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產研融合推手-台大AOI設備研發聯盟_台大陳亮嘉

產研融合推手-台大AOI設備研發聯盟_台大陳亮嘉

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產研融合推手-台大AOI設備研發聯盟_台大陳亮嘉

  1. 1. 聯盟主持人:陳亮嘉 聯盟共同主持人:中興劉建宏、成大劉建聖、北科大陳金聖、北科大林志哲、 北科大何昭慶、北科大張敬源、北科大曾釋鋒 陳亮嘉 台大機械系 先進自動化光學檢測設備研發聯盟 1
  2. 2. 聯盟宗旨:旨在強力連結學術研究機構與產業界以建構技 術合作聯盟,有效運用學界研發能量(核心技術)與設備, 以協助產業界開發前瞻性AOI設備與技術,提昇產業市場 競爭力,同時也一起培育未來核心研發人力。 先進自動化光學檢測設備研發聯盟 聚焦於: 共同人才培育 & 學界研發能量 & 量測設備共享 & 研發諮詢服務
  3. 3. Semiconductors 從 PCB 到 半導體晶圓 到 航太製程 到 光電精密產業之需求 (Between Macro & Micro & Nano scales) Aspherical Lens inspectionWafer inspectionSemiconductor gate on a fin with spacer 產業需求– 微元件或結構之形貌與關鍵尺寸量測 Biomedical applications 航太製程之精密加工與檢測 3
  4. 4. National Taiwan University, Taipei, Taiwan 聯盟之推廣工作項目與技術重點 Dynamic real-time 3-D Machine Vision Full-field 3-D surface profilometers (confocal & WLI) Innovative intra-oral 3-D teeth optical scanner Nano-scale dynamic 3-D surface measuring system AOI技術 聯盟 技術轉移 與新產品 發展 技術 講座 教育 訓練 技術 服務 Micro bumps AFM probe tip vibrating at 1.5 MHz 3-D profile of Micro lensFull-field optical mapping diagram for Cardiac Electrophysiology 技術論壇 聯盟整合平台 4
  5. 5. 任務與目標 聯盟任務: 1.聯盟老師提供會員光學檢測技術服務。 2.聯盟老師提供技術諮詢與評估,擔任技術顧問輔導。 3.聯盟老師提供最新的研發能量,協助新技術或產品的研發 4.促進廠商會員間的交流,提供合作的平台。 5.共同培育學生成為未來的產業人才,或培訓工程師新的技術 能力。 6.提供會員相關教育訓練、或到廠人力訓練。 聯盟目標:  培植國家整體的產業競爭力! 5
  6. 6. 6 聯盟會員 1 致茂電子股份有限公司 2 德律科技股份有限公司 3 均豪精密工業股份有限公司 4 由田新技股份有限公司 5 山衛科技股份有限公司 6 捷智科技股份有限公司 7 旭東機械工業股份有限公司 8 醫電鼑眾股份有限公司 9 承湘科技股份有限公司 10 鈦昇科技股份有限公司 11 揚明光學股份有限公司 12 睿怡科技有限公司 13 五鈴光學股份有限公司 14 台灣阿美特克股份有限公司 15 源台精密科技股份有限公司 16 台灣儀器科技研究中心 17 全控自動化有限公司 18 光藝股份有限公司 目前聯盟廠商會員
  7. 7. 聯盟人力  聯盟主持人: 陳亮嘉教授 AOI、精密量測、精密機械、精密製造  聯盟顧問: 鍾添東教授 (台大機械系) 結構最佳化設計、電腦輔助設計、專家系統  計畫共同主持人:劉建宏教授(中興大學機械系) 光機電系統整合、精密量測、精密儀器設計  計畫共同主持人:劉建聖教授 (成大機械系) 精密量測、工具機幾何誤差量測與系統設計、 3D光學掃瞄器設計、自動對焦顯微系統設計、微致動器/馬達/動壓軸承設計、光電感測與應用  計畫共同主持人:陳金聖教授 (北科大自動化所) 系統控制與診斷、機器視覺、即時系 統設計、嵌入式系統應用、機電整合  計畫共同主持人:林志哲教授 (北科大自動化所) 機電整合、機器人、自動控制、生產 自動化  計畫共同主持人:何昭慶教授 (北科大機電所) 機器視覺、精密量測、線上檢測、智動 化製程診斷  計畫共同主持人:張敬源教授 (北科大機械系) 光學量測、實驗力學、訊號處理  計畫共同主持人:曾釋鋒教授 (北科大機械系) 雷射加工、光機系統設計與分析、精密 系統整合、智慧感測器開發、雷射干涉量測、CAD/CAM. 7
  8. 8. 目前量測技術服務  服務項目: 高精度真圓度量測儀 奈米級三次元量測儀 高精度三次元量測儀 微奈米級共焦顯微量測儀 微奈米級白光干涉量測儀 差動干涉對比(DIC)顯微量測儀 大範圍晶圓量測平台 精密3D量測系統 8
  9. 9. 大型積體電路(LSI)晶片 聯盟技術發展 Road_Map 取代雷射光線,量 測設備降低成本 2003~2005 2005~2008 避免空氣擾動影響、 環境振動干擾與節省 影像擷取時間以及準 確度 彩色共焦顯微系統 干涉量測系統 2009~2013 AOI量測技術 半導體/液晶面板/微機電/生醫 2014~now 光學超解析技術 Wafer stage development AI-based algorithms 3D vision for Industry 4.0
  10. 10. 擁有80篇國內外 的專利
