Computer Vision in der Halbleiterinspektion
Max Reijngoudt
Die Halbleiterindustrie erfordert eine strenge Qualitätskontrolle in jeder Produktionsphase, von der ersten Untersuchung der Siliziumwafer bis zur abschließenden Inspektion von Leiterplatten. Maschinelles Sehen ist in diesem Sektor zu einer entscheidenden Technologie geworden und bietet automatisierte, schnelle und äußerst präzise Inspektionsmöglichkeiten, die über das hinausgehen, was menschliche Prüfer leisten können. Durch den Einsatz fortschrittlicher Industrielle Kameras, Objektive und leistungsstarker Bildverarbeitungsmethoden, einschließlich Deep Learning, können Hersteller die Qualität und Zuverlässigkeit ihrer Halbleiterprodukte während des gesamten Herstellungsprozesses gewährleisten. Dieser Artikel behandelt die wichtige Rolle von Computer Vision in der Halbleiterfertigung und konzentriert sich auf deren Einsatz von der detaillierten Analyse der Siliziumwafer bis zur umfassenden Inspektion von Leiterplatten.
Wichtige Bereiche, in denen Computer Vision erheblich eingesetzt wird, sind:
- Wafer-Analyse: Erkennung von Oberflächenfehlern, Verunreinigungen und strukturellen Problemen auf Siliziumwafern.
- Überprüfung der Bauteilplatzierung: Sicherstellung, dass elektronische Komponenten korrekt auf Leiterplatten (PCBs) platziert werden.
- Lötstelleninspektion: Erkennung von Defekten wie zu wenig Lötzinn, Lötbrücken oder kalten Lötstellen.
- Integration von Deep Learning: Einsatz fortschrittlicher Algorithmen zur Identifizierung und Kategorisierung komplexer Defekte.
- PCB-Inspektion: Erkennung von Fertigungsfehlern wie fehlenden Bauteilen oder falscher Positionierung.
Die Fähigkeit dieser Systeme, konsistente und detaillierte Inspektionen bei hoher Geschwindigkeit durchzuführen, trägt direkt zu höheren Ausbeuten, weniger Ausschuss und letztlich zuverlässigeren elektronischen Produkten für Verbraucher und Industrie bei.
Table of contents
Auswahl von Industrielle-Kameras für die Halbleiterinspektion
Die Auswahl der geeigneten Industriekamera ist ein grundlegender Schritt bei der Entwicklung eines effektiven Computer-Vision-Systems für die Leiterplatteninspektion. Die Spezifikationen der Kamera beeinflussen direkt die Qualität der aufgenommenen Bilder und damit die Genauigkeit des Fehlererkennungsprozesses.
Für die Inspektion von unbewegten Leiterplatten empfehlen wir die MER2-630-60U3C-Kamera. Diese USB3-Kamera ist mit einem Sony IMX178-Sensor ausgestattet und bietet eine hohe Auflösung von 3088x2064 Pixeln. Diese hohe Pixelanzahl ermöglicht die Erfassung feiner Details auf der Leiterplatte, was entscheidend für die Identifizierung kleiner Defekte an Bauteilen und Lötstellen ist.
Die Fähigkeit der Kamera, bis zu 60 Bilder pro Sekunde aufzunehmen, stellt sicher, dass Bilder schnell erfasst werden können, was effiziente Inspektionsabläufe unterstützt. Das 1/1.8"-Sensorformat bietet eine gute Balance zwischen Sichtfeld und Bildqualität.
Die CMOS-Sensortechnologie trägt zur hohen Empfindlichkeit und zum niedrigen Rauschpegel der Kamera bei, was zu klaren und detailreichen Bildern führt. Die Farbfähigkeit dieser Kamera ermöglicht die Identifizierung farbcodierter Komponenten sowie potenzieller Verfärbungsfehler auf der Leiterplatte.
Während die MER2-630-60U3C einen Rolling Shutter verwendet, bietet dieser Verschlusstyp für die Inspektion von unbewegten Objekten, bei denen Bewegungsunschärfe keine große Rolle spielt, eine kostengünstige Lösung, ohne die Bildqualität für diese spezielle Anwendung zu beeinträchtigen.
Auswahl des optimalen Objektivs für die Halbleiterinspektion
Die Auswahl des passenden Computer-Vision-Objektivs ist ebenso entscheidend wie die Wahl der Kamera beim Aufbau eines robusten Computer-Vision-Systems für die Leiterplatteninspektion. Das Objektiv bestimmt das Sichtfeld, die Vergrößerung und die Bildqualität, die alle für eine präzise Fehlererkennung unerlässlich sind.
Für die Verwendung mit der MER2-630-60U3C-Kamera bei der Inspektion unbewegter Leiterplatten empfehlen wir ein C-Mount-Objektiv mit 12 mm Brennweite. Die C-Mount-Schnittstelle gewährleistet die mechanische Kompatibilität mit der Kamera. Eine Brennweite von 12 mm bietet ein geeignetes Sichtfeld zur Inspektion von Leiterplattenabschnitten bei einem praxisgerechten Arbeitsabstand und ermöglicht eine detaillierte Untersuchung von Bauteilen und Lötstellen.
