摘要

Sherlock AI是一個(gè)在PCB行業(yè)流程完善及質(zhì)量提升中發(fā)揮作用的關(guān)鍵工具。PCB市場(chǎng)規(guī)模巨大，而隨著技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)于更小、更高性能零件的需求也不斷增加。然而，傳統(tǒng)算法在AOI檢測(cè)中存在限制，特別是對(duì)于復(fù)雜的瑕疵檢測(cè)。Sherlock8 AI軟件通過(guò)結(jié)合AI深度學(xué)習(xí)技術(shù)，提高了檢測(cè)準(zhǔn)確性和速度，使PCB制造商能夠更好地應(yīng)對(duì)質(zhì)量控制挑戰(zhàn)。這一技術(shù)的應(yīng)用有望在未來(lái)推動(dòng)PCB行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，并提升整個(gè)電子信息產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)效率和質(zhì)量水平。

PCB行業(yè)發(fā)展至今，其應(yīng)用領(lǐng)域已幾乎涉及所有的電子產(chǎn)品，主要涵蓋通信、消費(fèi)電子、汽車(chē)電子、服務(wù)器、工控、醫(yī)療、航空航天等行業(yè)。PCB行業(yè)的成長(zhǎng)與下游電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展勢(shì)頭密切相關(guān)，兩者相互促進(jìn)。未來(lái)，隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展，PCB的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒃桨l(fā)廣泛。PCB的主要功能是使各種電子零組件按照預(yù)定電路連接，起電氣連接作用。印制電路板是組裝電子零件用的關(guān)鍵互連件，不僅為電子元器件提供電氣連接，也承載著電子設(shè)備數(shù)字及模擬信號(hào)傳輸、電源供給和射頻微波信號(hào)發(fā)射與接收等功能，絕大多數(shù)電子設(shè)備及產(chǎn)品均需配備，因而被稱(chēng)為 “電子產(chǎn)品之母”。

作為電子信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，PCB印制電路板行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模巨大。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，2023年全球PCB市場(chǎng)規(guī)模為739億美元，隨著下游應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展，預(yù)計(jì)未來(lái)五年，全球PCB產(chǎn)業(yè)仍將呈現(xiàn)穩(wěn)健的增長(zhǎng)趨勢(shì)。根據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，到2028年，全球PCB市場(chǎng)產(chǎn)值將超過(guò)900億美元。

隨著PCB板高密度、小孔徑方向技術(shù)走向成熟。目前PCB從早期的單層/雙層、多層板，向HDI Microvia PCBs，HDI AnyLayer PCBs，以及目前火熱的類(lèi)載板方向升級(jí)，產(chǎn)品線寬線距逐漸縮小。HDI對(duì)比傳統(tǒng)PCB可以實(shí)現(xiàn)更小的孔徑、更細(xì)的線寬、更少通孔數(shù)量，節(jié)約PCB可布線面積、大幅度提高元器件密度和改善射頻干擾/電磁波干擾等。SLP（substrate-like PCB，類(lèi)載板），相較于HDI板可將線寬/線距從HDI的40/50微米縮短到20/35微米，同樣面積電子元器件承載數(shù)量可以達(dá)到HDI的兩倍，已在蘋(píng)果、三星等高端手機(jī)產(chǎn)品中使用。

幾個(gè)月前，蘋(píng)果發(fā)布了最新款 iPhone，其中一些配備了臺(tái)灣臺(tái)積電生產(chǎn)的全新 3 納米制造工藝的新型 A17 仿生芯片。據(jù)報(bào)道，蘋(píng)果采購(gòu)了臺(tái)積電能夠生產(chǎn)的所有3nm芯片。這些芯片比 5 納米前代芯片更小、更快、耗電更低、更節(jié)能。據(jù)蘋(píng)果公司稱(chēng)，每塊芯片都有 190 億個(gè)晶體管，其中一些晶體管非常小，可能只有 12 個(gè)硅原子寬。

