PCB产业提升自动化与AOI检测品质

AOI技术涵盖了光电技术、机构(电机、机械、自动化控制)与演算法(工业工程、数学)等领域。除了台湾AOI设备商之外,大陆有Aleader(神州视觉科技)、ekt-Tech(深圳易科讯科技)、LeadAOI(广东力德创);日本则有Takano、KGK、Hitachi(日立)、V Technology、Taiyo-xelcom(太洋工业);韩国则有Ajuhitek、Samsung(三星)等厂商;以色列Orbotech(奥宝科技)、Camtek(康代)等;德国则有Mikrotron等AOI设备供应商,提供各式AOI检测设备/机台。

进口AOI设备业者优势在于:
1.时间优势:当国外製程引进时,相关之AOI设备已同步就绪,随时引进台湾;
2.光学技术优势:以日本与德国光学技术成熟,台湾则无相关研究机构;
3.顾客信心优势:其实在机构、电脑硬体与软体,台湾设备商与国外厂商技术已不相上下,但考量像是光学技术与品牌效应下,顾客对国外设备的信赖程度仍远高于台湾设备商。

以PCB检测设备领导厂商以色列奥宝科技(Orbotech),以LDI雷射直接成像技术、Ultra Fusion系列的AOI自动光学检测技术等在业界享誉盛名。该公司预先掌握5年后的PCB检测/量产技术,同时察觉从智慧手机、平板电脑到穿戴式装置的出现,驱使PCB产业朝高密度互连(High Density Interconnect;HDI)甚至任意层(Any Layer HDI)电路板的应用迈进,使用到40/40μm线宽、间距300μm的PCB越来越普遍,也带动高精密度检测仪器的需求。该公司针对软板PCB推出Ultra Fusion系列AOI光学检测机台,支援卷对卷及片对片生产模式,可因应类似iPhone这类需要多组不同尺寸软板PCB的机台到生产线的整合,精简PCB产线人力。

而台湾AOI设备业者的优势,在于以具备弹性的设计能力、较低成本以及贴近本地市场的在地需求,针对客户提供客製化且开发时间短的机台设备与部署能力。但面对国外AOI设备厂商,台湾AOI设备商产业面临关键元件/技术仰赖美、日、欧洲进口,从光学镜头(FUJINON、MORITEX、Schneider)、高解析度CCD摄影机(DALSA、iAi、REDLAKE)、照明光源(VOLPI、PHLOX、SAKAI-G)到精准判读元件/线路偏移与瑕疵的影像函式库(COGNEX、eVision、MATROX),欠缺自主性且不利于整体产业发展。

有鑑于此,工研院量测技术发展中心自1990年投入多项量测仪器技术开发,并透过业界合作、技术移转上市贩售,进而推动多家合作仪器/设备厂商的上市柜。接下来联合台湾AOI设备厂,于2004年3月29日成立非营利性「自动光学检测设备联盟(Automatic Optical Inspection Equipment Association;AOIEA)」,结合产、官、学、研及使用者,一同开发台湾主流产业——半导体、光电、宽频通讯、电子製造、生技、微机电/奈米产业——之製程检测设备/系统技术,以加速推动台湾AOI设备产业的发展,并提升产业整体技术水准。

一套AOI设备由三大部件组成:1.取像设备:如照明设备(光源)、光学装置(镜头)、CCD摄影机;
2.影像处理单元:由个人电脑或嵌入式系统,加上高解析度影像撷取卡与显示器,搭配品质检测的软体/资料库;
3.具备可程式逻辑控制器(PLC)的机构与驱动单元:如取用检品的输送带或机器人手臂,相关输送/取用装置的介面卡与驱动程式等所组成。每个设备单元透过像是CC-Link(100~500m、10Mbps~1Gbps)、机器视觉/影像撷取模组的CoaxPress高速铜轴缆线介面(~25Gbps)、PoE乙太供电网路(Power Over Ethernet,100M~1Gbps)与工控CAN-Bus等网路/汇流排连接。

