AOI(Automated Optical Inspection,自動光學檢測)是利用光學影像、3D 量測與影像演算法進行缺陷檢查的設備技術,投資分類上應歸入 環節/光學檢測設備,並保留 環節/檢測設備 作為母環節。
分類規則
技術/AOI:描述自動光學檢測技術本身。環節/光學檢測設備:描述 AOI 設備供應商或設備段位置。環節/檢測設備:檢測 / 量測設備母環節,包含 AOI、AXI、X-ray / CT、電測與其他量測設備。
原理與流程
AOI 的基本原理是「光學成像 + 影像比對 / 演算法判讀」,取代人工目檢:
- 光源設計:依材料特性選擇多波段照明、同軸光源或抗反射專用光源。例如玻璃基板高透光、易反射,需要專用抗反射照明模組才能看清 TGV 孔內殘留與微裂痕(3455_由田(櫃))。
- 影像擷取:以 5K~8K 高畫素 CMOS / CCD 感測器搭配遠心鏡頭、同軸光源取像,部分機種支援 2D / 3D 整合量測。
- 對位與補償:大尺寸基板 / 封裝在量測時會有膨脹與翹曲,需即時多視野對位補償以維持重複量測精度。
- 影像比對與缺陷判讀:以規則式演算法比對標準圖形,並疊加 AI 深度學習模型做缺陷分類,克服規則式檢測在複雜圖形上的辨識瓶頸,同時降低漏檢率(7822_倍利科(市))。
- 產線回饋:判定為疑似缺陷者標記、分類並可追溯批次,回饋製程參數供良率管制使用。
AOI 的物理限制是「只能看表面 / 近表面」的光學缺陷;若需要檢測玻璃基板等透明材料的內部裂痕,需改用雷射斷層 3D 成像等非 AOI 技術(3055_蔚華科(市) 之雷射斷層機台即為此類方案,與 AOI 互補而非取代)。
圖解
flowchart TD
L["光源設計<br>多波段照明 / 同軸光源 / 抗反射設計"] --> S["影像擷取<br>CMOS / CCD 感測器 + 遠心鏡頭"]
S --> A["對位與翹曲補償"]
A --> P["影像比對與判讀<br>規則式演算法 + AI 缺陷分類"]
P --> O{"缺陷判讀"}
O -->|"合格"| Pass["產線放行"]
O -->|"疑似缺陷"| Flag["標記 / 分類 / 追溯批次"]
Flag --> FB["產線回饋與製程管制"]
subgraph APP["應用場景與代表公司"]
PCB["PCB / 載板 AOI<br>3030 德律 . 3455 由田"]
GLASS["玻璃基板 / TGV AOI<br>3455 由田(表面). 3055 蔚華科(內部裂痕)"]
PKG["先進封裝 AOI<br>bump / RDL / Hybrid Bonding<br>3030 德律 . 6983 華洋精機 . 7853 政美應用"]
MASK["光罩 / 晶圓 AOI<br>6983 華洋精機"]
end
S --> PCB
S --> GLASS
S --> PKG
S --> MASK
P --> AICLS["AI 缺陷分類演算法<br>7822 倍利科"]
四大應用層級與代表廠商
AOI 依檢測對象與精度需求分為四個層級,各層級的光學方案、精度等級與供應商幾乎不重疊——這是判斷一家 AOI 廠「能不能往上打」的第一道分野。
| 應用層級 | 國際代表 | 台廠代表 | 核心檢測對象 | 主流光學技術 | 檢測精度等級 |
|---|---|---|---|---|---|
| 半導體晶圓與先進封裝 | KLA、Camtek、Onto Innovation | 3455_由田(櫃)、5443_均豪精密(櫃)、3535_晶彩科(市)、7822_倍利科(市)、6877_鏵友益(櫃)、3167_大量(市)、6983_華洋精機(櫃)、7853_政美應用(興) | 晶圓微粒、刮傷、CoWoS/InFO 微凸塊(Micro-bump)、RDL 開短路、Die 偏移 | 白光干涉(WLI)、雷射散射暗場、共焦顯微、明暗場複合成像 | 亞微米至奈米級(<1 µm ~ nm) |
| PCB 與 IC 載板 | KLA / Orbotech | 3563_牧德(櫃)、3455_由田(櫃)、3535_晶彩科(市) | 內外層線路斷短路、缺口(Mouse-bite)、殘銅、微盲孔(Micro-via)對位與孔殘 | 高速 TDI 線掃描、多波長反射/穿透光、螢光激發檢測 | 微米級(1~15 µm) |
