機器視覺與Mini LED交匯點

7月26日,矩子科技在投資者互動平臺表示,Mini LED相關生產過程中有較多的檢測環節,包括外觀缺陷檢測、功能性檢測等,矩子科技的Mini LED AOI目前主要針對Mini LED芯片進行外觀缺陷檢測。

AOI是基于光學原理對生產中遇到的常見缺陷進行檢測的設備,是機器視覺中的重要分支,目前主要應用于PCB領域,根據前瞻產業研究院數據,2018年中國AOI市場規模為121．5億元,其中PCB檢測占比達到63．9%,多應用于SMT產線的檢測中。

因為下游應用場景復雜,后期檢測維修困難,而Mini LED封裝器件需要具備較高的一致性和可靠性,加上前文所述當前倒裝COB、COG以及巨量轉移等新型封裝技術尚有巨大改進空間,行業內大部分Mini LED封裝企業仍會使用傳統的SMT生產工藝,AOI在現階段應用中有很強的現實意義。

SMT基本工藝包括錫膏印刷、零件貼裝、回流焊接、AOI光學檢測、維修和分板。具體步驟為絲印(將焊膏或貼片膠漏印到焊盤上)、點膠(將膠水滴到基板的固定位置上以便固定元器件,可位于生產線最前端或檢測設備之后)、貼裝(將元器件準確安裝到基板上)、固化(將貼片膠融化使元器件與基板連接)、回流焊接(將焊膏融化)、清洗(將焊接殘留物除去)、檢測(對焊接和裝配質量進行檢測)、返修(將檢測出現故障的產品進行返工)等。

其中,檢測過程涉及到放大鏡、顯微鏡、在線測試儀(ICT)、飛針測試儀、AOI、X-RAY檢測系統、功能測試儀等設備,可以根據需求配置在生產線的合適位置。AOI可用于錫膏印刷工藝、貼片工藝以及回流焊工藝之后,根據檢測結果來調整工藝提高產品良率,應用于錫膏印刷工藝步驟的檢測設備即為SPI,依靠激光或結構光等測量手段對焊錫膏進行測量。

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COB指的是在基底表面用導熱環氧樹脂覆蓋硅片安放點,然后將硅片直接安放在基底表面,熱處理至硅片牢固地固定在基底為止,隨后再用絲焊的方法在硅片和基底之間直接建立電氣連接。

SMD(Surface Mounted Devices,表面貼裝器件)的生產工藝需要經過固晶、焊線、點膠、烘烤、沖壓、分光分色、編帶、貼片等環節,而COB的工藝在這個基礎上進行簡化,首先將IC貼在線路板上然后固晶、焊線、測試、點膠、烘烤,成為成品。

從生產流程上來看,步驟得到了精簡,COB的封裝不需要過回流焊,可以節省很大一部分的成本,這也成為COB的優勢之一。

相對于正裝COB封裝,倒裝COB結構更加簡單LED耐更高電流,制造工藝簡化無金線散熱更佳,穩定性高,且RGB混光效果好,倒裝COB是新型封裝技術,在發光效果、排列密度等方面具有優勢,能夠實現更小間距,未來有望實現對SMT技術的替代。

傳統的SMT產線因為生產元器件尺寸尚在人眼分辨范圍內,多采用人工檢測,2014年時,國內僅有不到30%的SMT產線裝配了AOI檢測設備,且大多僅選擇在回流焊接步驟后配備一臺進行檢測。但根據國際廠商的經驗,每條生產線至少配置三臺AOI設備,封測設備廠商標譜半導體科技有限公司曾指出,基于Mini LED本身特性以及使用特性,分光分色測試儀和檢測外觀的影像系統等檢測系統的準確性、可靠性、穩定性以及測試精度都必須滿足更高的要求,在元器件尺寸逐漸縮小的背景下,人眼分辨將逐漸被機器取代。

SMT生產流程及設備(來源:開源證券)

當前,矩子科技已經具備SMT全線檢測的能力,從產品端來看,矩子科技在2019年提交的招股書顯示,其SMT行業AOI包括在線全自動2D AOI、離線2D AOI以及在線全自動3D AOI,同時針對LED行業有在線全自動TOP LED(灌膠式封裝貼片LED)檢查機和在線全自動CHIP LED(在PCB板上封裝的SMDLED)檢查機。其上市前已成為蘋果、華為、小米、OPPO、VIVO等企業或其代工廠商的機器視覺設備供應商。

在線全自動CHIPLED檢查機利用工業數字相機與專用燈源采集CHIP型LED的圖像,通過視覺算法運算,獲取被檢測對象缺陷,并全自動噴墨標記LED芯片不良品。產品不良標記速度為3點/秒,每小時處理量可達30萬粒以上。

2020年,矩子科技的3D AOI及3D SPI成功實現量產,3D AOI在引腳翹起、整板異物等缺陷檢測方面相較于2D AOI具有明顯優勢,編程應用方面難度也有所降低,具有較高的技術壁壘,目前矩子科技的3DAOI和3D SPI產品已經打入比亞迪供應鏈。此外,3D SPI也開始向和碩集團供應,據招股書披露,和碩集團 2017年至2019年均為矩子科技的前五大客戶之一。如前所述,在Mini LED方面,矩子科技研發了Mini LED AOI產品,并稱已導入相關產業,有望在Mini LED行業上升期帶來顯著業績增量。

機器視覺在傳統的3C電子產業中本就有非常廣泛的應用,Mini LED的出現不僅是顯示行業的突破,也有望產業鏈上各環節帶來巨大增量,這一帶動下,其他機器視覺公司也紛紛加入Mini LED檢測業務陣營。

4月23日,精測電子(300567．SZ)在投資者互動平臺表示,已研發Mini/Micro LED新興顯示領域的相關檢測設備,客戶群體為京東方、華星光電、峻凌電子、LG、喜星電子等新型顯示生產企業。

7月6日,機器視覺廠商凌云光宣布,首臺Mini LED AOI檢測設備已成功通過客戶廠驗,目前Mini LED整線檢測設備已發往客戶中試線。根據LEDinside報道,本次Mini LEDAOI檢測設備是一種針對65英寸Mini LED背光點燈檢測系統(AOI+ET+OQA)。由FIAOI、ET、Label、OQA單元組成,對全亮L255、全黑L0、灰階L63/L127、奇偶棋盤格、10%Peek窗口、低電流等畫面中的各種點、線、Mura(色斑)等缺陷進行精確量化檢測。

此外,凌云光在科創板IPO的招股書已于今年6月23日獲受理,從招股書中可以發現SuperTrain MMC6000 Mini LED點燈全自動檢測設備,主要在Mini LED背光制程中,用于對Mini LED背光進行點燈檢測,如Mini LED背光內的點類、線類、Mura類和顯示異常等缺陷的精確量化檢測。

LCD工藝制程及凌云光業務覆蓋步驟(來源:凌云光招股書)

值得注意的是,凌云光還針對下一代Micro LED顯示技術的檢測進行了布局,Retina MCC15000 Micro LED點燈半自動檢測設備主要用于巨量轉移后的Micro LED屏體檢測。對點亮狀態屏體進行光學拍照,并通過軟件算法處理獲取坐標、灰度、Mapping圖片,便于不良分析與后續修復。