AOI

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：

1. 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））。
2. 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。
3. 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。
4. 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））。
5. 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。

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。

來源：研究_AOI檢測設備技術筆記_20260907

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。

來源：研究_AOI檢測設備技術筆記_20260907

關鍵參數

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

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。

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