视觉检测解决方案
以打线治具为例

文◆工研院感测系统中心李俊毅

数据显示2021年台湾IC封装产值达6,284亿元、年成长14.5％，推估2022年产值将达到6,950亿元、年增10.6％，且台湾各封装大厂目前仍持续投资新技术，后续将持续拿下全球客户订单，成为驱动台湾半导体产业成长的主要动能。

IC封装产业中，接合技术为重要的制程之一，此技术可细分为三类，分别为打线接合、卷带式自动接合与覆晶接合，其中又以打线接合(Wire bonding)为目前最广泛应用的接合技术，其原理为利用线径15-50微米的金属线材将芯片及导线架连接起来的技术，使微小的芯片得以与外面的电路做沟通，而不需要增加太多的面积。由于打线接合制程成熟、成本低、布线弹性高且封装后产品可靠度高，因此其为目前应用最广的接合技术，约占所有封装产品9成，在IC封装产业中有着不可撼动的地位。

随着规格不断提升，电子产品朝向轻薄化、一体化与多功能化的趋势发展在组件密度越来越高，且电子讯号传输速度越来越快的情况下，IC布线密度随之提高，这也使得打线接合技术面临新的挑战。在打线接合过程中，必须仰赖打线治具来固定IC组件间相对位置，以利组件间引线键合互连，因此在高精密IC封装产业中，治具开口之加工精度公差、垂直度、同心度和孔至孔偏移等，必须确保高精度的加工质量。而在打线治具加工制程中，有三道程序，分别为CNC铣床、磨床机与线割机，依据不同的治具设计采用不同的加工机台，而为了确保每道制程后治具的精确度，需采用对应的量测仪器，如高度规、2D光学投影量测仪等，进行关键尺寸的量测确认，这也使得治具加工制程对于自动化检测的需求与日俱增。

数据显示，2019年，全球自动光学检查系统市场规模为5.872亿美元，预计从2020年到2027年，以复合年增长率（CAGR）18.7％成长。然而针对打线治具各制程的尺寸检测，目前国内仍以人工手动检测为主，例如：2D尺寸检测方面，常藉由投影仪，以人工选取投影影像之工件特征位置并进行尺寸计算；而在3D深度检测方面，则需藉由人工操作高度规的方式进行检测。然而因人工操作步骤繁杂，往往只针对治具局部区域进行检测，此作法测得的结果便无法代表整体加工质量，且人工操作相对耗时，单一治具量测时间将达20分钟，在现今治具严仅全检需求下，需耗费大量时间与人力，此外，若再加上人为操作误差，将无法满足现今打线治具严格的质量要求；另一方面，人工手动检测结果多以手写抄录数据为主，缺乏数字建文件，不利于产品质量履历控管。因此本文以打线治具检测为探讨重点，透过工研院开发的视觉感测模块实现打线治具关键尺寸自动检测，于每次产品出货前进行高精度与快速全检，并建立数字检测记录，以因应产能逐渐提升的检测需求。

工研院开发适用于打线治具检测制程之智能视觉检测模块，其同时结合了2D与3D感测模块，并藉由特殊的模块支架设计，使各传感器感测范围不受其他传感器影响，更导入了2D影像特征自动辨识与3D深度自动量测技术，使打线治具在进入传感器视野范围后，同时启动2D与3D量测功能，自动辨识治具的边缘、中心、段差等特征，进行各种关键尺寸运算，克服人工检测时的操作偏差，以全局检测的方式确保检测质量，达到零漏放率；此外，更同时输出数字化检测记录，并建立检测数据数据库，可于未来进行智能化监测制程数据变化，并协助制程优化，大幅提升制程质量。而以下将详述此模块之系统架构流程与软件技术内容。

系统架构与流程

此模块包含了XY移动平台、大范围摄影机、小范围摄影机与3D线雷射传感器，如图3所示。大范围摄影机用于拍摄打线治具整体样貌，以粗略定位治具上各量测区之平台坐标位置。小范围摄影机则搭载远心镜头，用以高精度局部拍摄治具上待量测区域位置，提供高分辨率影像以利各关键尺寸运算。3D线雷射传感器则用于3D剖线样貌拍摄，以进行深度检测。

此模块之运作流程如图3所示，首先藉由大范围摄影机拍摄平台定位孔，计算影像与平台间之坐标转换关系，接着拍摄治具整体样貌以进行待量测区域定位，XY移动平台便可依据影像定位结果移动至待量测区域，此时即可触发小范围摄影机与线雷射传感器进行拍摄，并计算此位置之各种尺寸特征，依此循环拍摄所有待量测区域，最终将量测结果进行数字化建档与输出。

2D影像特征自动辨识与3D深度自动量测算法

在小范围摄影机拍摄完成后，藉由工研院开发之2D影像特征自动辨识技术，可自动筛选影像上之线条轮廓特征，并透过直线拟合与封闭轮廓拟合算法，拟合出各直线与多边形位置，用以取代人工特征选取，避免人为操作误差，最后即可根据欲检测项目进行线至线或多边形中心间之距离计算。取得3D线雷射拍摄之剖线样貌后，3D深度自动量测算法将先对剖线进行基准面校准，其透过统计方式，进行向量统计分析，决定剖线主轴方向，接着将自动拟合各并行线线段，确立剖线段差顶部与底部位置，进行2者间之深度计算，取代人工采用高度规进行接触式量测之繁琐流程，同时确保量测之高精度质量。

透过工研院所研发之智能视觉检测模块，其结合2D与3D自动量测技术，可自动辨识打线治具的边缘、中心、段差等特征，取代人工操作流程，单一治具量测时间可由20分钟缩短为2分钟，克服全检时人工操作之耗时、不稳定问题，更同时记录数字化检测结果，并于产品出货前提供尺寸数据给厂商，未来更可将此模块整合于各加工设备，开发机上自动化检测系统，大幅提升制程质量。

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