標籤: High Speed Camera

雷射加工在半導體製造、精密微電子與薄膜光學等領域已是不可缺少的核心工藝。然而，雷射脈衝作用於材料的瞬間，往往在數十微秒到數百奈秒之間就已決定了切道品質、熱影響範圍與殘留應力的走向。這樣的速度，肉眼完全無從捕捉。高速攝影機正是在這個節點發揮關鍵作用——讓工程師第一次得以「看見」每一個物理事件，而不只是猜測它的存在。

雷射加工類型概述

現行主流雷射加工技術依脈衝寬度與波長可分為以下幾類：

• 飛秒雷射（Femtosecond Laser）：脈衝寬度 10⁻¹⁵ 秒量級，熱擴散時間極短，適合玻璃切割、眼科角膜手術、半導體微結構製作，熱影響區（HAZ）幾乎可忽略不計。
• 奈秒雷射（Nanosecond Laser）：脈衝寬度 10⁻⁹ 秒，仍屬冷加工範疇，廣泛用於 PCB 鑽孔、薄膜劃線與標記。
• CO₂ 雷射：長波長（10.6 µm），以熱蒸發為主要移除機制，常見於壓克力切割、紙板雕刻及部分玻璃加工，熔融飛濺現象較明顯。
• 晶圓切割（Wafer Dicing）：結合飛秒或奈秒雷射進行隱形切割（Stealth Dicing）或全切，是半導體封裝前段最關鍵的工序之一，切道寬度需嚴格控制在微米等級。

為何需要超高速觀測：三大關鍵動態

1. 電漿羽流（Plasma Plume）

飛秒雷射作用於金屬或半導體表面時，材料瞬間離子化，形成高溫電漿羽流向外擴張。羽流的擴展速度可達每秒數公里，完整記錄其動態需要 50,000 fps 以上的幀率。羽流形態與能量分布直接影響材料去除效率，是製程調優的重要依據。

2. 熔融飛濺（Spatter）

在 CO₂ 雷射或高功率奈秒雷射加工中，熔融金屬液滴以每秒數公尺到數十公尺的速度飛散。追蹤飛濺軌跡有助於優化噴氣輔助角度、防止再沉積污染，需要 10,000–40,000 fps 的觀測能力。

3. 熱影響區（HAZ）形成

即使是「冷加工」的飛秒雷射，在高重複率或較長脈衝條件下，仍可能出現累積熱效應，導致 HAZ 擴大、龜裂或相變。以每秒 1,000–5,000 幀的幀率觀察切道附近的熱場演化，可量化 HAZ 邊界並判斷製程安全窗口。

關鍵幀率需求與推薦機型

高速攝影在雷射加工的典型應用場景

飛秒雷射微加工研究

在國內外大學與研究院所，飛秒雷射微加工實驗常需要搭配高速攝影機記錄燒蝕坑形成過程。DITECT HAS-EX 以全解析度 40,000 fps 的能力，可完整捕捉單脈衝作用後羽流的生成、擴張與衰減週期，提供燒蝕機制的直接影像證據，是論文發表不可或缺的實驗佐證。

半導體晶圓隱形切割（Stealth Dicing）

隱形切割工藝要求雷射焦點精確定位於矽晶圓內部，在不破壞表面的前提下製造改質層，後續以機械力裂開。AOS L-PRI 以 3,530 fps 全解析度的優勢，能清楚呈現裂片瞬間的動態，協助工程師評估改質層深度設定與劃刀間距是否匹配。

玻璃與透明基板切割

玻璃切割涉及熱應力裂紋擴展，裂紋前緣速度可達每秒數百公尺。搭配 DITECT HAS-D71 於 VGA 解析度下的 8,000 fps，已足以追蹤裂紋主要擴展路徑，判斷切割品質是否符合低崩邊規格。

雷射焊接製程監控

雷射焊接的熔池振盪頻率通常在數百 Hz，但飛濺事件的時間尺度遠短於此。Mega Speed MS180K V2 在製程現場環境中提供穩定的 500–3,000 fps 觀測能力，搭配同軸或側向照明，可有效辨別氣孔產生時機，為製程控制系統提供觸發訊號輸入。

常見問題

Q1：觀測飛秒雷射電漿羽流，需要幾幀才夠？

就製程工程應用而言，DITECT HAS-EX 的 40,000 fps（每幀 25 µs 間距）已能捕捉電漿羽流主要擴展輪廓，提供足夠的製程改善依據。若需奈秒級時間解析度，則需搭配脈衝雷射頻閃照明系統。

Q2：AOS L-PRI 的 3,530 fps 是全解析度還是降解析度後的規格？

3,530 fps 是 AOS L-PRI 的全解析度幀率，無需犧牲畫素即可達到。需要更高幀率時可透過 ROI 裁切進一步提升，這對切道局部細節分析特別有用。

Q3：Mega Speed MS160K 現在還能購買嗎？

MS160K 已正式 EOL 停產，現行對應型號為 Mega Speed MS180K V2，規格與功能均已升級。東茂儀器目前備有 MS180K V2 展示機，歡迎聯繫詢問現貨狀況與試用安排。