Eine geringe Verzerrung ist bei Inspektionsanwendungen von größter Bedeutung, da jede signifikante Verzerrung zu ungenauen Messungen und einer fehlerhaften Identifizierung von Defekten führen kann. Das empfohlene Objektiv hat einen Verzerrungsgrad von weniger als 1 %, wodurch sichergestellt wird, dass die aufgenommenen Bilder die physischen Abmessungen und Formen der Komponenten auf der Leiterplatte genau wiedergeben.
Auswahl der richtigen Beleuchtung für die Leiterplatteninspektion
Die richtige Beleuchtung ist entscheidend, um klare und detailreiche Bilder zu erhalten, die für eine präzise Leiterplatteninspektion unerlässlich sind.
Für die Leiterplatteninspektion ist eine Kuppelbeleuchtung häufig eine ausgezeichnete Wahl, um unerwünschte Reflexionen zu vermeiden. Eine Kuppelbeleuchtung besteht aus einer Anordnung von LEDs, die in einem halbkugelförmigen Gehäuse untergebracht sind. Dieses Design sorgt für eine diffuse, gleichmäßige Ausleuchtung aus mehreren Richtungen und reduziert so effektiv Schatten und spiegelnde Reflexionen von glänzenden Oberflächen wie Lötstellen und Bauteilanschlüssen. Durch die Minimierung dieser Reflexionen ermöglicht eine Kuppelbeleuchtung der Kamera, eine gleichmäßigere und detailliertere Ansicht der Leiterplattenoberfläche aufzunehmen, was die Identifizierung von Defekten wie fehlenden Bauteilen, Fehlausrichtungen oder Unregelmäßigkeiten an Lötstellen erleichtert.
Bildverarbeitungssoftware für die Leiterplatteninspektion
Für komplexe Aufgaben wie die Leiterplatteninspektion ist spezialisierte Software unerlässlich, um die aufgenommenen Bilder zu analysieren und wichtige Informationen über die Platzierung von Bauteilen, die Qualität der Lötstellen und mögliche Defekte zu extrahieren.
Alle unsere Kameras sind GenICam-kompatibel, was eine nahtlose Integration mit verschiedenen Bildverarbeitungssoftware-Plattformen gewährleistet. Diese Flexibilität ermöglicht es den Nutzern, die Software auszuwählen, die am besten zu ihren Anforderungen und ihrem Fachwissen passt. Dazu gehören leistungsstarke Vision-Bibliotheken und Entwicklungsumgebungen wie MvTec Halcon, NI LabVIEW und Cognex Vision Pro sowie allgemeinere Plattformen wie MATLAB und OpenCV, die den Anwendern ein breites Spektrum an Werkzeugen zur Entwicklung ihrer Inspektionsalgorithmen bieten.
Für Anwender, die eine umfassende Softwarelösung suchen, ist Zebra Aurora Vision Studio eine sehr empfehlenswerte Option. Diese robuste und dennoch intuitive Software bietet eine visuelle Programmieroberfläche, die oft mit einem Werkzeugkasten verglichen wird und den Prozess der Erstellung und Implementierung von Inspektionsanwendungen vereinfacht. Mit Aurora Vision können Anwender eine Vielzahl von Inspektionsaufgaben umsetzen, darunter präzise Messungen von Bauteilabmessungen, das Erkennen fehlender oder fehlpositionierter Teile sowie die Identifizierung verschiedener Lötstellenfehler. Die kostenlose Lite-Version von Aurora Vision, die eine vollständige Suite von Standard-Vision-Algorithmen enthält, ist ein hervorragender Ausgangspunkt, um die Fähigkeiten der Software zu testen und ihre Eignung für die spezifischen Anforderungen der Leiterplatteninspektion zu bewerten.
Anwendungen von Computer Vision in der Halbleiterinspektion
Computer Vision spielt eine entscheidende Rolle in zahlreichen Inspektionsphasen während der Halbleiterfertigung – von der anfänglichen Waferproduktion bis zur Endmontage der Leiterplatten (PCBs). Hier sind einige wichtige Anwendungsbeispiele:
Diese Anwendungen zeigen die Vielfalt und Tiefe, mit der Computer Vision zur Einhaltung hoher Qualitätsstandards und zur Optimierung der Effizienz in den komplexen Prozessen der Halbleiterfertigung beiträgt.
Unterstützung für Computer Vision in der Halbleiterinspektion
Zusammenfassend spielt Computer Vision eine große Rolle in der Halbleiterfertigung und sorgt für eine hochwertige Produktion von der Wafer-Analyse bis zur Leiterplatteninspektion. Möchten Sie Unterstützung von einem unserer Machine-Vision-Experten bei der Entwicklung Ihres eigenen Halbleiter-Inspektionssystems – von der Wafer-Analyse bis zur PCB-Inspektion – oder eines ähnlichen Vision-Systems? Zögern Sie nicht, uns über das untenstehende Formular zu kontaktieren!
