半导体电子设备市场是机器视觉技术发源地 成为不可取代的传感检测

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视觉传感技能呆板视觉在半导体工业上的利用早在二十年前就已起头，半导体、电子装备市场是呆板视觉技能发祥地并一向成为呆板视觉赖以保存的庞大市场之一。半导体、电子制造业每次技能上的奔腾如：晶圆越做越大，而内部路线越做越细，向超细间距式器件挺进；毗连器体积愈来愈小，每分钟出产线上必要检测、丈量器件的数目愈来愈多，都将陪伴着新一轮半导体、电子出产设备的出生。随之势必发生新的质量包管体系改良其出产率和包管零次品率，进而促使呆板视觉市场不竭成长强大。呆板视觉技能自己也跟着半导体、电子、光学、主动化等技能的成长而不竭完美、成长。

呆板视觉的分类

半导体、电子制造中的呆板视觉体系分为嵌入式体系和PC-Base体系两类。

PC-Base体系一般由呆板视觉尺度配件包含工业用视觉光源、工业镜头、工业相机、图象收集卡、呆板视觉软件和工业PC搭建而成，体系组成繁杂，必要具有光学、机器、主动化、图象算法及专业编程常识的技能职员来实现。一般环境下，硬件体系搭建终了后，还要按照项目需求举行二次开辟后才能上线利用。而嵌入式体系则是光源（某些嵌入式体系会内置）、镜头、相机、图象收集处置功效和视觉图象阐发软件的高度集成化，体系功效模块化。有些嵌入式体系的软件操作界面很是简略，依照软件界面领导设置后便可以上线运行。嵌入式视觉体系又有两种名称：智能相机（Smart Camera）、视觉传感器（Vision Sensor）。智能相机相对付视觉传感器，一般硬件处置速率更快、软件功效模块更加壮大，可以顺应各类合适嵌入式体系的繁杂视觉检测利用。固然，智能相机（Smart Camera）与视觉传感器（Vision Sensor）之间并无严酷的划分尺度，咱们都称为视觉传感器也没有错。

PC-Base视觉体系和嵌入式视觉体系在半导体和电子行业都有遍及利用，必要按照体系需求来肯定到底采纳哪一种视觉体系。嵌入式体系的重要特色是速率快、机能不乱、操作简略、体积小巧，很是合适于对检测体系安装空间请求很是严酷、二次开辟需求不是很强和请求机能不乱的场所。特别是已有出产装备需增长检测功效，提高装备附加值者，选择嵌入式体系的性价比力高。世界知名呆板视觉厂商或主动化厂商如Cognex、Dalsa、Omron、Sick、Banner、Simens等都有嵌入式呆板视觉体系大量利用在半导体后段制程及电子行业。

半导体系体例造中的呆板视觉利用

半导体系体例造进程可以划分为前、中、后三段。在这三段中，每段制程，呆板视觉都是必不成少的。

在前、中段进程中，呆板视觉重要利用在紧密定位和检测方面。没有紧密定位，也就不成能举行硅片出产。 中段制程是半导体系体例程的最首要环节，与呆板视觉相干的另有最小刻度丈量。今朝，后段制程则是呆板视觉利用很是遍及的环节。后段制程重要触及晶圆的电器检测、切割、封装、检测等进程。晶圆在切割前必需利用呆板视觉体系检测出瑕疵，并打上标识表记标帜。检测终了切割进程中必要操纵呆板视觉体系举行切确快速瞄准定位，采纳基于呆板视觉技能的预瞄准技能具有很强的速率上风。基于呆板视觉的解决方案，只必要半秒钟就可以定位硅片中间并瞄准暗语。美国知名呆板视觉厂商Cognex出产的智能相机In-Sight1820就有雷同的利用。切割进程起头后也要操纵呆板视觉举行定位。若是定位呈现问题，则可能整片晶圆会报废。切割后的IC要包管在不相互接触的条件下分装到响应的容器内部，再继续操纵呆板视觉体系找出非瑕疵品进入封装进茵蝶,程。封装进程的呆板视觉利用今朝在国表里都很成熟，如大师所熟知的AOI（Automatic Optic Inspection）。

