В области производства интегральных схем (ИС) одной из ключевых проблем отрасли всегда было достижение точной и чёткой гравировки на поверхности микроскопических чипов. По мере того как размеры чипов становятся всё меньше, а их интеграция — выше, традиционные методы маркировки уже не могут удовлетворить строгие требования современной электронной промышленности к точности и эффективности.
Появление технологии лазерной маркировки с CCD-визуальным позиционированием, благодаря оснащению лазерного оборудования «глазами» и «мозгами», полностью решило проблему позиционирования при гравировке микросхем и стало одной из ключевых технологий на современном этапе упаковки полупроводников.
1. Ограничения традиционной технологии маркировки ИС
Микросхемы IC, являясь ядром электронных устройств, выполняют функции вычисления и хранения данных. На их поверхности необходимо наносить четкие узоры, цифры и надписи для идентификации, отслеживания и контроля качества. Традиционный способ маркировки микросхем IC в основном заключался в печати чернилами. С расширением рынка и усилением конкуренции требования пользователей к маркировке IC-ленты становятся всё более высокими, и традиционный метод печати уже не в состоянии удовлетворить эти потребности.
Традиционные методы обработки имеют множество ограничений: большие отклонения при размещении деталей, низкое качество продукции, низкая эффективность.
Использование шлифовальной бумаги или шлифовального круга для удаления старых маркировок является неэффективным, высок процент брака и повреждений микросхем, а на поверхности остаются следы шлифовки, что негативно сказывается на четкости новой маркировки. Для небольших микросхем типа SMD ручная обработка еще более затруднена, и эти проблемы серьезно ограничивают развитие индустрии обработки ИС.
2. Решение для лазерной маркировки с визуальным позиционированием CCD
Технические принципы и состав системы
Лазерный маркер с CCD-визуальным позиционированием интегрирует современные лазерные технологии, компьютерное зрение, электрическое управление и механическую автоматизацию, объединяя знания в оптико-механико-электронных дисциплинах. Аппаратная часть системы в основном состоит из устройств аппаратного триггера, оптической системы, камеры, платы захвата, промышленного компьютера и маркировочного оборудования. Основной рабочий процесс включает:
Сбор изображений: когда обрабатываемое изделие входит в зону захвата камеры, сигнал запускает камеру для съёмки изображения
Обработка изображений: программная система выполняет калибровку, локализацию и другой анализ данных собранных изображений
Преобразование координат: преобразование вычисленных координат пикселей в физические координаты лазера
Точная маркировка: маркировочное оборудование выполняет операцию маркировки детали на основе полученной информации о местоположении
С технической точки зрения, система использует псевдо-коаксиальную структуру, где полупрозрачная полупропускающая призма преломляет лазер, излучаемый с боковой стороны, на 90° вниз. CCD-камера снимает сверху вниз через полупрозрачную призму, фиксируя IC-продукты под камерой для анализа изображения и позиционирования. Камера преобразует рассчитанные координаты пикселей в физические координаты лазера и управляет отклонением зеркала лазера для выполнения маркировки по позиции.
Ключевые показатели эффективности
Система лазерной маркировки с CCD-визуальной навигацией обладает выдающимися характеристиками:
- Точность позиционирования: в зависимости от конфигурации, точность маркировки может быть контролируема в пределах 0,01-0,1 мм
- Скорость обработки: когда частота кадров камеры составляет 60 кадров в секунду, процесс обработки системы может контролироваться примерно на уровне 50 мс
- Эффективность связи: время реального обмена данными между системой и устройствами триггера и маркировки в основном контролируется в пределах 2 мс
- Производственная мощность: в зависимости от размеров ИС, за один раз можно обрабатывать 10-12 ИС, цикл занимает около 30-35 секунд, производительность может достигать 80-100 тыс./ч
3. Технические преимущества и инновационная ценность
Лазерный маркировочный станок с CCD-визуальным позиционированием имеет множество преимуществ по сравнению с традиционными технологиями:
Высокая точность и высокая адаптивность:
С помощью системы визуального позиционирования CCD лазер направляется для маркировки с чрезвычайной точностью; обрабатываемые изделия можно размещать произвольно, за один раз можно поместить несколько изделий. Программное обеспечение автоматически распознает изделия в любом положении, под любым углом и любой формы. Изделия малого размера больше не являются проблемой для лазерной маркировки — с визуальным контролем «малое» становится «великим».
