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SMT 載具翹曲怎麼查？白光結構光厚度測定儀一秒出結果 | 嘉鴻關係企業

SMT 製程技術

SMT 載具翹曲怎麼查？白光結構光厚度測定儀一秒出結果

嘉鴻關係企業 · SMT / EMS 製程品質 · 閱讀時間約 8 分鐘

本文重點

›	傳統千分尺抽點量測覆蓋率不足 10%，無法有效攔截載具翹曲問題
›	白光結構光技術以 1 秒完成全面積三維掃描，精度達 ±25 µm
›	嘉鴻 JHAI 2100-050 模組整合顏色視覺化輸出，操作人員一眼判定結果
›	導入後不良預防率從 60% 提升至 95% 以上，ROI 約 8 個月

在電子製造服務（EMS）與表面黏著技術（SMT）的生產現場，有一個問題幾乎每位製程工程師都遇過：載具（Carrier/Fixture）放上產線之前，你怎麼確認它是平的？

這個問題聽起來簡單，實際上卻是影響製程良率的關鍵變數。錫膏印刷和迴焊（Reflow）這兩個核心製程，對載具平整度的容忍度都極低。一旦載具翹曲超標，後果往往是錫膏厚度分布不均、元件置放 Z 軸偏移，最終導致空焊、立碑、板翹等品質問題。

問題的根源，大多數工廠其實都清楚——傳統的千分尺抽點量測，既慢又看不到全貌。嘉鴻關係企業針對這個長年存在的產業痛點，以白光結構光技術為核心，開發出一套「厚度與形變測定儀」，讓全面積檢測在一秒內完成。

傳統檢測的三個致命缺陷

在這套系統推出之前，業界通行的做法不外乎兩種：目測判斷，或用千分尺逐點接觸量測。這兩種方法有共同的問題。

覆蓋率極低。點量測最多覆蓋載具面積的 5–10%，其他 90% 的區域狀況完全未知。翹曲如果發生在抽樣點以外，等同於沒檢測到。

效率差。單件載具人工量測需要 3–5 分鐘，對於月產萬片規模的產線，這個速度根本跟不上節拍。

無法標準化。量測結果高度依賴操作人員的經驗與手感，批次之間的一致性難以保證，更難建立可追溯的檢測記錄。

白光結構光：讓翹曲「顯形」

嘉鴻採用的白光結構光（White-light Structured Light）是一種主動式光學三維量測技術。原理是透過 DLP 投影器，將已知數學圖案（光學條紋）投射到待測物表面。當物體表面有高度變化時，條紋從相機視角看會產生對應的形變，系統透過幾何三角測量法分析這個形變，精確還原物體表面的三維深度資訊。

為什麼選白光，而不是藍光或紅外雷射？
光源的選擇直接影響成本、相容性與材料適應性。三種光源各有取捨，白光在 SMT 應用場景中具備最佳的整體性價比。

嘉鴻選擇白光方案，主要基於四個理由：對 SMT 常見的錫膏、PCB 綠漆等表面，白光能提供最均勻的反射特性；光譜與標準工業 CMOS 相機感光範圍完美匹配，不需要特殊感光元件；相較於藍光 DLP 模組，白光方案成本顯著較低；本應用所需精度約為 ±25 µm 至 ±50 µm，白光技術已能完全滿足。

光源類型	優勢	局限
白光	成本低、光譜寬、與一般工業相機相容性高	對高反光表面較敏感
藍光	單色性佳、抗環境雜散光能力強	成本較高
紅光（雷射）	投影銳利，適合高精度點掃描	需考慮雷射安全防護

核心模組：JHAI 2100-050

整套系統以核心感測模組 JHAI 2100-050 為基礎，整合五大硬體子系統：

模組名稱	功能	核心硬體
白光投影模組	投射結構光條紋	TI DLP2010 DMD + White LED
雙工業相機模組	擷取變形條紋影像	1 MP CMOS × 2，GigE Interface
控制電腦	投影同步、圖像運算與重建	Intel i7 CPU + GPU Acceleration
精密光機支架	固定與標定定位	鋁合金陽極處理框架 + XYZ 微調
軟體系統	控制、重建、顯示、報告	嘉鴻自主開發 GUI 與分析演算法

光機支架採用「鋁合金主支架＋工業鋁擠型副結構」複合設計，並加裝矽膠避震墊抑制高頻震動。經 4 小時穩定性測試，熱漂移控制在 ±5 µm 以內，適合長時間產線環境使用。

