產研融合推手-台大AOI設備研發聯盟_台大陳亮嘉

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
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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. 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
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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
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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!
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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. 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.
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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
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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. 擁有80篇國內外
的專利

12. CAD Lab. ME NTU
Integrated 3-axis wafer measuring stage
Fig. 2 Modified 3D Abbe error-free wafer inspection stage
12

14.  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

15. Integration of the profilometer and the
platform
Precision Metrology Laboratory, National Taiwan
University
Page 15

16.  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

17. 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

19. 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
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20. 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.
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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)

21. 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
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機器手臂之自動物件三
維精密掃描與建模

22. 關鍵技術3:
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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

23. 關鍵技術:
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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

24. 技術應用實例 1:
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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:

25. 技術應用實例 2:
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複雜幾何工件(汽缸為例)之快速三維空間
姿態偵測:

26. 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