210 nm，1730 nm），Si–Si 声子（1100 nm）→ 自动材料/缺陷分类

• 与 850 nm 波长相比，米氏散射强度降低 10–30 倍 → 可通过填充颗粒或表面纹理获得更清晰的图像

• 固态、无热电冷却器 (TEC)、符合 AEC-Q102 标准的发光体；寿命 >50,000 小时，漂移

• 芯片级尺寸为 1.6 × 1.6 mm，可在注塑机或晶圆探针台内实现在线“微型单元”封装

按材料分类的检测解决方案

3.1 树脂（环氧树脂、丙烯酸树脂、硅树脂）

原理：1310nm/1550nm处的透射或后向散射可揭示密度变化；1450nm处可绘制水分渗入图。

用例

电子封装：检测芯片焊盘下方 5 µm 的空隙；误剔率

汽车点火线圈灌封：100% 在线检测 ≥20 µm 气泡；每年节省 120 万元人民币废料

3.2 塑料（PE、PP、PA、PET、PC）

原理：不同的 -CH 倍频在光谱上能区分不同等级；外来树脂或油在 1710 nm 处显示负峰。

用例

食品托盘热成型：240 米/分钟线，2 kHz 短波红外频闪灯，50 微米凝胶 100% 检测；自 2022 年以来无召回事件

回收薄片分选：1210nm/1650nm双LED+InGaAs阵列以3th⁻¹的精度将PE与PP分离，纯度>98%。

3.3 硅（晶圆、晶锭、光伏电池）

原理：SWIR >1 100 nm 的波长可以克服硅的带隙；裂纹或堆垛层错会散射光子，在暗背景下显得明亮。

用例

MEMS晶圆贯穿裂纹：厚度200 µm，裂纹宽度2 µm，每分钟检测到5片晶圆。

太阳能电池微裂纹和指状断裂：用1个310纳米短波红外LED代替电致发光，可降低30%的资本支出，误验率仍保持在0.2%。

经济影响

实时反馈回路：SWIR 信号馈送到 IMM 或芯片键合机 → 自动调整封装压力或点胶速度 → 良率提高 2-4%，返工率降低 35%，召回风险降低 90%。

ROI示例（汽车ECU树脂成型）：

生产线年产量 500 万单位

模块成本18万元人民币，投资回收期7个月。

废料回收率0.5% = 210万元人民币/年

技术路线图及挑战

2025 年 – 6 通道单片短波红外 LED（1100/1210/1310/1450/1550/1650 nm）+ ASIC 光子计数读出集成电路，5 Gbps MIPI 接口，用于三维断层重建

2026 年——人工智能驱动的“自训练”模型：可在 30 分钟内从 100 张标记图像中学习新的树脂牌号；目标误剔率低于 0.1%

2027 年 – 混合型短波红外 (SWIR) + 60 GHz 雷达微型模块：雷达定位分层面深度，短波红外 (SWIR) 确认化学成分 – 单个 12 × 12 mm 传感器头

挑战：

碳含量极高（>5%）的深色化合物需要 2 W sr⁻¹ 的辐射强度——天辉 2 mm² 芯片级堆叠芯片可满足这一需求。

晶圆厂数据隐私：边缘推理、无图像留存、AES-256 加密日志记录

Zhuhai Tianhui Turn-Key Modules

TH-SWIR-1310-1550-IPC：双LED，1W，IP67防护等级，45°光学视角，最高5kHz频闪，适用于高速摄像机

TH-SWIR-QUAD-1650：四波长，3.5 × 3.5 mm COB封装，兼容回流焊，平均故障间隔时间80000小时

评估套件：SWIR-EVB-Manu——包含LED控制器、InGaAs相机、SDK（Python/C++）、基于GAN的缺陷分类器示例；4小时内即可开始检测

定制服务：波长选择（1000-1900nm），FWHM 20-100nm，陶瓷/TO-can/COB，驱动电子器件，符合 ISO 13485 和 IATF 16949 标准的校准夹具。