机器视觉与Mini LED交汇点

7月26日,矩子科技在投资者互动平台表示,Mini LED相关生产过程中有较多的检测环节,包括外观缺陷检测、功能性检测等,矩子科技的Mini LED AOI目前主要针对Mini LED芯片进行外观缺陷检测。

AOI是基于光学原理对生产中遇到的常见缺陷进行检测的设备,是机器视觉中的重要分支,目前主要应用于PCB领域,根据前瞻产业研究院数据,2018年中国AOI市场规模为121．5亿元,其中PCB检测占比达到63．9%,多应用于SMT产线的检测中。

因为下游应用场景复杂,后期检测维修困难,而Mini LED封装器件需要具备较高的一致性和可靠性,加上前文所述当前倒装COB、COG以及巨量转移等新型封装技术尚有巨大改进空间,行业内大部分Mini LED封装企业仍会使用传统的SMT生产工艺,AOI在现阶段应用中有很强的现实意义。

SMT基本工艺包括锡膏印刷、零件贴装、回流焊接、AOI光学检测、维修和分板。具体步骤为丝印(将焊膏或贴片胶漏印到焊盘上)、点胶(将胶水滴到基板的固定位置上以便固定元器件,可位于生产线最前端或检测设备之后)、贴装(将元器件准确安装到基板上)、固化(将贴片胶融化使元器件与基板连接)、回流焊接(将焊膏融化)、清洗(将焊接残留物除去)、检测(对焊接和装配质量进行检测)、返修(将检测出现故障的产品进行返工)等。

其中,检测过程涉及到放大镜、显微镜、在线测试仪(ICT)、飞针测试仪、AOI、X-RAY检测系统、功能测试仪等设备,可以根据需求配置在生产线的合适位置。AOI可用于锡膏印刷工艺、贴片工艺以及回流焊工艺之后,根据检测结果来调整工艺提高产品良率,应用于锡膏印刷工艺步骤的检测设备即为SPI,依靠激光或结构光等测量手段对焊锡膏进行测量。

延伸阅读

COB指的是在基底表面用导热环氧树脂覆盖硅片安放点,然后将硅片直接安放在基底表面,热处理至硅片牢固地固定在基底为止,随后再用丝焊的方法在硅片和基底之间直接建立电气连接。

SMD(Surface Mounted Devices,表面贴装器件)的生产工艺需要经过固晶、焊线、点胶、烘烤、冲压、分光分色、编带、贴片等环节,而COB的工艺在这个基础上进行简化,首先将IC贴在线路板上然后固晶、焊线、测试、点胶、烘烤,成为成品。

从生产流程上来看,步骤得到了精简,COB的封装不需要过回流焊,可以节省很大一部分的成本,这也成为COB的优势之一。

相对于正装COB封装,倒装COB结构更加简单LED耐更高电流,制造工艺简化无金线散热更佳,稳定性高,且RGB混光效果好,倒装COB是新型封装技术,在发光效果、排列密度等方面具有优势,能够实现更小间距,未来有望实现对SMT技术的替代。

传统的SMT产线因为生产元器件尺寸尚在人眼分辨范围内,多采用人工检测,2014年时,国内仅有不到30%的SMT产线装配了AOI检测设备,且大多仅选择在回流焊接步骤后配备一台进行检测。但根据国际厂商的经验,每条生产线至少配置三台AOI设备,封测设备厂商标谱半导体科技有限公司曾指出,基于Mini LED本身特性以及使用特性,分光分色测试仪和检测外观的影像系统等检测系统的准确性、可靠性、稳定性以及测试精度都必须满足更高的要求,在元器件尺寸逐渐缩小的背景下,人眼分辨将逐渐被机器取代。

SMT生产流程及设备(来源:开源证券)

当前,矩子科技已经具备SMT全线检测的能力,从产品端来看,矩子科技在2019年提交的招股书显示,其SMT行业AOI包括在线全自动2D AOI、离线2D AOI以及在线全自动3D AOI,同时针对LED行业有在线全自动TOP LED(灌胶式封装贴片LED)检查机和在线全自动CHIP LED(在PCB板上封装的SMDLED)检查机。其上市前已成为苹果、华为、小米、OPPO、VIVO等企业或其代工厂商的机器视觉设备供应商。

在线全自动CHIPLED检查机利用工业数字相机与专用灯源采集CHIP型LED的图像,通过视觉算法运算,获取被检测对象缺陷,并全自动喷墨标记LED芯片不良品。产品不良标记速度为3点/秒,每小时处理量可达30万粒以上。

2020年,矩子科技的3D AOI及3D SPI成功实现量产,3D AOI在引脚翘起、整板异物等缺陷检测方面相较于2D AOI具有明显优势,编程应用方面难度也有所降低,具有较高的技术壁垒,目前矩子科技的3DAOI和3D SPI产品已经打入比亚迪供应链。此外,3D SPI也开始向和硕集团供应,据招股书披露,和硕集团 2017年至2019年均为矩子科技的前五大客户之一。如前所述,在Mini LED方面,矩子科技研发了Mini LED AOI产品,并称已导入相关产业,有望在Mini LED行业上升期带来显著业绩增量。

机器视觉在传统的3C电子产业中本就有非常广泛的应用,Mini LED的出现不仅是显示行业的突破,也有望产业链上各环节带来巨大增量,这一带动下,其他机器视觉公司也纷纷加入Mini LED检测业务阵营。

4月23日,精测电子(300567．SZ)在投资者互动平台表示,已研发Mini/Micro LED新兴显示领域的相关检测设备,客户群体为京东方、华星光电、峻凌电子、LG、喜星电子等新型显示生产企业。

7月6日,机器视觉厂商凌云光宣布,首台Mini LED AOI检测设备已成功通过客户厂验,目前Mini LED整线检测设备已发往客户中试线。根据LEDinside报道,本次Mini LEDAOI检测设备是一种针对65英寸Mini LED背光点灯检测系统(AOI+ET+OQA)。由FIAOI、ET、Label、OQA单元组成,对全亮L255、全黑L0、灰阶L63/L127、奇偶棋盘格、10%Peek窗口、低电流等画面中的各种点、线、Mura(色斑)等缺陷进行精确量化检测。

此外,凌云光在科创板IPO的招股书已于今年6月23日获受理,从招股书中可以发现SuperTrain MMC6000 Mini LED点灯全自动检测设备,主要在Mini LED背光制程中,用于对Mini LED背光进行点灯检测,如Mini LED背光内的点类、线类、Mura类和显示异常等缺陷的精确量化检测。

LCD工艺制程及凌云光业务覆盖步骤(来源:凌云光招股书)

值得注意的是,凌云光还针对下一代Micro LED显示技术的检测进行了布局,Retina MCC15000 Micro LED点灯半自动检测设备主要用于巨量转移后的Micro LED屏体检测。对点亮状态屏体进行光学拍照,并通过软件算法处理获取坐标、灰度、Mapping图片,便于不良分析与后续修复。