纵观半导体系体例造前、中、后三段的视觉利用，PC-Base呆板视觉体系盘踞着很大的比重，这是由于PC-Base体系对付装备完成繁杂检测需求及举行二次开辟的施行性最强。在装备设计早期若是斟酌PC-Base视觉体系，其整合性也最强。此外，因为智能相机等嵌入式视觉体系自己成长的限定，其精度和速率还没法与PC-Base体系比拟。就以相机为例，今朝已进入市场的工业相机最高辨别率已到达1600万像素，智能相机最高也就200多万像素。而半导体系体例造前段和中段对付图象精度请求达200万像素的相机很难实现，是以咱们可以看到嵌入式视觉体系在半导体行业利用中仍大多集中在后段部门。

电子制造业中的呆板视觉利用

依照凡是的划分法子，芯片在举行1级封装前的制造、检测和封装进程为半导体系体例造业，以后为电子制造业。呆板视觉在电子制造行业的利用加倍遍及，小到电容、毗连器等元器件，大得手机键盘、PC主板、硬盘，在电子制造财产链条的各个环节，几近都能看到呆板视觉体系的身影。呆板视觉四大重要功效：检测、定位（指导）、丈量、读码都有不少现实的利用案例。此中最凸起的就是SMT贴片上的呆板视觉利用及AOI/AXI装备。起首，SMT在贴片进程中就会用到呆板视觉及视觉定位体系的高精度、多功效SMT贴片机技能。它经由过程视觉辨认体系对分歧元件举行视觉辨认，能高速、高精度贴装细小片状元件、邃密IC元件或异形元件。采纳了视觉辨认、定位技能的贴片机具备主动化程度高，操作便利，运行安稳等特色。贴装精度、辨认元件范畴、贴装速率等能合适电子行业高速、高质量、零次品率的制造请求。SMT贴片技能今朝在海内已有自立常识产权的产物，如日东电子出产的SMT贴片机在电子组装装备市场上已叫响，而日东与知名呆板视觉企业汉王视觉在呆板视觉软件算法于SMT上的利用的互助开辟也举行的风起云涌。近年，跟着电路图形的细线化等身分，SMT组装质量检测与节制取代以往人工目视的AOI（主动光学检测）的技能敏捷成长起来。AOI是呆板视觉技能与自控技能、紧密机器技能综合的检测设备，AOI一般由事情台、电气节制体系、CCD摄像体系、图象处置体系四大部门组成。

此中：CCD摄像体系、图象处置体系是由呆板视觉技能职员专门完成的。SMT傍边AOI具备PCB板检测、焊膏印刷检测、器件检测、焊后检测等功效。PCB板、焊后检测一般长短及时性检测，焊膏印刷和器件检测则是与印刷机、贴片机相配套在一块儿举行的高速及时的检测。外洋的AOI知名厂商不少，如Agilent、Orbotech等，近来，海内也呈现了浩繁民族AOI品牌，此中最知名的就是Aleader，他们是将呆板视觉技能能很好的利用在AOI上为数未几的海内厂商之一。AXI（主动X射线检测）与AOI在技能上的最重要的区分是：一个是X射线作为光源，另外一个则更多利用可见光；此外，AOI一般检测外部特性，AXI则经由过程X射线能检测到一般可见光看不到位置的瑕疵并具备其它一些AOI没法完成的技能上风。

在电子制造业，呆板视觉利用遍及的另外一范畴就是毗连器检测。世界知名的毗连器厂商如Molex、Tyco等的出产线上都有大量的呆板视觉检测体系在运行。此中，Molex更有本身一个自力的主动化部分，专门按照客户请求娛樂城,及毗连器各类技能变革环境，自行研发制造呆板视觉检测装备， 该部分从检测需求到装备研发终了，上线研发周期均很短，从而能包管Molex的毗连器可以随时按照客户的请求而有相对于应的质检办法并能包管零瑕疵出厂。毗连器制造流程重要分为冲压、电镀、注塑、装置四个重要工艺流程，在四个流程傍边，每一个环节都对毗连器产物尺寸和质量请求极其严酷。好比Nokia对Molex出产的毗连器请求为零次品率，即请求Molex提供应Nokia手机利用的毗连器请求为100%都是及格品。而毗连器多数体积很是小、精度高、建造工艺繁复、产物数目庞大、出产线运行高速。如电镀环节速率很是快，最快可到达10米/分钟。这就请求必需利用呆板视觉技能对所有的出产产物在响应环节进程中举行丈量和检测，实时剔除分歧格产物。