演算法設計：從取像到結果只要一秒

系統最大的創新點在於整個處理流程的速度與直觀性。嘉鴻自主開發的演算法可在一秒內完成從取像到視覺化輸出的完整處理，流程如下：

1	投影與取像投影器高速投射條紋，雙相機同步硬體觸發取像。
2	相位解碼結合 Gray Code 與 Phase-shifting 演算法解算出相位圖。Gray Code 條紋法確認每個條紋的絕對序號，防止因反光或遮擋造成相位跳躍錯誤；Phase-shifting 條紋法投射 3–9 張具微小相位偏移的影像，取得高解析度的連續深度資訊。系統同時採用多頻條紋融合（Multi-frequency Fusion）策略，解決相位摺疊（2π ambiguity）問題。
3	三維重建相位圖透過三角測量法轉換為每像素高度圖（Z-map）。
4	平面擬合與去傾斜採用最小平方法自動找出基準面並校正為零平面，排除載具放置不平帶來的誤差。
5	顏色閾值分類依據公差範圍，將高度數據映射為顏色，操作人員不需讀數據，一眼即可判斷載具狀況。
6	噪聲濾波採用區域權重濾波，平滑邊緣並抑制雜點，使顏色過渡更自然。
7	結果顯示與報告輸出即時顯示 2D/3D 顏色圖，一鍵生成統計報告。

顏色映射一覽

綠色：正常範圍——平整或在允收公差內 -50 µm ～ +50 µm

黃色：輕微偏差——輕度形變，需注意 +50 µm ～ +100 µm

紅色：嚴重偏差——超出容差，建議報廢或維修 > ±100 µm

公差範圍可依不同產品類型（SMT 載具、PCB 板等）自動調整或手動設定，具備高度靈活性。

實測驗證數據

嘉鴻對這套系統進行了三項實驗室與產線測試：

實驗一：載具翹曲量測

對一已知最大變形 +0.21 mm 的載具進行量測，系統測得峰值 +0.208 mm，誤差在 0.01 mm 以內。
連續 10 次重複量測的標準差 σ = 11 µm，穩定性優異。

實驗二：PCB 板翹檢測

對一片 100 mm × 160 mm 的 PCB 進行全面積掃描，系統精確呈現其中心 0.13 mm 的翹曲分布，誤差範圍 ±0.03 mm。
檢出速度較傳統人工量測提升超過 8 倍。

實驗三：錫膏厚度檢測

對 0.12 mm 厚度網板印刷後的錫膏進行量測，測得平均厚度 0.109 mm，左右 PAD 高度差異小於 10 µm。
此結果證明本系統可作為錫膏印刷首件的快速審核工具，協助工程師迅速評估製程參數。

符合哪些國際規範？

系統設計與報告格式對應多項國際標準，確保量測結果具備公信力，可被客戶與第三方驗證機構接受。

JEITA ED-7306	Warpage Measurement for Packages——完全符合非接觸光學量測法建議。
JEDEC JESD22-B112A	Board Level Warpage Characterization——報告格式與測點定義可對應此規範。
IPC-7095C	BGA Design & Assembly Guide——採用規範中建議的光學 3D 檢測技術。
SMTA SPI Guidelines	Solder Paste Inspection——系統精度 ±25 µm，滿足錫膏厚度一致性要求。
ISO 10360-8	CMM Non-contact Measurement——作為系統校正與精度驗證的依據。

導入效益評估

以月產 20,000 片載具的產線為例，導入後幾項關鍵指標的改善如下：

評估項目	傳統抽樣法	JHAI 2100-050	改善幅度
平整度覆蓋率	5–10%（點/線抽樣）	100% 全面覆蓋	↑ 10 倍以上
單件檢測時間	3–5 分鐘	約 1 秒	↓ 95% 時間縮短
檢測誤差	±0.10 mm	±0.025 mm	↑ 4 倍精度
操作依賴度	高（依賴經驗）	低（自動化判定）	實現標準化
不良預防率	約 60%	> 95%	↑ 1.6 倍

效益試算

以月產 20,000 片載具的產線為例，導入後平均良率提升 0.25%，換算為每月節省報廢與重工成本約新台幣 10 萬元以上。投資回收期約 8 個月，年度報酬率達 153%。

未來開發方向

嘉鴻技術團隊目前規劃中的四個研發方向：

AI 智能判別模組
透過 CNN 深度學習模型自動辨識載具形變類型（如中央凸出、四角翹曲），並根據歷史數據自學習，智能判斷載具是否可修復或需報廢。

自動化線上版本
結合自動輸送帶與感測器，實現載具自動進出料、掃描、判定與分流，達成全自動化線上檢測。

高溫版本
新增耐高溫光學元件，使系統能於 150°C 環境下進行量測，用於分析迴焊過程中的動態翹曲變化，符合 JEDEC 規範。

雙模組融合技術
結合 ToF（Time-of-Flight）感測器對高反光區域進行數據補償，進一步提升對鏡面、拋光金屬等困難材質的量測精度。

結語：嘉鴻的技術定位

嘉鴻將原本僅限於高階半導體封裝領域的白光結構光技術，重新工程化為 SMT 產線可用的實用工具。核心優勢在於跨領域整合能力、軟體自主開發，以及台灣在地供應鏈帶來的成本優勢——整體成本僅為國際同級品的 30–40%。

從硬體架構到演算法，從符合國際規範到提供現場導入支援，這套系統代表的不只是一個檢測儀器，而是對傳統 SMT 製程控制觀念的一次完整升級——讓每一片載具在上線之前，都有完整的數據作為品質依據。

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