  11. 11. CAD Lab. ME NTU Integrated 3-axis wafer measuring stage Fig. 2 Modified 3D Abbe error-free wafer inspection stage 12
  12. 12.  隨著半導體產業的持續發展,3D 堆疊 IC 中用來連接電氣信號的微凸塊 (micro bumps) 成為封裝製程中一項重要的關鍵。  此外,在更先進的晶圓級封裝製程中,矽穿孔 (through silicon via, TSV) 、 重分佈層 (redistribution layer, RDL) 等微結構也都有高速檢測的需求。  其它如二元繞射元件 (binary diffraction gratings)、各種微型化光學器件與 微機電製品,也都有類似的量測需求。  這些微結構的線上檢測需求,以現有的諸多量測技術與設備都有其限制,勢 必要有一項嶄新的技術來達成 高解析、大面積 與 高速 量測之目標。 14 Bumps (https://reurl.cc/71D71) Grating structure, Opt. Commun., 53(6) 產業需求與商業價值
  13. 13. Integration of the profilometer and the platform Precision Metrology Laboratory, National Taiwan University Page 15
  14. 14.  雛型量測模組的量測結果已足夠顯示其潛在的應用價值。 16 實際樣品量測結果 Industrial sampleStep height (3 x 3 FOVs)25 µm 10 µm 5 µm 1 µm Pitch = 35 µm Height = 3 µm 50x Objective10x Objective 環狀階高塊 業界樣品 *Accuracy ≦ ±1 µm, repeatability 3σ ≦ 300 nm
  15. 15. 17 量化規格 項目 說明 軸向解析度 ≦ 100 nm (10x 物鏡),高倍更細 橫向解析度 橫向解析度由 DMD 投射光斑間距決定, 可依需求在量測速度與橫向解析度之間權衡。 準確度 ≦ ±0.3 µm (±3) 重複度 3σ ≦ 300 nm FOV 1.2 x 1.9 mm (10x 物鏡) 軸向量測範圍 100 µm (10x 物鏡) 量測速度 與商用共焦顯微鏡相比速度快 10 倍以上
  16. 16. 發展目標與技術項目: • 以發展創新式光學精密量測模組與關鍵演算技術, 與六軸機器手臂或精密掃描機之控制器進行整合, 在線上製程中同步對工件進行自動化量測。可達 到複雜幾何工件之自動化三維視覺量測、辨識與 空間定位;同時,可進行自動化精密光學三維量 測與關鍵尺寸之萃取與演算,並系統具備自我校 正能力。 • 研發技術項目,共有四項: 1) 光學量測探頭與量測演算法. 2) 自動化三維形貌掃描與建模技術. 3) 機械手臂線上掃描空間之校正技術. 4) 複雜工件之辨識與空間定位關鍵演算技術. 1 9
  17. 17. 關鍵技術1: 光學三維量測探頭模組之研發 (US Patent: 9858671) 達成下面量測關鍵技術之建立: •具雙眼掃描能力,將掃描光遮蔽問題降至最低的情況, 點雲量測效率可提升60%, 實例之FOV可達 370*260*150 mm3 •具4頻率結構光投射之光機架構,藉由多頻率相移法進 行量測物體表面絕對深度形貌,藉由所研發的絕對深度 量測之多頻率相移法,可獲得高精度之絕對深度量測能 力. •量測探頭投光關鍵模組之發展. •系統驗證量測標準件設計. 20 FOV 370 * 260*150 mm3 Reparability (2δ ) : 12 μm Speed: 頻寬 20 fps, 對影像之取像速度達 1.07s/frame @1280x1280 pixels 已經獲得第三 公正單位認證 創 新 性 光 學 量 測 探 頭 多 頻 率 結 構 光 投 射 之 光 機 模 組 (TW Patent I485361)
  18. 18. 關鍵技術2: 2. 機器手臂之自動物件三維形貌掃描與建模技術 達成下面量測關鍵技術之建立: •自動化物件三維掃描建模之演算方法之發展 •創新性空間姿態校正架之發展 •點雲品質評估演算法 •重疊區域之點雲移除演算法 •自動化三維點雲之擬合演算法 21 機器手臂之自動物件三 維精密掃描與建模
  19. 19. 關鍵技術3: 22 工件之辨識與空間定位關鍵演算技術 • Outlier removal algorithms • Down sampling algorithm: Delaunay triangulation  物件分割演算法: Watershed-based segmentation  物件辨識: Area-based descriptors  物件偵測定位 : OBB matching
  20. 20. 關鍵技術: 23 點雲辨識流程: (a)量測點雲 (b)物件分離 (c)物件偵測 (d)物件辨識 (a) (b) (c) (d)水五金CAD模型與 三維點雲偵測 工件之辨識與空間定位關鍵演算技術
  21. 21. 技術應用實例 1: 24 複雜幾何工件(汽缸為例)之自動化三維形 貌掃描、建模與形貌誤差分析:
  22. 22. 技術應用實例 2: 25 複雜幾何工件(汽缸為例)之快速三維空間 姿態偵測:
  23. 23. 26 Q & A Contact information: Professor Liang-Chia Chen Email: lchen@ntu.edu.tw Tel: +886-2-3366-2721 Department of Mechanical Engineering National Taiwan University

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