تصویربرداری مستقیم لیزری (LDI) در تولید PCB: چگونه کیفیت، دقت و کارایی را متحول می کند

در رقابت برای ساخت الکترونیک کوچکتر، سریعتر و قابل اطمینان تر، از تلفن های هوشمند 5G تا سنسورهای هوافضا، تولیدکنندگان PCB با یک چالش مهم روبرو هستند:به دست آوردن الگوهای مدار فوق العاده ظریف با حداقل نقصفتو لیتوگرافی سنتی، که برای مدت طولانی استاندارد تصویربرداری PCB بوده است، برای پاسخگویی به این خواسته ها تلاش می کند و اغلب در مورد دقت، انعطاف پذیری و هزینه های موثر کم می شود.تصویربرداری مستقیم لیزر (LDI) وارد کنید: یک تکنولوژی تغییر دهنده بازی است که از لیزرهای قدرتمند استفاده می کند تا الگوهای مدار را مستقیماً بر روی PCB حک کند، نیاز به ماسک های فیزیکی را از بین ببرد و سطوح بی سابقه ای از کیفیت را باز کند.

این راهنما بررسی می کند که چگونه LDI تولید PCB را تغییر می دهد، از جریان کاری فنی آن تا تأثیر ملموس آن بر معیارهای کیفیت مانند دقت ردیابی و نرخ نقص.ما LDI را با فوتولیتوگرافی سنتی مقایسه خواهیم کرد، کاربردهای دنیای واقعی را برجسته می کند و توضیح می دهد که چرا تولید کنندگان پیشرو مانند LT CIRCUIT برای ارائه PCB های با عملکرد بالا برای صنایع حیاتی به LDI تکیه می کنند.این که آیا شما در حال طراحی HDI برای پوشیدنی ها یا PCB های مقاوم برای هوافضا هستید، درک نقش LDI در کنترل کیفیت به شما کمک می کند تا برای پروژه بعدی خود تصمیمات آگاهانه بگیرید.

نکات کلیدی
1دقت بی نظیر: LDI به پهنای ردیابی به اندازه 0.05 میلی متر (2 میلی متر) و دقت تراز ± 5μm می رسد که توانایی های سنتی فوتولیتوگرافی را بسیار فراتر می برد.
2نقص های کاهش یافته: با حذف ماسک های فیزیکی، LDI نرخ نقص ها را 40٪ تا 60٪ کاهش می دهد، هزینه های کار مجدد را کاهش می دهد و بازده تولید را بهبود می بخشد.
3زمان سریع تر به بازار: LDI ساخت ماسک را رها می کند، تبدیل نمونه اولیه را از هفته ها به روزها کاهش می دهد و امکان تکرار سریع طراحی را فراهم می کند.
4.کارایی هزینه: برای دسته های کوچک تا متوسط (۱۰،۰۰۰ واحد) ، LDI با اجتناب از هزینه ماسک، در مقایسه با فوتولیتوگرافی ۲۰،۳۰٪ صرفه جویی می کند.
5دوستانه به محیط زیست: LDI 30٪ مواد شیمیایی کمتری استفاده می کند و 50٪ زباله کمتری تولید می کند، مطابق با اهداف جهانی پایداری (به عنوان مثال، ISO 14001).
6قابلیت های گوناگون: ایده آل برای PCB های HDI، انعطاف پذیر، سخت و فرکانس بالا که برای برنامه های کاربردی 5G، پزشکی و هوافضا حیاتی هستند.

درک تصویربرداری مستقیم لیزر (LDI) در تولید PCB

قبل از اینکه به تاثیرات کیفیت LDI بپردازیم، درک چگونگی عملکرد این فناوری و تفاوت آن با روش های سنتی ضروری است.