除SMT贴片、AOI、毗连器检测外，电子行业的呆板视觉利用另有如：PCB底片查抄、硬盘检测、键盘检测、电子制造进程中的呆板人视觉指导定位、元器件的在线分类挑选、二维码读取等各类利用。近两三年来，呆板视觉技能在半导体及电子制造范畴中显现出了一些新的成长趋向。起首是读码需求的日趋增多。如半导体系体例造业，企业出产办理者不单要跟踪全部硅片的出产进程，确保产物质量，还要能经由过程二维码等打标技能将二维码打到硅片及电子器件上的外壳上，以便能创建起制造办理信息和跟踪电子组装进程中的各个部门，乃至包含将芯片运到世界上的任何处所举行封装和测试。其次是视觉技能往高速、高辨别率的标的目的成长。在德国斯图加特方才开完的Vision 2008呆板视觉展览上，也因此高速、高辨别率为新的技能亮点。再次就是视觉检测由之前的好坏占多数起头渐渐增长彩色检测需求。

究竟上，实际世界原本就是彩色的，当彩色图象二值化以后，不少的原始信息会丢失，本来丰硕多彩的图象酿成了单一的二维图象，本来轮廓分明的物体酿成了模胡不清的轮廓，边沿再也不是边沿，轮廓再也不是轮廓，丰硕也再也不丰硕，这一切都是信息失真酿成的。彩色检测需求有如：尖端微处置器出产商的出产工艺中都在采纳很是薄的镀层，以致于扭转了硅片概况的模样。依照镀层的厚度，硅片概况显现为蓝色，紫色或深绿色。如今面临的不但仅是传统的银色和金色硅片了。因而视觉检测工程师起头利用红外（IR）LED，IR可以或许在尺度硅片和超薄笼盖层硅片的环境下都能事情杰出。再者，RoHS的希望对焊膏发生了庞大的变化。制造现场的工程师们能利用分歧的焊膏并将焊球制造得愈来愈小。一些焊膏可以或许经由过程扭转照明举行成像，另外一些则必要利用彩色成像来区分分歧的，含铅质料比拟度更低的焊接质料。更低的比拟度象征着无铅焊膏成像的边沿更不较着，采纳具备更强处置能力的彩色视觉技能可以或许供给必要的数据以实现正确的丈量。

最后，咱们必需清晰的看到，呆板视觉筹备起头进入3D期间。Flip芯片、CSP、微型BGA芯片焊接的锡球。为了包管其电气毗连机能，每一个锡球必需有必定的高度，此类检测必需以来3D视觉体系来完成。3D视觉检测体系不单能检测焊盘分列的问题，还可以检测锡膏体积不足等缘由，可以大大拓宽缺点检测的范畴。在前面提到的毗连器检测中也会用到3D视觉体系。平凡的2D视觉体系可以检测引脚缺乏或位置不准确问题，若是引脚位置准确可是插入深度不敷，就必需利用3D视觉体系在X、Y、Z标的目的对被检测物举行验证。德国Sick公司的Sick IVP Ranger C50嵌入式智能相机在这些范畴已有了很好的解决方案，PC-Base体系的重要配件厂商也为3D视觉的搭建供给了充沛的技能筹备，如知名德国相机厂商Basler的高端相机具有现场可编程门阵列（Field Progra妹妹able Gate Array，FPGA），在相机中包括了多种经常使用的预处置算法，以顺应不竭加快的图象阐发处置的带宽需求。Basler可以或许在FPGA中实现客户的特定算法，利用激光三角丈量法来完成3D丈量。

将来远景

因为半导体系体例造遵守摩尔定律，在IC上可容纳的晶体管数量，约每隔18个月便会增长一倍，机能也将晋升一倍。技能需求促成了半导体设备及电子制造设备的更新、进级和飞速成长。这就请求视觉传感技能、呆板视觉也能跟上技能成长的必要。使人愉快的是，这几年，呆板视觉所触及的光学、机器、计较机、软件、电子、芯片、收集通讯也在飞速成长，响应的配件光源、镜头、相机、板卡软件都以加快进级换代的步调来顺应因技能成长而促动的呆板视觉技能的高速成长。呆板视觉在半导体和电子行业中势必成为不成代替的传感检测技能。

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