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机器视觉助攻应用全面 提升科技制造产线效能
[作者 王明德]   2021年03月25日 星期四 浏览人次: [1563]

随着产业环境竞争日益激烈,高速、高智慧的视觉检测技术,已成为现代化产线的必要环节,未来其应用深度与广度都会逐步强化,成为业者提升生产效率的最隹助力。


机器视觉技术在自动化制造环境的应用已有多年历史,在部分不适合於人工作业的危险工作环境或人工视觉难以满足要求的产业中,常用来替代人工视觉;此外在大批量工业生产过程中,采用人工视觉检查产品品质效率低且精度不高,机器视觉不仅可大幅提高生产效率和生产的自动化程度,在资讯整合上也远高於一般人工检视。


机器视觉在半导体与电子设备产业的应用相当早,这两大制造业市场放大後,先进制造制程快速演进,晶圆尺寸不断提升,内部线路与电路间距越做越细,连接器体积也逐渐缩小,产线上需要检测、测量器件的数量增加,因此必须透过全新的品质检测系统,改善其产品品质,此一趋势不断推动机器视觉市场的发展,而机器视觉技术本身也随着半导体、电子、光学、自动化等技术的发展而持续突破。


机器视觉全方位监测制程

半导体、电子制造中的机器视觉系统分为嵌入式系统和PC Base系统两类。PC Base系统一般由机器视觉标准配件包括工业用视觉光源、工业镜头、工业相机、影像撷取卡、机器视觉软体和工业电脑搭建而成,系统构成复杂,需要具备光学、机械、自动化、图像演算法及专业程式设计知识的技术人员设定与操作。



图1 : 机器视觉技术在工业产品品质检测已趋广泛,尤其是应用在针对产品外观缺陷以及尺寸量测的检测上。(摄影:王明德)
图1 : 机器视觉技术在工业产品品质检测已趋广泛,尤其是应用在针对产品外观缺陷以及尺寸量测的检测上。(摄影:王明德)

在一般情况下,硬体系统搭建完毕後,还要根据专案需求进行二次开发後才能上线使用。而嵌入式系统则是光源、镜头、相机、影像撷取处理功能和视觉图像分析软体的高度整合化,系统功能模组化,部分嵌入式系统的软体操作介面较为简易,按照软体介面指示设定後即可上线运作。


PC Base视觉系统和嵌入式视觉系统在半导体和电子设备产业的应用相当广泛,主要是根据系统需求决定所采用的视觉系统。嵌入式系统的主要特点是速度快、性能稳定、操作简单、体积小巧,适用於对检测系统安装空间要求严格、二次开发需求不高且性能稳定的场域。尤其是已有生产设备需增加检测功能,提高设备附加值者,选择嵌入式系统的性价较高。


再就半导体领域来看,整体制程可以粗分为前、中、後三段。在这三段中,每一段制程,机器视觉都不可少,在前、中段过程中,机器视觉主要应用在精密定位和检测方面,中段制程是半导体制程最重要的环节,机器视觉在此用於精密测量,至於後段制程主要涉及晶圆检测、切割、封装等过程。


晶圆在切割前必须先使用机器视觉系统检测出瑕疵,并打上标记。检测完毕後的切割过程,则需要透过机器视觉系统完成精确快速的定位,在此环节机器视觉技术的预对准技术所具备的高速优势,只需极短时间就可定位晶片中心位置并对准切囗。


另外,切割过程中一旦定位出错,整片晶圆有可能因此会报废,因此机器视觉的精准定位特色也会在此发挥作用。最後则是必须确保切割後的裸晶在不互相接触的状态下分装,此时可利用机器视觉系统找出瑕疵品,提升封装出来的晶片品质。


四大功能打造精密制程

在半导体制造前、中、後三段的视觉应用中,PC Base机器视觉系统的采用比重偏高,主要是因为PC Base系统对复杂检测需求与二次开发的能力较强,整合性也最高。


按照通常的划分方法,晶片在进行一级封装前的制造、检测和封装过程为半导体制造业,之後即为电子制造业。机器视觉在电子制造行业的应用非常广泛,小到电容、连接器等元件,大至手机、PC主机板、硬碟,在电子制造产业链的各个环节,几??都能看到机器视觉系统。


整体而言,机器视觉四大主要功能,检测、定位、测量、条码读取,在电子制造业都有大量实际应用案例。以最常见的SMT上的机器视觉应用及AOI/AXI设备为例,首先SMT在贴片过程中,就会使用机器视觉及其定位技术。


透过视觉识别系统对不同元件的识别,系统可以高速、高精度贴装微小片状元件、精细IC元件或异形元件,导入了视觉识别、定位技术的贴片设备,将具有简捷操作、运作稳定等优势,贴装精度、识别元件范围、贴装速度等特点,则可符合电子行业快速、高品质、零瑕疵率的要求。



图2 : .近年来摩尔定律在半导体制造领域持续生效,机器视觉也能跟上半导体制造设备的需求。(source:6Park NewsBasler)
图2 : .近年来摩尔定律在半导体制造领域持续生效,机器视觉也能跟上半导体制造设备的需求。(source:6Park NewsBasler)

近几年随着半导体电路图形的细化趋势,AOI已成为SMT品质检测的重点技术,用来作为PCB板检测、焊膏印刷检测、器件检测、焊後检测等工作。其中PCB板、焊後检测一般是非即时性检测,焊膏印刷和器件检测则是与印刷机、贴片设备配套,同步进行高速即时检测,至於AXI(自动X射光检测)与AOI在技术上的最主要的区别,在於前者是以X射线作为光源,後者则多使用可见光;此外,AOI大多用来检测产品的外部特徵,AXI的X光可检测可见光看不到的位置瑕疵。


近年来摩尔定律在半导体制造领域持续生效,技术上的需求促进了半导体装备及电子制造装备的更替、升级与发展,此趋势要求机器视觉也能跟上半导体制造设备的需求。在此同时,机器视觉内的光学、机械、运算、软体、电子、晶片、网路通讯等技术与对应的零配件如光源、镜头、相机、板卡软体,都呈现高速发展。


而除了上述技术外,AI也是半导体与电子设备在视觉检测环节的重要技术,由於科技产业对新技术的接受度较高,产线自动化也更全面,因此整合难度会较一般制造业低,业者的导入意愿也较高。


随着产业环境竞争日益激烈,高速、高智慧的视觉检测技术,已成为现代化产线的必要环节,未来其应用深度与广度都会逐步强化,成为业者提升生产效率的最隹助力。


图说


**刊头图 (source:Fabricating Metal Working)


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