تصویربرداری مستقیم لیزر (LDI) چیست؟
تصویربرداری مستقیم لیزر (LDI) یک فرآیند تصویربرداری دیجیتال PCB است که از یک پرتو لیزر متمرکز برای انتقال طرح های مدار به طور مستقیم به یک PCB پوشش داده شده با مقاومت نور استفاده می کند.برخلاف فوتولیتوگرافی که در آن نور از یک ماسک فیزیکی به الگوهای پروژه عبور می کند، LDI داده های طراحی را در زمان واقعی می خواند، مدارها را پیکسل به پیکسل با دقت زیر میکرو

این رویکرد دیجیتال دو نقطه درد اصلی روش های سنتی را از بین می برد:

a.خطاهای مربوط به ماسک: ماسک های فیزیکی با گذشت زمان تخریب می شوند، در طول تراز شدن تغییر می کنند یا گرد و غبار جمع می شوند که همه آنها باعث تحریف الگوی می شوند.
ب. چرخه های طراحی سخت: تغییر یک طراحی با فوتولیتوگرافی نیاز به ساخت یک ماسک جدید (با هزینه ۵۰۰ تا ۵۰۰۰ دلار در هر ماسک) ، کاهش تکرار است.

LDI هر دو را با رفتار با PCB به عنوان یک "کند دیجیتال" حل می کند، که امکان تنظیم در پرواز و نتایج سازگار در هر صفحه را فراهم می کند.

چگونه LDI کار می کند: روند کار مرحله به مرحله
فرآیند LDI ساده است اما به شدت کنترل شده است، اطمینان از دقت در هر مرحله:

1آماده سازی PCB
بستر PCB خام (FR-4، پلی آمید یا سرامیک) با یک حمام فوق صوتی تمیز می شود تا روغن ها، گرد و غبار و بقایای مهم برای چسبندگی photoresist را از بین ببرد.
یک لایه نازک از photoresist حساس به نور (فلم مایع یا خشک) به طور مساوی در سراسر سطح PCB اعمال می شود. برای طرح های باریک، photoresist مایع (5 ′′ 10μm ضخامت) برای صاف بودن آن ترجیح داده می شود.

2پردازش داده های طراحی
فایل های Gerber (یا داده های ODB ++) وارد نرم افزار LDI می شوند که طراحی را برای تصویربرداری لیزر بهینه می کند. نرم افزار برای اندازه PCB، نوع بستر،و عرض ردیابی مورد نظر برای اطمینان از دقت.

3.تصوير ليزري
PCB بر روی یک مرحله دقیق (با دقت موقعیت ± 1μm) در داخل سیستم LDI نصب شده است.
یک لیزر UV با قدرت بالا (طول موج 355nm) مقاومت نور را اسکن می کند و مناطقی را که به ردپای مس تبدیل می شوند، نشان می دهد.قدرت لیزر (۱۰۵۰ میلی وات) و سرعت اسکن (۱۵ متر در ثانیه) برای جلوگیری از قرار گرفتن بیش از حد بستر کالیبراسیون شده است..
برای PCB های چند لایه ای، این مرحله از علامت های فیدوشیاال (هدف های مس کوچک روی PCB) برای تراز هر لایه با دقت ±5μm استفاده می کند که بسیار نزدیک تر از فوتولیتوگرافی ±25μm است.

4توسعه
PCB در معرض در یک محلول توسعه دهنده (الکالی یا اسیدی) غوطه ور می شود، که نورپردازی غیرعرض شده را از بین می برد.با مقاومت نور باقی مانده که از مس محافظت می کند که ردیابی را تشکیل می دهد.

5.حفر/پلاستر کردن
مس غیر محافظت شده با استفاده از حکاکی شیمیایی (کلورید آهن یا کلورید مس) حذف می شود و ردپای لیزر مشخص شده را پس می گذارد.
برای PCB های چند لایه ای، ویاس ها برای اتصال لایه ها سوراخ و پوشش داده می شوند. دقت تراز LDI تضمین می کند که ویاس ها به طور کامل با ردپای لایه های مجاور در کنار هم قرار بگیرند.

6.فوتورست استریپینگ
مقاومت نور باقیمانده با یک حلال پاک می شود، یک الگوی مدار تمیز و دقیق آماده برای استفاده از ماسک جوش می شود.

