PCB產業(yè)提升自動化與AOI檢測品質 行業(yè)分析
AOI設備土洋爭霸 業(yè)者籌組聯(lián)盟并結合產官學深耕
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(工業(yè)工程、數(shù)學)等領域。除了臺灣AOI設備商之外，大陸有Aleader（神州視覺科技)、ekt-Tech（深圳易科訊科技)、LeadAOI（廣東力德創(chuàng))；日本則有Takano、KGK、Hitachi（日立)、V Technology、Taiyo-xelcom（太洋工業(yè))；韓國則有Ajuhitek、Samsung（三星)等廠商；以色列Orbotech（奧寶科技)、Camtek（康代）等；德國則有Mikrotron等AOI設備供應商，提供各式AOI檢測設備、機臺。
進口AOI設備業(yè)者優(yōu)勢在于：
1.時間優(yōu)勢：當國外製程引進時，相關之AOI設備已同步就緒，隨時引進臺灣；
2.光學技術優(yōu)勢：以日本與德國光學技術成熟，臺灣則無相關研究機構；
3.顧客信心優(yōu)勢：其實在機構、電腦硬體與軟體，臺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于臺灣設備商。
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(yè)界享譽盛名。該公司預先掌握5年后的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(xiàn)，驅使PCB產業(yè)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光學檢測機臺，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的機臺到生產線的整合，精簡PCB產線人力。
而臺灣AOI設備業(yè)者的優(yōu)勢，在于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(fā)時間短的機臺設備與部署能力。但面對國外AOI設備廠商，臺灣AOI設備商產業(yè)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)，欠缺自主性且不利于整體產業(yè)發(fā)展。
工研院量測技術發(fā)展中心自1990年投入多項量測儀器技術開發(fā)，并透過業(yè)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柜。接下來聯(lián)合臺灣AOI設備廠，于2004年3月29日成立非營利性「自動光學檢測設備聯(lián)盟(Automatic Optical Inspection Equipment Association；AOIEA)」，結合產、官、學、研及使用者，一同開發(fā)臺灣主流產業(yè)——半導體、光電、寬頻通訊、電子製造、生技、微機電、奈米產業(yè)——之製程檢測設備、系統(tǒng)技術，以加速推動臺灣AOI設備產業(yè)的發(fā)展，并提升產業(yè)整體技術水準。
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(tǒng)，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臺外觀的設備(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設備機臺常見于產能全開的生產線節(jié)點，一般由設備儀器商從國內外採購關鍵零組件，并自行整合研發(fā)。
在工業(yè)界、半導體的自動光學檢測設備主要廠商，臺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(chuàng)視覺科技(Viswell)、漢民微測科技(Hermes MicroVision，漢微科)、鴻勁(Hon.Tech)、帆銓科技(MSSCorp)、宇柏林(Tester Soft)等。負責半導體硅晶圓、印刷電路板／IC檢測設備的研發(fā)製造，或從國外代理。而PC AOI節(jié)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。無論是機臺還是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。
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(fā)，由于FinFET是三面立體結構且線寬微縮，除了以傳統(tǒng)光學掃描維持檢測吞吐量之外，仍須搭配電子束檢測機臺以滿足掃描解析度，確保最終晶圓產出品質與可靠度。漢微科也將持續(xù)研發(fā)解析度達2奈米以下的晶圓檢測方案。
AOI設備提升FPD、晶圓、PCB產業(yè)檢測品質
FPD、LCD、半導體晶圓產業(yè)及PCB產業(yè)是臺灣最具全球競爭優(yōu)勢的產業(yè)，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，達到檢測一致性并縮短檢測時間，進而提升產品品質以及產業(yè)的競爭力更多近年來半導體、液晶面板、光通訊產業(yè)，以及金屬鋼鐵業(yè)、食品加工、包裝業(yè)、紡織皮革工業(yè)、汽車工業(yè)、建筑材料等，需要應用工業(yè)自動化以提升品管檢驗品質。特別是IC與被動元件、Wafer硅晶圓、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設備可以部署于生產線的節(jié)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(yè)中比重甚高的必要投資。
據分析，兩岸PCB市場產值從2013年回溫到4000億元，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(guī)模將達到17億美元。近年來國產AOI設備商已在PCB、FPD站穩(wěn)腳步，未來若能切入佔臺灣檢測設備市場60%的半導體產業(yè)，將為AOI產業(yè)擴大全球商機并開拓應用新藍海。
機器視覺系統(tǒng)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(guī)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。
該文章轉載于：PCB網城
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