同樣的壓力也延伸到了印刷電路板制造領(lǐng)域。據(jù)報(bào)道，蘋(píng)果公司將改用樹(shù)脂涂層銅 (RCC) 箔作為其新的 PCB 材料，從而使該公司能夠?qū)⑵渲圃斓酶�薄。這對(duì)制造商來(lái)說(shuō)將是一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)?RCC 箔非常脆弱，研究人員在 IEEE 上發(fā)表文章稱(chēng)，它在層壓過(guò)程中特別容易受到熱量和壓力的影響。僅僅創(chuàng)新是不夠的——你必須要有利潤(rùn)�！缎畔ⅰ冯s志 的新報(bào)道描述了蘋(píng)果為降低成本而獲得的有利條件：作為巨額訂單的回報(bào)，臺(tái)積電必須承擔(dān)帶有缺陷的處理器芯片的成本。因此，盡管像 TSM 這樣的晶圓廠正在通過(guò)開(kāi)發(fā)更小的節(jié)點(diǎn)工藝以減小芯片尺寸和降低功耗來(lái)加強(qiáng)自己的競(jìng)爭(zhēng)力，但它們?cè)谫|(zhì)量方面將面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

PCB自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)

對(duì)于許多公司來(lái)說(shuō)，質(zhì)量控制是 PCB 制造鏈中的主要瓶頸，包括可靠性測(cè)試和返工有缺陷的 PCB。提高質(zhì)量控制的速度和效率可以顯著提高產(chǎn)量和成品率，降低制造成本和減少浪費(fèi)。大多數(shù) PCB 制造商使用自動(dòng)光學(xué)檢測(cè) (AOI) 來(lái)監(jiān)控印刷電路板中的缺陷。當(dāng)印刷板上的焊接、連接、焊盤(pán)和走線存在缺陷時(shí)，這可以提供強(qiáng)有力的保證。

事實(shí)證明，基于傳統(tǒng)算法的AOI 對(duì)于及早檢測(cè)組裝過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題非常有用，例如短路、開(kāi)路、焊接變薄、走線劃痕等。特別是，劃痕對(duì)于電路板來(lái)說(shuō)可能是“致命的”，會(huì)改變其電氣特性并導(dǎo)致成品完全故障。AOI 的優(yōu)勢(shì)是直接集成在 PCB 生產(chǎn)線的末端，在層壓和蝕刻之前，比其他方法更早地檢測(cè)到可能的缺陷。成像系統(tǒng)捕獲高分辨率圖像，分辨率低至幾微米，然后將它們與“完美”模型板的圖像或合格樣品和缺陷樣品的圖像數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比較。 

但是傳統(tǒng)算法AOI通常依賴(lài)于手工設(shè)計(jì)的特征提取器，例如邊緣檢測(cè)、形狀匹配等。這些方法可能在簡(jiǎn)單的場(chǎng)景下效果不錯(cuò)，但在復(fù)雜的PCB瑕疵檢測(cè)中，需要大量的人工干預(yù)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)來(lái)設(shè)計(jì)合適的特征提取器。傳統(tǒng)算法通常對(duì)于新的、未見(jiàn)過(guò)的瑕疵類(lèi)型或變體的適應(yīng)能力較差，需要人工重新設(shè)計(jì)和調(diào)整算法。傳統(tǒng)算法通常需要專(zhuān)業(yè)人員設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，對(duì)于新問(wèn)題的適應(yīng)能力較差，需要大量的時(shí)間和精力進(jìn)行調(diào)試和優(yōu)化。

所以，隨著對(duì)更小、更高性能零件的需求，由此產(chǎn)生的材料缺陷的復(fù)雜性和微妙性意味著傳統(tǒng)的手動(dòng)檢查或基于規(guī)則的成像可能根本無(wú)法勝任這項(xiàng)任務(wù)。一家半導(dǎo)體OEM設(shè)備廠家需要檢測(cè) PCB 元件上的各種細(xì)微缺陷，包括破損、磨損、污染、碎片和氣泡。然而，使用傳統(tǒng)的基于規(guī)則的圖像處理并不能提供他們所需的準(zhǔn)確性。他們面臨著在現(xiàn)有流程中未被發(fā)現(xiàn)的缺陷零件增加的問(wèn)題，從而推高了成本。他們需要一個(gè)新的解決方案。