而厂商瞄准AOI设备市场,也会依品管检验的产能与複杂度,设计出整合为一个单一机台外观的设备(Machine Based),或者由PC桌机为主体,搭配取像设备、驱动机构单元所部署的仪器(PC Based),特别是由AOI设备机台常见于产能全开的生产线节点,一般由设备仪器商从国内外採购关键零组件,并自行整合研发。

在工业界/半导体的自动光学检测设备主要厂商,台湾厂商部份有精映科技(AVVA R&D)、大元科技(Dayen Technology)、常鸿新科技(ERtek)、晶彩科技(FAVITE)、德律科技(TRI)、由田新技(Utech)、宇创视觉科技(Viswell)、汉民微测科技(Hermes MicroVision,汉微科)、鸿劲(Hon.Tech)、帆铨科技(MSSCorp)、宇柏林(Tester Soft)等。负责半导体硅晶圆/印刷电路板/IC检测设备的研发製造,或从国外代理。

而PC AOI节点则具备弹性化、少量多样且具备成本效益,是原先在工控电脑厂商耕耘许久的厂商,如研华(Advantech)、艾讯(Axiomtek)、新汉(NEXCOM)等最适合切入的目标。无论是机台还是PC搭设备,具备成本效益、设计上容易使用,以及提供模组与弹性化的硬体,以及速度快且可靠度高,不会误判的软体,是AOI仪器/设备厂商胜出的关键。


以E-Beam电子束扫描技术,成为全球E-Beam晶圆检测设备龙头的汉民微测科技(Hermes MicroVision Inc;HMI)指出,目前从整合製造商(IDM)到晶圆厂(Foundry),均积极投入1x奈米的3D立体鳍式场效电晶体(FinFET)製程研发,由于FinFET是三面立体结构且线宽微缩,除了以传统光学扫描维持检测吞吐量之外,仍须搭配电子束检测机台以满足扫描解析度,确保最终晶圆产出品质与可靠度。汉微科也将持续研发解析度达2奈米以下的晶圆检测方案。


AOI设备提升FPD、晶圆、PCB产业检测品质
FPD/LCD、半导体晶圆产业及PCB产业是台湾最具全球竞争优势的产业,而自动光学检测(Automatic Optical Inspection;AOI)设备则是大幅提升产能与产品品质的重要关键;藉著高速精确之元件瑕疵检测技术,可以取代大量的人工肉眼检视,达到检测一致性并缩短检测时间,进而提升产品品质以及产业的竞争力…
更多近年来半导体/液晶面板/光通讯产业,以及金属钢铁业、食品加工/包装业、纺织皮革工业、汽车工业、建筑材料等,需要应用工业自动化以提升品管检验品质。特别是IC与被动元件、Wafer硅晶圆、PCB电路板、LCD液晶面板、BGA锡球阵列、太阳能电池等光电转换元件,除了电性检验之外,外观、表面瑕疵、组装位置偏移等也必须做到百分之百的全检。

利用AOI设备的取像设备,以非接触式方式检查成品,藉由电脑影像处理技术来检出异物或图案异常等瑕疵,而AOI设备可以部署于生产线的节点中间来检查半成品,同时不影响产能。因此AOI设备成为这些半导体产业中比重甚高的必要投资。


据分析,两岸PCB市场产值从2013年回温到4000亿元,而佔PCB设备投资约11%的AOI自动光学检测设备,预估到2017年,全球AOI设备市场规模将达到17亿美元。近年来国产AOI设备商已在PCB、FPD站稳脚步,未来若能切入佔台湾检测设备市场60%的半导体产业,将为AOI产业扩大全球商机并开拓应用新蓝海。

机器视觉系统与元件市场,在2013~2018年间将以8.2%的年複合成长率(CAGR),到2018年市场规模达到50亿美元;而整体智慧影像分析市场产值,至2020年将攀升至390亿美元,未来市场前景高度可期。

 

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