电子产品包含众多电子元件,而印刷电路板(Printed Circuit Board, PCB)提供承载平台以固定电子元件,并透过铜导线的线路作为各电子元件讯号互联的基础。随着AI与5G发酵,伺服器、大量小基地台、储存设备、电动车与智慧型汽车等产品为PCB创造一个新的市场机遇。且台湾PCB产业链规模续创历史新高,去年海内外产值达1兆元、成长率5.1%,成为台湾第三大兆元电子产业。根据Prismark估计,PCB全球市场规模将以年复合成长率4.05%成长,并在2022年达到688.1亿元美金,折合新台币达2兆元。 |
随着规格不断提升,电子产品朝向轻薄化、一体化与多功能化的发展趋势,元件密度越来越大,使得封装技术面临新挑战。且由于电子讯号的传输速度越来越快,仅靠提高PCB的布线密度和多层化,难以满足越来越高的组装要求,因此PCB采用盲捞技术实现元件内埋化,以满足电子产品的高密度和薄型化。 |
盲捞技术是指在电路板成型加工后,利用铣刀于电路板上进行盲槽底面或表面物体化加工。透过将元件埋入到PCB内部中,可以缩短元件相互之间的线路长度,改善电气连线性能,增加有效封装面积,减少大量的印制电路板板面的焊接点,从而提高封装的可靠性,并降低成本。 |
此外,电子产品的安装密度提高或高功率产品增加,造成PCB发热密度增加,透过盲捞技术将铜块嵌入至PCB,可有效降低高频产品的成本,又可以提高散热性能。另外,亦可运用盲捞技术在硬性电路板上捞出一个可供弯折的区域,拥有比软硬结合板更高的耐热性能,其广泛的运用在汽车中相关的高信赖性零部件上。 |
由于电子元件或铜块会埋入至盲槽中,而盲捞加工精度与元件散热性及安装密合度息息相关,加上5G与车用产业之高阶PCB应用需求越来越多,开始出现大量元件埋嵌与弯折之盲捞制程需求,对于盲捞的尺寸精度与加工均匀度要求越来越高,使得自动化检测的需求与日俱增。2019年,全球自动光学检查系统市场规模为5.872亿美元,预计从2020年到2027年,复合年增长率(CAGR)为18.7%。其中,尤以3D感测系统的发展,提供PCB高度资讯,突破2D检测的瓶颈,藉此提升3D AOI渗透率,预估至2025年,3DAOI系统年复合成长率可达22%。然而针对盲捞制程的检测,目前国内仍以人工手动检测为主,传统PCB盲捞检测采用接触式探针,以人工方式进行单点量测,并于沟槽内选择1~2处取样量测。然而若加工状态不一致,造成沟槽深度均匀度不足,则单点取样所测得的结果便无法代表整片PCB的品质。且因操作耗时故仅针对工件首尾件进行抽检,加上人为点选误差,易造成漏检问题,无法满足5G与车用产业之高阶PCB严格品质要求。因此本文以PCB成型盲捞检测为探讨重点,透过工研院开发的3D视觉感测模组实现PCB成型自动检测,以因应产能逐渐提升的检测需求。 |
工研院开发适用于PCB成型盲捞检测制程之3D+2D智慧视觉检测模组,依据盲捞区域、加工深度与检测精度需求,设计3D光学感测系统,完整重建盲捞区域之3D表面轮廓资讯。并透过3D+2D自动特征精密量测技术,可自动辨识PCB盲捞加工区域,分析表面深度轮廓形貌,以相同标准进行尺寸量测,克服人工检测时的操作偏差,以面型扫描方式确保全区检测品质,达到零漏放率。并可结合自动化设备,实现高阶PCB成型盲捞3D自动检测设备,发展自主国产化解决方案。其关键技术包含结构光编码技术与3D+2D自动特征精密量测技术,后续将详述各技术内涵。 |