| SMT / PCBA 組裝 | Koh Young(高嶺)、Nordson/CyberOptics、Omron、Viscom | 3030_德律(市) | 錫膏印刷形貌(SPI)、貼片偏位、缺件、極性反向、空焊、立碑、橋接 | 多向數位光投影(PMP 結構光/莫爾條紋)、多層次色光環形照明 | 數微米至數十微米(5~50 µm) |
| 顯示面板與 Micro LED | Takano、HB Solution | 3455_由田(櫃)、3535_晶彩科(市) | TFT 陣列缺陷、玻璃微裂紋、Mura 斑塊、Micro LED 晶粒移位與點亮均勻度 | 大面積線掃描、面型高動態範圍(HDR)亮度/色度量測儀 | 微米至次毫米級 |
來源筆記的廠商誤植已更正
研究_AOI檢測設備技術筆記_20260907 原稿在「半導體晶圓與先進封裝」列的台廠名單記為「由田、均豪、弘訊」。經查證,弘訊科技的核心業務為塑膠加工機械(射出成型機)的自動化控制系統與伺服驅動器,並未生產半導體或先進封裝 AOI 設備,應為誤植。本表已改列 vault 已建頁且確有半導體/先進封裝 AOI 業務的台廠。名稱相近但業務不同者另有弘塑(3131,濕製程設備),亦非 AOI。查證日:2026-09-09。
檢測站點分工(SMT / 封裝產線)
同樣叫 AOI,站在產線不同位置解決的失效模式完全不同——這決定了設備的光學需求與可替代性。
| 站點 | 位置 | 量測對象 | 為何在這一站攔 |
|---|---|---|---|
| SPI(Solder Paste Inspection,錫膏檢測) | 錫膏印刷機後 | 錫膏 3D 體積、高度、面積與偏位 | SMT 超過 60% 的焊接缺陷源自錫膏印刷,攔在這裡成本最低 |
| Pre-Reflow AOI(爐前) | 貼片機後、迴焊爐前 | 缺件、錯料、偏位、旋轉角、極性標記反向 | 錫尚未熔化,元件仍易重工修正 |
| Post-Reflow AOI(爐後) | 迴焊爐出口 | 空焊、冷焊、立碑(Tombstone)、搭橋(Bridging)、爬錫高度 | 焊點已固化,檢的是高反射表面上的焊接品質 |
| AVI / Final AOI(外觀自動檢查) | 封裝成品或載板出貨前 | 異物、刮傷、露銅、防焊漆起泡(Blister)、字體印字(OCR/OCV) | 出貨前最後一道全檢 |
設備內部架構與工程細節
一套高階 AOI 本質上是光學、精密機械、即時電控與電腦視覺演算法的整合體。四個子系統中任一個是瓶頸,整機精度就被鎖死——這是評估設備廠技術深度時比「宣稱精度」更可靠的切入點。
1. 光學成像
- 面掃描(Area Scan):SMT 與點位複檢為主,搭配步進移動(Step-and-Repeat)取像。
- TDI 線掃描(Time Delay Integration):載板與晶圓大面積連續掃描的標準配備。多級感光感測器同步累積電荷,在數百 mm/s 的高速移動下仍維持高訊噪比(SNR)。
- 雙遠心鏡頭(Bi-telecentric Lens):高階機台全面採用,消除視角透視效應(Perspective Error)。檢測物有表面高低差或板翹時,影像放大倍率仍恆定——這是先進封裝翹曲場景的必要條件。
- 3D 深度量測:
- PMP 相位輪廓調變(SMT 3D AOI 主流,如 Koh Young、3030_德律(市)):2–8 組多角度 DLP 投影機投射正弦莫爾條紋,相機拍攝條紋形變後以相移演算法反算點雲 Z 軸高度,可克服鏡面反射與陰影盲區。
- 共焦光譜(Chromatic Confocal)與白光干涉(WLI):半導體微結構量測標配,用波長色差或干涉條紋實現奈米級高深寬比結構(TSV 孔深、Bump 高度)量測。
2. 照明光譜與幾何配置
照明設計決定缺陷能否被凸顯(對比度),是 AOI 最難被規格表描述、也最難模仿的部分。
- 多角度多層色光(RGB Lighting):SMT 焊點檢測典型設計。水平紅光照焊墊底座、斜角綠光照焊錫斜面、垂直藍光照頂部平坦區,用反射角色彩編碼在 2D 影像中直接轉換出坡度特徵。
- 同軸光與明暗場切換:同軸光垂直射入,專查晶圓或銅箔的高平整鏡面;暗場掠射光(低角度環形光)阻斷背景直反射,讓邊緣刮痕與凸起顆粒以高亮散射光現形。
- 特殊波長:
- 紫外線(UV):激發防焊綠漆或保形塗層螢光,檢查塗覆邊界與孔殘。