Упрощение производственного процесса:
Точность приспособления больше не является определяющим фактором точности маркировки. Точное позиционирование с помощью визуальной системы освободило точность приспособления, делая точность маркировки независимой от него. Это не только снижает стоимость изготовления приспособлений, но и уменьшает отклонения точности, вызванные износом приспособления.
Повышение производительности
Лазерная маркировочная машина с CCD-визуальным позиционированием может подавать материал произвольно, обеспечивая эффективную маркировку и значительно повышая производительность маркировки. Дизайн с двумя головками позволяет двум лазерным маркировочным головкам не мешать друг другу, одновременно маркируя чипы на транспортном механизме, что позволяет лазерному маркировщику постоянно находиться в рабочем состоянии и дополнительно повышает производительность маркировки чипов.
Снижение затрат и автоматизация:
Полностью автоматическая система лазерной маркировки с CCD-визуальным позиционированием может напрямую использоваться совместно с производственной линией, сокращая этапы переналадки и затраты на погрузочно-разгрузочные работы, обеспечивая непрерывную работу в течение 24 часов и удовлетворяя требования крупносерийного промышленного производства. Кроме того, лазерная маркировка обладает характеристиками отсутствия токсинов, отсутствия загрязнений и высокой эффективности, соответствуя современным требованиям автоматизированного производства и охраны окружающей среды.
4. Сценарии применения и эффекты
Технология лазерной маркировки с визуальным позиционированием CCD нашла широкое применение в области гравировки микросхем. Компания Shenzhen Bot Precision Equipment Technology Co., Ltd. предложила полное решение для автоматической лазерной маркировки микросхем IC, которое успешно используется в производстве. Система имеет модульную и перестраиваемую конструкцию, а оснастка может быстро заменяться, что позволяет осуществлять гибкое производство микросхем IC с небольшими партиями и разнообразными видами продукции.
CCD визуальная система позиционирования с 4 головками для лазерной маркировки, специально разработанная для обработки трубчатых ИС, решает задачи отрасли ИС, такие как маркировка, шлифовка или исправление символов. Применение визуальных технологий не только решает проблему точности маркировки, но также обеспечивает высокую адаптивность, скорость, снижение затрат, а также повышает уровень автоматизации производственной линии, уменьшает участие человека и повышает эффективность системы.
5. Факторы реализации
При реализации решения для лазерной маркировки с CCD-визуальной локализацией необходимо учитывать следующие факторы:
Выбор лазера:
Выбирайте подходящий тип и мощность лазера в зависимости от качества и внешнего вида изделия. Ультрафиолетовый лазерный маркировочный станок использует ультрафиолетовый свет с длиной волны 355 нм, фокусируемая световая точка чрезвычайно мала, что позволяет наносить сверхтонкую маркировку с минимальным размером символа до 0,2 мм, при этом зона термического воздействия на материал минимальна.
Системная интеграция:
Необходимо интегрировать лазер, систему обработки изображений и систему управления движением. Разрабатываемое программное обеспечение должно предоставлять наглядный интерфейс человеко-машинного взаимодействия, чтобы управление было простым и интуитивно понятным, позволяя легко работать даже без опыта управления визуальными системами.
Процесс калибровки:
Система использует калибровку по сетке, с возможностью настройки количества строк и столбцов и расстояния между ними, управляет лазером для формирования массива точек, после чего с помощью камеры проводится обработка изображений для получения соответствующих пиксельных координат. С помощью алгоритма координаты пикселей камеры сопоставляются с координатами лазера.
6. Тенденции будущего развития
С развитием промышленности 4.0 и умного производства технология лазерной маркировки с визуальным позиционированием CCD будет продолжать развиваться в направлении более высокой точности, большей эффективности и большей адаптивности. Совместное позиционирование с использованием нескольких камер, распознавание изображений с помощью глубокого обучения и облачное управление данными будут дополнительно повышать производительность и уровень интеллектуализации системы.
Система лазерной разметки с визуальным позиционированием сейчас поддерживает режим работы с несколькими картами, позволяя одновременно подключать несколько комплектов управляющих карт для обработки различного контента. В будущем эта функция будет расширена для более гибкого планирования производства и повышения его эффективности.
Лазерная маркировочная машина с CCD-визуальным позиционированием предоставляет высокоточное, эффективное и гибкое решение для гравировки микросхем (IC), эффективно решая проблему позиционирования, характерную для традиционных методов маркировки, и значительно повышая производительность и качество продукции. С развитием технологий и расширением сфер применения эта технология будет играть все более важную роль в обработке микросхем и в более широком производстве электроники, предоставляя ключевую технологическую поддержку для умного производства.
Время публикации: 12-19-2025