為了克服這些障礙，該客戶決定嘗試AI深度學(xué)習(xí)，以滿足檢測(cè) PCB 及其組件缺陷的準(zhǔn)確性要求。他們選擇了 Teledyne DALSA的 Sherlock8 AI 檢測(cè)軟件套件。Sherlock8 AI 軟件使他們能夠在 AOI 機(jī)器中使用 AI 功能擴(kuò)展基于規(guī)則的算法。事實(shí)證明，Sherlock8 AI 軟件是 該OEM客戶 的理想解決方案，使他們能夠使用大部分現(xiàn)有系統(tǒng)，同時(shí)更準(zhǔn)確地檢測(cè)其他方法可能錯(cuò)過(guò)的細(xì)微缺陷，包括破損、磨損、污染和碎片 使用 Sherlock8 AI，該客戶 能夠以 12-14 毫 秒的速度對(duì) 200 張圖像進(jìn)行連續(xù)分類(lèi)，準(zhǔn)確率達(dá)到 98%，對(duì) 453 張好圖像和 11 張NG圖像進(jìn)行連續(xù)分類(lèi)，準(zhǔn)確率達(dá)到 100%。此外，當(dāng)同時(shí)在零件圖像上查找多個(gè)缺陷時(shí)，他們能夠通過(guò) 259 張圖像和 20 毫秒的速度進(jìn)行物體檢測(cè)，實(shí)現(xiàn) 99.62% 的準(zhǔn)確率。

PCB 上的晶體管可能有許多微小的變化，這些變化可能會(huì)，也可能不會(huì)影響性能。過(guò)去幾年AI機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域取得的巨大進(jìn)步正是針對(duì)了此類(lèi)的應(yīng)用。結(jié)果是一條生產(chǎn)線可以準(zhǔn)確地檢測(cè)印刷電路板上的細(xì)微缺陷，而無(wú)需進(jìn)行勞動(dòng)密集型的人工檢測(cè)。AI深度學(xué)習(xí)為傳統(tǒng)的基于規(guī)則的圖像處理提供了可靠且穩(wěn)定的替代方案，而傳統(tǒng)的圖像處理在檢測(cè)細(xì)微缺陷方面常常無(wú)能為力�？傮w而言，由于 Teledyne DALSA的 Sherlock8 AI 軟件，該OEM客戶在 PCB 缺陷檢測(cè)的準(zhǔn)確性和速度方面都取得了顯著提高，使他們能夠減少缺陷，同時(shí)提供符合其規(guī)格的更高質(zhì)量的產(chǎn)品。

如今，該行業(yè)仍在從 2021 年開(kāi)始的全球半導(dǎo)體短缺中慢慢恢復(fù)。盡管麥肯錫分析師預(yù)測(cè)，未來(lái)十年半導(dǎo)體增長(zhǎng)的近 70% 將僅由三個(gè)行業(yè)推動(dòng)：汽車(chē)、計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，以及 無(wú)線通信領(lǐng)域，這些行業(yè)仍在因錯(cuò)過(guò)產(chǎn)品發(fā)布、延遲更新、更高的價(jià)格和更高的期望而奮起直追。壓力與日俱增。

深度學(xué)習(xí)和人工智能軟件系統(tǒng)譬如：Sherlock8可以快速提高最大瓶頸的速度和準(zhǔn)確性：質(zhì)量控制。各個(gè)公司可以將質(zhì)量控制轉(zhuǎn)化為競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，提高速度并降低成本，同時(shí)在緊密結(jié)合的行業(yè)中建立信任，而不是成為問(wèn)題。更好的產(chǎn)品可能只是一個(gè)開(kāi)始。半導(dǎo)體公司已經(jīng)是生成和分析數(shù)據(jù)的領(lǐng)導(dǎo)者，但機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能提供的幫助將絕對(duì)增強(qiáng)每家公司運(yùn)營(yíng)的生產(chǎn)效率。預(yù)測(cè)性維護(hù)和成品率、研發(fā)投資，甚至市場(chǎng)策略和產(chǎn)品優(yōu)化都可能受益于更多數(shù)據(jù)和更好的機(jī)器學(xué)習(xí)。