- 短波紅外(SWIR / IR):穿透矽基板,直接檢測覆晶封裝(Flip-Chip)內部鍵合對位或晶圓次表面微裂紋(Sub-surface Crack)。
3. 運動平台與機構控制
- 機體架構:天然花崗岩(Granite)床身搭配氣浮避震腳柱,用高熱容積比與高阻尼特性隔絕產線震動與環境溫度變形。
- 驅動配置:X/Y 軸多採無鐵心線性馬達(Ironless Linear Motor)搭配氣浮軸承或精密線軌,消除滾珠螺桿的機械背隙(Backlash)與力矩脈動(Cogging)。
- 光電同步(PSO / On-the-fly Imaging):配置奈米級光學尺,運動控制卡在平台高速移動中依光學尺回饋發出位置同步輸出脈衝,觸發相機與頻閃光源微秒級曝光,達成「飛拍」不拖影。這是決定產線節拍上限的關鍵機構。
4. 演算法與運算架構
- 規則式(Rule-based):
- CAD 原生比對:載入 Gerber 或 ODB++ 資料,直接對比設計線路座標。
- 統計與差分比對:動態閥值分割(Dynamic Thresholding)、正規化互相關(NCC)幾何定位、邊緣萃取、基板特徵差分比對(Golden Template Comparison)。
- AI 雙階架構(Hybrid AI Filtering):傳統 AOI 的致命痛點是為追求「零漏檢(Zero Escape)」而導致極高的「誤判率(Overkill / False Call)」。現代高階設備在後端邊緣伺服器導入 CNN / Vision Transformer 執行自動缺陷分類(ADC),即時過濾微小公差引起的假警報,並把瑕疵統計串接 MES 與 SPC 做閉迴路回饋調控。這正是台廠(如 7822_倍利科(市))用 AI 演算法對國際大廠做差異化的著力點——不必贏在光學硬體,贏在誤判率。
5. 偏振光學(Polarizer / PLR)
光路規格中的 PLR 常指偏光片(Linear Polarizer)或偏振反射檢測光路。高階 AOI(晶圓檢測、高階 SMT、載板檢測)導入偏光模組解決兩個瓶頸:
- 正交偏光消眩光(Cross-Polarization Anti-Glare)
- 問題:錫球、金屬導線、拋光矽晶圓表面鏡面反射極強,垂直光直射會在感測器上形成大面積飽和白斑(Hotspot),使邊緣幾何輪廓「過曝融化」,遮蔽微短路或焊點虛焊。
- 作法:光源端放起偏鏡(Polarizer),鏡頭接收端配置角度正交(相差 90°)的檢偏鏡(Analyzer / PLR)。
- 效果:金屬平整面直接反射的光偏振方向不變,被檢偏片 100% 阻擋(暗場化);凹坑、刮傷、粗糙邊緣或雜質顆粒會打亂偏振態(去偏振散射),部分光線穿透檢偏片進入鏡頭,使細微缺陷在純黑背景下呈現高對比亮點。
- 材料應力雙折射檢測(Photoelasticity / Birefringence)
- 針對玻璃基板、光學透鏡或封裝樹脂,材料受熱或外力產生的內部微裂紋與殘留應力會改變折射率,引發雙折射。偏光光路能把不可見的內部應力分佈轉成明暗交替的干涉條紋,是晶圓切割邊界崩缺(Chipping)與微裂紋檢測的關鍵技術。
註:偏光光路檢的是「應力造成的折射率變化」,與 3055_蔚華科(市) 雷射斷層 3D 成像直接成像內部裂痕仍是不同機制,兩者互補。
關鍵參數
| 參數 | 說明 | 來源觀察 |
|---|---|---|
| 影像解析度 / 畫素 | 5K~8K CMOS / CCD,決定可辨識的最小缺陷尺寸 | 3455_由田(櫃) |
| 缺陷辨識門檻 | 目前技術瓶頸在 3μm 以下圖形缺陷辨識 | 3455_由田(櫃) |
| 檢測精度(X-ray / AXI 對照) | AXI 若精度低於 2μm,應用空間可進一步擴大 | 3030_德律(市) |
| 產線節拍 | AI server 板面尺寸與測試點數增加,推升 3D AOI、AXI 使用量與檢測站點密度 | 3030_德律(市) |
| 漏檢率 | AI 缺陷分類模型是改善漏檢率的主要手段 | 7822_倍利科(市) |
瓶頸
- 精細缺陷辨識極限:小於 3μm 的圖形缺陷辨識仍是下一階段技術門檻,需突破光源設計與系統成像精度(3455_由田(櫃))。
- 國際大廠技術領先:以色列 Camtek、Orbotech,日本 SCREEN,美國 Mycronic 在傳統 AOI 領域仍具技術領先地位,台廠多以 AI 演算法差異化競爭(3455_由田(櫃))。
