AOI設備提升FPD、晶圓、PCB產業檢測品質

AOI自動化光學檢測設備廣泛應用於PCB、BGA、LCD與晶圓等行業的檢測。艾訊？由田新技？Metronics

FPD？LCD、半導體晶圓產業及PCB產業是台灣最具全球競爭優勢的產業，而自動光學檢測(Automatic Optical Inspection；AOI)設備則是大幅提升產能與產品品質的重要關鍵；藉著高速精確之元件瑕疵檢測技術，可以取代大量的人工肉眼檢視，達到檢測一致性並縮短檢測時間，進而提升產品品質以及產業的競爭力…

自動化光學檢測帶動工廠全檢自動化

自動化光學檢測(Automated Optical Inspection；AOI)技術，為結合光學感測系統、訊號處理系統、分析軟體等所組成。AOI技術的應用領域，從太空？衛星探測、航空遙測、生物醫學的X光？同位素？超音波成像技術的應用，軍警保全監控上的指紋比對、字跡辨識、人臉辨識、進而機器人、智慧交通工具的自動化控制等機器視覺的進一步應用。

近年來半導體？液晶面板？光通訊產業，以及金屬鋼鐵業、食品加工？包裝業、紡織皮革工業、汽車工業、建築材料等，需要應用工業自動化以提升品管檢驗品質。特別是IC與被動元件、Wafer矽晶圓、PCB電路板、LCD液晶面板、BGA錫球陣列、太陽能電池等光電轉換元件，除了電性檢驗之外，外觀、表面瑕疵、組裝位置偏移等也必須做到百分之百的全檢。

利用AOI設備的取像設備，以非接觸式方式檢查成品，藉由電腦影像處理技術來檢出異物或圖案異常等瑕疵，而AOI設備可以部署於生產線的節點中間來檢查半成品，同時不影響產能。因此AOI設備成為這些半導體產業中比重甚高的必要投資。

AOI設備為FPD、晶圓、PCB產業提升自動化與檢測品質

一套AOI設備由三大部件組成：1.取像設備：如照明設備(光源)、光學裝置(鏡頭)、CCD攝影機；2.影像處理單元：由個人電腦或嵌入式系統，加上高解析度影像擷取卡與顯示器，搭配品質檢測的軟體？資料庫；3.具備可程式邏輯控制器(PLC)的機構與驅動單元：如取用檢品的輸送帶或機器人手臂，相關輸送？取用裝置的介面卡與驅動程式等所組成。每個設備單元透過像是CC-Link(100~500m、10Mbps~1Gbps)、機器視覺？影像擷取模組的CoaxPress高速銅軸纜線介面(~25Gbps)、PoE乙太供電網路(Power Over Ethernet,100M？1Gbps)與工控CAN-Bus等網路？匯流排連接。

而廠商瞄準AOI設備市場，也會依品管檢驗的產能與複雜度，設計出整合為一個單一機台外觀的設備(Machine Based)，或者由PC桌機為主體，搭配取像設備、驅動機構單元所部署的儀器(PC Based)，特別是由AOI設備機台常見於產能全開的生產線節點，一般由設備儀器商從國內外採購關鍵零組件，並自行整合研發。

在工業界？半導體的自動光學檢測設備主要廠商，台灣廠商部份有精映科技(AVVA R&D)、大元科技(Dayen Technology)、常鴻新科技(ERtek)、晶彩科技(FAVITE)、德律科技(TRI)、由田新技(Utech)、宇創視覺科技(Viswell)、漢民微測科技(Hermes MicroVision，漢微科)、鴻勁(Hon.Tech)、汎銓科技(MSSCorp)、宇柏林(Tester Soft)等。負責半導體矽晶圓？印刷電路板？IC檢測設備的研發製造，或從國外代理。

而PC AOI節點則具備彈性化、少量多樣且具備成本效益，是原先在工控電腦廠商耕耘許久的廠商，如研華(Advantech)、艾訊(Axiomtek)、新漢(NEXCOM)等最適合切入的目標。無論是機台還是PC搭設備，具備成本效益、設計上容易使用，以及提供模組與彈性化的硬體，以及速度快且可靠度高，不會誤判的軟體，是AOI儀器？設備廠商勝出的關鍵。