اجزای کلیدی یک سیستم LDI
عملکرد LDI به چهار جزء مهم بستگی دارد که هرکدام برای دقت طراحی شده اند:

این اجزای در کنار هم کار می کنند تا نتایج سازگار و با کیفیت بالا را حتی برای پیچیده ترین طرح های PCB ارائه دهند.

LDI در مقابل فوتولیتوگرافی سنتی: مقایسه سر به سر
برای درک اینکه چرا LDI کیفیت PCB را تغییر می دهد، مقایسه آن با روش سنتی فوتولیتوگرافی که برای دهه ها بر صنعت تسلط داشت، بسیار مهم است.جدول زیر معیارهای کلیدی را تجزیه می کند:

نکاتی مهم از این مقایسه
a.Precision Gap: توانایی LDI برای ایجاد ردیابی های 0.05mm و تراز لایه ها به ±5μm یک تغییر در بازی برای PCB های HDI است، که در آن فضای فوق العاده است.
ب. انعطاف پذیری هزینه: برای دسته های کوچک یا طرح هایی که نیاز به تغییرات مکرر دارند، LDI از هزینه های ماسک جلوگیری می کند ٪ 1000 ٪ 10،000 دلار در هر پروژه صرفه جویی می کند.
c.پایماندگی کیفیت: نرخ نقص 5 ٪ از فوتولیتوگرافی به 50 ٪ 80 PCB معیوب در هر دسته 1000 واحد تبدیل می شود؛ LDI این مقدار را به 10 ٪ 20 کاهش می دهد و زمان کار مجدد و اتلاف مواد را کاهش می دهد.

چگونه LDI کیفیت PCB را بهبود می بخشد: 5 تاثیر ملموس
LDI نه تنها کیفیت را بهبود می بخشد بلکه آنچه را که برای عملکرد PCB ممکن است دوباره تعریف می کند. در زیر پنج روش کلیدی برای افزایش معیار کیفیت وجود دارد:

1دقت ردیابی فوق العاده برای PCB های HDI
الکترونیک مدرن (به عنوان مثال، مودم های 5G، تراشه های هوش مصنوعی) نیاز به PCB با ردپای کوچک به اندازه 0.05 میلی متر (2 میلی متر) برای متناسب شدن با اجزای متراکم دارد. تصویربرداری مبتنی بر لیزر LDI ارائه می دهد:

a. عرض ردیابی ثابت: تحمل ±2μm برای عرض ردیابی، اطمینان از کنترل مقاومت (مهم برای سیگنال های فرکانس بالا مانند 5G mmWave).
b. لبه های ردیابی تیز: لیزر متمرکز باعث ایجاد لبه های ردیابی صاف و عمودی می شود، برخلاف فوتولیتوگرافی که اغلب لبه های گرد تولید می کند که باعث از دست دادن سیگنال می شود.
c. دقت میکروویا: LDI میکروویا (قطر 0.1 میلی متر) را با دقت ± 5μm به رد می کند و از “via-to-trace” که روش های سنتی را آزار می دهد اجتناب می کند.

مثال واقعی: یک تولید کننده PCB ایستگاه پایه 5G به LDI تغییر کرد و از دست دادن سیگنال را 18٪ کاهش داد تا شعاع پوشش ایستگاه پایه را 20٪ افزایش دهد.

2. نقص های کاهش یافته از حذف ماسک
ماسک های فیزیکی تنها بزرگترین منبع نقص در فوتولیتوگرافی سنتی هستند:

a. تخریب ماسک: ماسک ها پس از 50-100 بار استفاده خاک را خراش می دهند یا گردآوری می کنند و باعث از دست رفتن رد یا مدار کوتاه می شوند.
b. تغییر صف بندی: حتی یک تغییر ماسک 10μm می تواند یک طراحی باریک را خراب کند (به عنوان مثال ، 0.4mm BGA).

