自動光學檢測(Automated Optical Inspection,AOI)設備是近年來相當具有市場潛力的檢測設備,AOI系統發展源自於早先人們雖知道人工檢驗缺乏效率和可重現性卻因為缺乏有效的自動檢驗方法而繼續依賴手工視覺檢驗(MVI),直到1980年代後期和1990年代,如下幾個因素導致高效率自動檢驗方法AOI的發展:
‧表面黏著技術使用的增加和元件小型化趨勢快速發展;
‧配合更短周期之生產自動化,自動檢驗需更快速因應;
‧更容易與更低成本之電腦技術發展。
由於電氣產品測試方法之相對成本與困難已經大幅增加,至今自動檢驗方法的需求仍持續在發展中。
AOI設備被定義為完全自動化的光學系統,依技術可分為1-D(一維條碼檢測、位移檢測)、2-D(圖像識別、瑕疵分類、二維條碼檢測、形狀量測、熱影像檢測、色澤檢測)及3-D(形狀量測、高度瑕疵檢測)三種,AOI技術應用非常廣泛,包括工業生產品質檢測、宇宙探測、生物醫學成像檢測、軍警指紋比對及字形辨認、機械視覺、多媒體技術應用等。本研究僅針對工業檢測方面應用規模最大的IC及一般電子業包括印刷電路板產業、BGA、LCD螢幕、被動元件形狀腳位及定位、生產插件、晶圓(Wafer)鏡面研磨、生產組裝、被動元件辨識等需求趨勢加以探討。
自動光學檢驗(AOI)設備市場在表面黏著技術(SMT)設備產業是一個吸引人的市場,全球SMT AOI設備市場來看,其1999年總銷售金額約為7,660萬美元。由於較多的電子組裝業務及檢驗將轉移至亞洲地區,預期北美和歐洲的市場佔有率將會減少。由於較多的電子組裝業者結合AOI設備檢驗電子裝配且面臨通信和電腦產業強勢的成長而增加銷售,卻也有一些負面因素如價格太高,或廠商相信能藉由MVI設備做較少量檢驗等,此外,一些電子組裝業者購買二手設備多少替代新的設備也是負面影響因素。預期AOI設備SMT市場以年複合成長率28%估計,在2006年的收入將達到432.2百萬美元。
我國AOI設備於1997年總市場約為新台幣39億元,至2000年達127億元高峰,2001年則回降到72億元,年平均成長率為31%,此為通訊及半導體工業增加測試設備需求的結果,預計國內光學檢測設備市場需求值自2002年166億元成長至2006年之264億元,其中AOI設備約佔50%,此將為通訊、光電、半導體及生醫等新投資工業增加測試設備需求的結果。
未來工業上快速(產品全檢)的基本需求使AOI成為目前檢測設備的趨勢與發展方向,國內學術機構近年來已有不少AOI的研究,包括3D外形掃瞄及表面瑕疵,相關儀器製造廠商也已逐漸增加。本研究內容分析AOI市場與技術應用趨勢,探討AOI發展之瓶頸與國內發展機會並提出具體建議供未來發展之參考。
研究結果重點摘要如下:
一、國內各產業AOI之需求分析以半導體業所需的檢測機台市場規模最大,其次為電子業,接下來是平面顯示器業。
二、未來國內自動檢測的技術發展趨勢,主要將著重於三維形貌量測技術及顯微AOI技術的發展。
三、現階段期許國內發展自主性AOI最殷切的產業是電子及顯示器產業,目前已有國內廠商進入。半導體業完全仰賴進口,生醫產業則尚未形成。
四、預期未來國內需求成長較大的檢測設備主要是半導體及生醫檢測為主,其次為電子及平面顯示器產業等。
五、建議
(一)依市場需求及國內產業特性建議國內業界首先將應用領域放在需求最殷切的電子及顯示器產業,並開始計劃並培養在生醫及半導體領與之應用能量。
(二)現有廠商未能滿足國內產業之需求,建議儀器廠商增加AOI設備之研發製造之投入,而AOI設備廠商所需之零組件皆由國外進口,建議結合國內光電產業發展高附加價值的AOI中游及上游產業之支援業務,例如:光學感測探頭、檢測方法、CCD元件技術等。
(三)國內AOI業界普遍技術層次不高,缺乏核心技術,智權為國外大廠所掌握,建議國內業界積極進行專利佈局與產業應用分析,鎖定國內產業所需之核心技術,如光學設計、影像處理軟體、量測方法、精密掃瞄、驅動技術、三維形貌量測、面單干涉技術等,集中火力研發,建立技術的橋頭堡。
(四)現有政府資源投入自動光學檢測技術開發的金額不多,每年不到5仟萬,建議政府成立專責計劃發展此技術,無論是法人科專、學界科專或業界科專,至少每年投入2億台幣,逐步由中游產品擴及到上游產品所需AOI技術項目,如3D檢測、光譜影像及2D光度色度檢測技術等,才能啟動國內業界在AOI產業之發展。
(五)鼓勵國外AOI大廠如Orbotech、KLA-Tencor,到台灣設立研發中心,就近發展國內電子、半導體、顯示器產業所需之AOI檢測設備,以提昇這些產業的良率,並將提昇國內AOI儀器設備之技術層次。
(六)建議國科會督促國內學界進行AOI基礎量測方法之研發,尤其是突破繞射極限及提昇空間解析度之方法之研究,並培植影像處理軟體設計人才,廣泛提供業界之人才需求。