AOI設備土洋爭霸  業者籌組聯盟並結合產官學深耕

AOI技術涵蓋了光電技術、機構(電機、機械、自動化控制)與演算法(資工、工業工程、數學)三大領域。除了上述台灣AOI設備商之外，大陸有神州視覺科技(Aleader)、深圳易科訊科技(ekt-Tech)、廣東力德創(LeadAOI)；日本則有Takano、KGK、日立(Hitachi)、V Technology、太洋工業(Taiyo-xelcom)；韓國則有Ajuhitek、三星(Samsung)等廠商；以色列奧寶科技(Orbotech)、Camtek等；德國則有Mikrotron等AOI設備供應商，提供各式AOI檢測設備？機台。

國外AOI設備業者優勢在於：1.時間優勢：當國外製程引進時，相關之AOI設備已同步就緒，隨時引進台灣；2.光學技術優勢：以日本與德國光學技術成熟，台灣則無相關研究機構；3.顧客信心優勢：其實在機構、電腦硬體與軟體，台灣設備商與國外廠商技術已不相上下，但考量像是光學技術與品牌效應下，顧客對國外設備的信賴程度仍遠高於台灣設備商。

以PCB檢測設備領導廠商以色列奧寶科技(Orbotech)，以LDI雷射直接成像技術、Ultra Fusion系列的AOI自動光學檢測技術等在業界享譽盛名。該公司預先掌握5年後的PCB檢測？量產技術，同時察覺從智慧手機、平板電腦到穿戴式裝置的出現，驅使PCB產業朝高密度互連(High Density Interconnect；HDI)甚至任意層(Any Layer HDI)電路板的應用邁進，使用到40/40μm線寬、間距300μm的PCB越來越普遍，也帶動高精密度檢測儀器的需求。該公司針對軟板PCB推出Ultra Fusion系列AOI光學檢測機台，支援卷對卷及片對片生產模式，可因應類似iPhone這類需要多組不同尺寸軟板PCB的機台到生產線的整合，精簡PCB產線人力。

而台灣AOI設備業者的優勢，在於以具備彈性的設計能力、較低成本以及貼近本地市場的在地需求，針對客戶提供客製化且開發時間短的機台設備與部署能力。但面對國外AOI設備廠商，台灣AOI設備商產業面臨關鍵元件？技術仰賴美、日、歐洲進口，從光學鏡頭(FUJINON、MORITEX、Schneider)、高解析度CCD攝影機(DALSA、iAi、REDLAKE)、照明光源(VOLPI、PHLOX、SAKAI-G)到精準判讀元件？線路偏移與瑕疵的影像函式庫(COGNEX、eVision、MATROX)，欠缺自主性且不利於整體產業發展。

有鑑於此，工研院量測技術發展中心自1990年投入多項量測儀器技術開發，並透過業界合作、技術移轉上市販售，進而推動多家合作儀器？設備廠商的上市櫃。接下來聯合台灣AOI設備廠，於2004年3月29日成立非營利性「自動光學檢測設備聯盟(Automatic Optical Inspection Equipment Association；AOIEA)」，結合產、官、學、研及使用者，一同開發台灣主流產業——半導體、光電、寬頻通訊、電子製造、生技、微機電？奈米產業——之製程檢測設備？系統技術，以加速推動台灣AOI設備產業的發展，並提升產業整體技術水準。

以E-Beam電子束掃描技術，成為全球E-Beam晶圓檢測設備龍頭的漢民微測科技(Hermes MicroVision Inc；HMI)指出，目前從整合製造商(IDM)到晶圓廠(Foundry)，均積極投入1x奈米的3D立體鰭式場效電晶體(FinFET)製程研發，由於FinFET是三面立體結構且線寬微縮，除了以傳統光學掃描維持檢測吞吐量之外，仍須搭配電子束檢測機台以滿足掃描解析度，確保最終晶圓產出品質與可靠度。漢微科也將持續研發解析度達2奈米以下的晶圓檢測方案。

AOI聯盟會長指出，兩岸PCB市場產值從2013年回溫到新台幣6,000億元，而佔PCB設備投資約11%的AOI自動光學檢測設備，預估到2017年，全球AOI設備市場規模將達到17億美元。近年來國產AOI設備商已在PCB、FPD站穩腳步，未來若能切入佔台灣檢測設備市場60%的半導體產業，以及開拓體感遊戲、人臉辨識等新興科技產業，將為台灣AOI產業擴大全球商機並開拓應用新藍海。

Markets and Markets、Reportlinker市調機構指出，機器視覺系統與元件市場，在2013~2018年間將以8.2%的年複合成長率(CAGR)，到2018年市場規模達到50億美元；而整體智慧影像分析市場產值，至2020年將攀升至390億美元，未來市場前景高度可期。