LDI این مشکلات را از بین می برد و نقایص را 40٪ تا 60٪ کاهش می دهد. جدول زیر انواع نقایص را با LDI کاهش می دهد:

تأثیر هزینه: برای یک دسته 10،000 واحد، LDI هزینه های بازسازی را با 2،000 $ 5،000 $ کاهش می دهد (بر اساس 50 دلار هزینه متوسط بازسازی در هر PCB معیوب).

3. اطمینان ترمیکی و مکانیکی بهتر
دقت LDI نه تنها عملکرد الکتریکی را بهبود می بخشد بلکه دوام طولانی مدت را افزایش می دهد:

پوشش مس یکنواخت: قرار گرفتن در معرض لیزر به طور مداوم از بین بردن photoresist را تضمین می کند، که منجر به پوشش مس یکنواخت می شود. این باعث کاهش نقاط داغ در PCB های قدرت (به عنوان مثال، اینورترهای EV) 15٪ تا 20٪ می شود.
b. نقاط استرس کاهش یافته: لبه های ردیابی تمیز و دقیق از طریق تراز فشار مکانیکی بر روی PCB را به حداقل می رساند و طول عمر آن را تحت چرخه حرارتی (-40 °C تا 125 °C) 30 ٪ افزایش می دهد.

مطالعه موردی: یک سازنده دستگاه پزشکی از LDI برای تولید PCB برای سُند های سُند سُند سُند استفاده کرد.000 چرخه حرارتی دو برابر طول عمر تخته های تولید شده توسط فوتولیتوگرافی.

4پشتیبانی از طرح های چند لایه و متراکم
PCB های چند لایه ای (۸-۱۲ لایه) برای الکترونیک پیچیده بسیار مهم هستند، اما روش های سنتی برای تراز دقیق لایه ها تلاش می کنند.

a. هر لایه را با دقت ±5μm حتی برای صفحه های HDI 12 لایه هم تراز می کند.
b.در زمان واقعی برای PCB warpage (معمولا در زیربناهای نازک) درست می شود، اطمینان حاصل می شود که ویاس ها همه لایه ها را به طور قابل اعتماد متصل می کنند.

این باعث می شود طرح هایی مانند:

a.ابراه های کور / دفن شده: LDI به طور دقیق از حفره های برای ابراه های کور (تصل کردن لایه های بیرونی به لایه های داخلی) و ابراه های دفن شده (تصل کردن لایه های داخلی) ، جلوگیری از اتصال های “باز” تصویر می گیرد.
b. مایکروویا های انباشته شده: برای PCB های 20 لایه ای، LDI مایکروویا های انباشته شده را با دقت کمتر از یک میکرو قرار می دهد، کارایی که فوتولیتوگرافی نمی تواند با آن مطابقت داشته باشد.

5کیفیت ثابت در تمام دسته ها
یکی از کم ارزش ترین مزایای LDI، سازگاری دسته به دسته است. کیفیت فوتولیتوگرافی سنتی با پوشیدن ماسک ها کاهش می یابد، اما فرآیند دیجیتال LDI تضمین می کند:

یکپارچگی در همان روز: هر PCB در یک دسته 10،000 واحد دارای پهنای ردیابی و تراز یکسان است.
ب.پایگیری طولانی مدت: یک طراحی که امروز تصویر گرفته می شود، با طراحی شش ماه بعد مطابقت خواهد داشت.این برای تولید کنندگان با تولید طولانی بسیار مهم است.

نقطه داده: LT CIRCUIT گزارش می دهد که LDI تغییرات دسته به دسته را 80٪ کاهش می دهد و این کار را آسان تر می کند تا با استانداردهای سختگیرانه صنعت (به عنوان مثال، IPC-A-600 کلاس 3 برای هوافضا) مطابقت داشته باشد.