- 透明材料的檢測邊界:AOI 對玻璃基板僅能測表面,無法檢測內部裂痕;需搭配雷射斷層等非 AOI 技術補足,兩者是互補關係而非取代(3055_蔚華科(市))。
- 精度與節拍的平衡:檢測站點密度提高後,需同時兼顧高精度與產線節拍,否則會拖慢整體良率回饋速度(3030_德律(市))。
- 驗證到量產的轉換節奏:先進封裝 / CoPoS 面板級檢測若停留在驗證線、尚未轉入量產線,會影響設備出貨的複製性與能見度(6983_華洋精機(櫃)、7853_政美應用(興))。
應用場景
| 場景 | 檢測內容 | 代表公司 |
|---|---|---|
| PCB / 載板 AOI | 線路短路、斷路、缺口、殘銅、孔位與外觀缺陷 | 3030_德律(市)、3455_由田(櫃) |
| 玻璃基板 / TGV AOI | 玻璃通孔、裂痕、孔徑、透明材料缺陷 | 3455_由田(櫃)、3055_蔚華科(市) |
| 先進封裝 AOI | bump、RDL、hybrid bonding、封裝外觀與對位缺陷 | 3030_德律(市)、6983_華洋精機(櫃)、7853_政美應用(興) |
| Wafer Level Packaging / CoPoS 檢測量測 | 晶圓級封裝 bump / pad / RDL、面板級大面積翹曲與對位 | 7853_政美應用(興) |
| 光罩 / 晶圓 AOI | EUV / DUV 光罩微粒、異物、晶圓表面異物與刮傷 | 6983_華洋精機(櫃) |
| AI AOI / 缺陷分類 | 影像資料分析、AI 缺陷分類、漏檢率改善 | 7822_倍利科(市) |
相關公司
| 公司 | 定位 | 特色 |
|---|---|---|
| 3030_德律(市) | 2D/3D AOI + AXI X-ray/CT 綜合設備廠 | AI server PCB 與先進封裝(CoWoS/InFO/SoIC)檢測需求雙受惠,AVI/SWIR Crack 為高毛利新品 |
| 3455_由田(櫃) | 台灣 AOI 龍頭 | 從 PCB / 半導體封裝 AOI 起家,開發玻璃基板專用抗反射光學檢測系統 |
| 3055_蔚華科(市) | 雷射斷層 3D 成像(非 AOI,互補技術) | 唯一可行的玻璃基板內部裂痕檢測方案,AOI 檢測不到的內部缺陷由此補足 |
| 6983_華洋精機(櫃) | 光罩 / 晶圓 / 先進封裝 AOI | 台灣少見可切入 EUV / DUV 光罩微粒檢測的本土設備商 |
| 7822_倍利科(市) | AI AOI / 檢量測平台 | 以影像資料分析與 AI 演算法起家,切入 CoWoS / SoIC 製程站點檢測 |
| 7853_政美應用(興) | 先進封裝高階檢測量測 | 聚焦 WLP、Hybrid Bonding、CoPoS、MicroLED、III-V 化合物半導體等高階場景 |
| 3535_晶彩科(市) | 面板 AOI 跨足半導體與先進封裝 | 由面板大面積檢測起家,延伸至載板與先進封裝檢測量測 |
| 3563_牧德(櫃) | PCB / 載板 AOI 龍頭 | 傳統 PCB AOI 主力,並向半導體晶圓與先進封裝外觀檢測延伸;載板檢測解析度 2.5–5 µm(PCB 檢測約 10–20 µm),2027 年出貨大尺寸 ABF 載板 AI 全外觀檢查機與一次性雙面檢查的 IPQC AVI(國泰 TPCA memo,2026-10-21) |
| 6877_鏵友益(櫃) | 半導體封測自動化 + AOI | 以自動化、機器視覺與 AI 監控整合切入晶圓與封測廠檢查站 |
| 3167_大量(市) | 精密檢測量測設備 | 自研控制器與機器視覺,切入先進封裝晶圓邊緣、Die shift 與研磨後檢測 |
| 5443_均豪精密(櫃) | 半導體設備(含檢測整合) | G2C+ 聯盟成員,玻璃載板研磨與設備整合能力 |
注意事項
- AOI 是光學檢測,不等於所有檢測設備;X-ray / CT / 電測應另以檢測設備母環節或更精細標籤處理。
AAOI是 Applied Optoelectronics 公司代號,與AOI自動光學檢測不同,標籤整理時需避免誤判。- AOI 只能檢測表面 / 近表面缺陷,玻璃基板等透明材料的內部裂痕需搭配雷射斷層等其他技術,不應把所有透明材料檢測需求都歸入 AOI 環節。