چرا فوتولیتوگرافی سنتی در مورد نیازهای PCB مدرن شکست می خورد
برای درک کامل ارزش LDI، مهم است که محدودیت های فوتولیتوگرافی سنتی را درک کنیم که آن را برای PCB های پیشرفته مناسب نمی کند:

1رزولوشن پایین برای اجزای ظریف
حداقل پهنای ردیابی فوتولیتوگرافی (0.127mm/5mil) نمی تواند از BGA های 0.4mm-pitch یا مدارهای 5G mmWave پشتیبانی کند، که نیاز به 0.05mm/2mil دارد.
2هزینه های بالا برای دسته های کوچک
ساخت يک ماسک 500 دلار 5 دلار000، باعث می شود که فوتولیتوگرافی برای نمونه های اولیه یا نسخه های کوچک (10 ‰ 1000 واحد) غیر اقتصادی باشد.
3.تکرار طراحی آهسته
تغییر یک طراحی نیاز به یک ماسک جدید دارد، که زمان 7-14 روز را به زمان برگشت اضافه می کند که برای صنایع سریع مانند الکترونیک مصرفی بسیار کند است.
4آسیب زیست محیطی
فتو لیتوگرافی ۳۰ درصد مواد شیمیایی بیشتری (صفایی ماسک، توسعه دهنده اضافی) را استفاده می کند و زباله ماسک تولید می کند، که به زباله های الکترونیکی کمک می کند.

LDI تمام این نقاط درد را برطرف می کند، و این تنها گزینه عملی برای تولید کنندگان است که به دنبال ساخت نسل بعدی PCB هستند.

کاربردهای LDI: جایی که درخشان تر می درخشد
تنوع LDI آن را برای انواع تخصصی PCB که نیاز به دقت دارند ایده آل می کند. در زیر موارد استفاده کلیدی با بینش از تخصص LT CIRCUIT:
1PCB های HDI برای الکترونیک مصرفی
نیاز: PCB های کوچک و متراکم برای تلفن های هوشمند، پوشیدنی ها و تبلت ها (به عنوان مثال، صفحه 12 لایه ای HDI Apple Watch).
مزایای LDI: ایجاد ردیابی 0.05 میلی متر و میکروویای 0.1 میلی متر، متناسب بودن 30٪ بیشتر اجزای در همان فضا.
لایت مدار: از سیستم های LDI دو لیزر استفاده می کند تا هر دو طرف PCB HDI را به طور همزمان تصویربرداری کند و زمان تولید را 50٪ کاهش دهد.

2PCB های انعطاف پذیر و سخت انعطاف پذیر برای دستگاه های خودرو / پزشکی
نیاز: PCB های انعطاف پذیر که بدون شکستن خم می شوند (به عنوان مثال، سنسورهای ADAS خودرو، پوشیدنی های پزشکی).
مزایای LDI: فرآیند تصویربرداری لطیف لیزر از آسیب رساندن به زیربناهای پولیمید شکننده جلوگیری می کند، انعطاف پذیری را حفظ می کند و در عین حال دقت ردیابی را تضمین می کند.
معیارهای کلیدی: PCB های انعطاف پذیر تولید شده توسط LDI با مقاومت بیش از 10،000 چرخه خم شدن (180 درجه خم شدن) بدون ترک شکستگی دو برابر طول عمر صفحه انعطاف پذیر تولید شده توسط فوتولیتوگرافی.

3PCB های فرکانس بالا برای هوافضا / مخابرات
نیاز: PCB هایی که یکپارچگی سیگنال را در 28GHz+ حفظ می کنند (به عنوان مثال رادار هوافضا، ایستگاه های پایه 5G).
مزایای LDI: لبه های تیز و مس یکنواخت، از دست دادن سیگنال را 15 تا 20 درصد کاهش می دهد که برای ارتباطات دوربرد بسیار مهم است.
انطباق: فرآیند LDI LT CIRCUIT® با استاندارد های MIL-STD-883 (هوافضا) و IEC 61000-6-3 (تلویزیون) مطابقت دارد و قابلیت اطمینان در محیط های سخت را تضمین می کند.

4نمونه اولیه و تولید کم حجم
نیاز: تغییر سریع برای طرح های سفارشی (به عنوان مثال، دستگاه های IoT راه اندازی، تحقیقات دانشگاهی).
مزایای LDI: تولید ماسک را رها می کند و نمونه های اولیه را در مدت 1 روز و 3 روز در مقایسه با 7 روز و 14 روز برای فوتولیتوگرافی تحویل می دهد.
مثال هزینه: یک استارتاپ که 500 نمونه اولیه PCB تولید می کند، 3000 دلار با LDI صرفه جویی می کند (از 6000 دلار هزینه ماسک جلوگیری می کند).

سوالات متداول در مورد LDI در تولید PCB
س: آیا LDI گران تر از فوتولیتوگرافی برای تولید حجم بالا است؟
A: برای دسته های >100،000 واحد، فوتولیتوگرافی ممکن است هزینه های پایین تری برای هر واحد داشته باشد (هزینه ماسک در بیش از یک PCB پخش می شود). با این حال، نرخ نقص پایین تر LDI اغلب این هزینه را کاهش می دهد. صرفه جویی 0.20 $ 0.50 در هر واحد در حال بازکاری.

س: آیا LDI می تواند پانل های PCB بزرگ (به عنوان مثال، 24×36×) را اداره کند؟
A: بله. سیستم های مدرن LDI (به عنوان مثال، LT CIRCUITs) از پانل های تا 30 ′′ x 36 ′′ با تصویربرداری سازگار در سراسر سطح پشتیبانی می کنند.

س: آیا LDI با تمام زیربناهای PCB کار می کند؟
A: LDI با زیربناهای FR-4 ، پلی آمید (flex) ، سرامیک و هسته فلزی (MCPCB) سازگار است. قدرت لیزر برای مطابقت با حساسیت زیربنای تنظیم می شود (به عنوان مثال ، قدرت پایین تر برای پلی آمید).

س: LDI چگونه بر استفاده از ماسک جوشگر تاثیر می گذارد؟
A: لبه های ردیابی دقیق LDI باعث می شود که تراز کردن حفره های ماسک جوش آسان تر شود ، کاهش لغزش ماسک (یک علت رایج اتصال کوتاه).LT CIRCUIT گزارش می دهد که با LDI ۵۰ درصد نقص در ماسک های جوش دهنده کاهش یافته است..

س: چرا برای PCB های تولید شده توسط LDI LT CIRCUIT را انتخاب می کنید؟
A: LT CIRCUIT از سیستم های پیشرفته LDI (355nm UV لیزر، مراحل ±1μm) استفاده می کند و دارای 15+ سال تجربه بهینه سازی LDI برای HDI، انعطاف پذیری و PCB های هوافضا است.فرآیند آنها با استاندارد های IPC-A-600 کلاس 3 و AS9100 مطابقت دارد، تضمین کیفیت سطح بالا.

نتیجه گیری
تصویربرداری مستقیم لیزر (LDI) به عنوان استاندارد طلا برای تولید PCB ظهور کرده است، با ارائه دقت بی نظیر، کاهش نقص ها،و طراحی هایی را که قبلاً با روش های سنتی غیرممکن بود، امکان پذیر می کند.برای تولید کنندگان که در حال ساخت الکترونیک پیشرفته هستند، از دستگاه های 5G تا ابزارهای پزشکی نجات دهنده زندگی، LDI فقط یک گزینه بهتر نیست، بلکه یک ضرورت است.

توانایی آن برای حذف ماسک ها، کاهش هزینه های دسته های کوچک و پشتیبانی از طرح های متراکم و چند لایه ای آن را به اندازه کافی برای الکترونیک مصرفی و به اندازه کافی برای هوافضا انعطاف پذیر می کند.به عنوان طرح های PCB همچنان به کوچک شدن و سرعت افزایش (eLDI همچنان در خط مقدم نوآوری با کیفیت خواهد ماند.

By partnering with experts like LT CIRCUIT—who combine LDI expertise with strict quality control—you can leverage this technology to build PCBs that meet the most demanding performance and reliability standardsدر بازاری که کیفیت موفقیت را متمایز می کند، LDI ابزاری است که تضمین می کند محصولات شما برجسته شوند.