Q4：高速攝影機在雷射加工現場需要特別的照明嗎？

雷射加工現場往往存在強烈的自發光，有時可直接作為光源；但若要清楚呈現固態結構細節，建議搭配脈衝式 LED 或 Nd:YAG 雷射頻閃照明，並在鏡頭前加裝窄帶濾光片以抑制加工雷射波長，避免感光元件過曝。

Q5：DITECT HAS-EX 與 HAS-D71 如何選擇？

HAS-EX 全解析度可達 40,000 fps，適合需要最高時間解析度的研究型應用；HAS-D71 於 VGA 解析度提供 8,000 fps，適合製程現場的長時間監控或預算較有限的產線導入。兩者皆由東茂儀器提供台灣本地技術支援與維修服務。

Q6：可以先試拍再決定購買嗎？

可以。東茂儀器提供各品牌機型的實驗室試拍服務，可攜帶自有樣品至彰化實驗室，或安排攜機至客戶現場驗證拍攝，試拍後提供分析報告作為選購依據。

現代 SMT 產線上，高速貼片機每小時可完成數萬顆元件的取放作業，吸嘴從取料到貼裝往往在數十毫秒內結束。這樣的速度讓肉眼和傳統影像系統幾乎無從介入——偏心吸取、元件翻轉、貼裝瞬間的回彈，這些缺陷在發生的當下根本看不到，等到 AOI 掃出來，問題早已疊了幾十個 cycle。高速攝影機的價值就在這裡：讓你真正「看見」那段沒人看得到的過程，找到設備調整的依據，而不是靠人工推測。

Pick & Place 的高速攝影應用場景

吸嘴取料瞬間的失效分析

吸嘴從料帶或托盤取料的接觸時間通常不超過 20 ms，這段時間內如果吸力不足、元件位置偏移或吸嘴端面有殘膠，就會出現吸取失敗、元件偏心或翻轉。透過 3,000 fps 以上的高速攝影，可以逐幀比對吸嘴下降軌跡與元件中心的對準狀況，定位問題是出在機械重複精度、料帶送料誤差，還是吸嘴磨損。

元件在輸送過程中的姿態偏移

多頭貼片機在旋轉頭移位過程中，元件受到離心力和氣流影響，可能在輸送途中發生微小旋轉或側移。這種偏移量往往只有幾十微米，肉眼不可見，但積累到貼裝時就成為偏位缺陷的來源。高速攝影配合視覺比對，可以追蹤元件在整個移載弧線上的姿態變化曲線。

貼裝接觸瞬間的壓力分布與偏位

元件接觸基板錫膏的瞬間是另一個關鍵窗口。壓力過大會造成錫膏擠壓、橋接風險；壓力不均則導致元件單邊翹起（立碑）。透過側向高速攝影，可以觀察吸嘴下壓時元件與錫膏的接觸面積是否均勻、貼裝深度是否一致，對於 01005 以下的微型元件尤其重要。

多頭同步取放的時序分析

多個吸嘴頭同步作業時，若各軸的取放時序稍有不一致，就會出現某個頭「搶先落下」造成基板震動，進而影響鄰近頭的貼裝精度。高速攝影可以同時記錄多個吸嘴頭的動作時間軸，量化時序差異，幫助設備工程師調整各軸的觸發延遲。

高速貼裝後的回彈（Bounce Back）觀察

吸嘴釋放元件後，元件在錫膏黏性與吸嘴殘留負壓的交互作用下，有時會出現短暫上彈後落回的「bounce back」現象。若彈回偏移，元件最終靜止位置可能超出設計容差。這個過程在幾毫秒內結束，只有高速攝影能完整記錄彈跳軌跡，讓工程師判斷是否需要調整吸力釋放曲線。

SMT 貼裝製程的幀率需求分析

高速攝影機在 AOI 前置驗證的應用

AOI（自動光學檢測）是 SMT 產線的最後一道防線，但它的本質是「事後偵測」——元件已經貼好，缺陷已經形成，AOI 能告訴你哪個位置有問題，卻無法告訴你問題是在哪個動作環節產生的。當同一批產品連續出現相同位置的偏位缺陷，工程師往往需要靠經驗反推：是吸嘴問題？是供料器問題？還是基板定位問題？

高速攝影機在這裡的角色是「前置驗證工具」——在正式生產前或換料後，針對高風險元件類型（如 01005、QFN、BGA 周邊元件）進行取放全流程的視覺記錄。工程師可以在短短幾個 cycle 內確認設備狀態是否正常，而不必等到 AOI 跑完幾十片板子才發現問題。對於試產階段的製程驗證，這個角色尤其關鍵：高速攝影的記錄可以直接作為製程能力報告的視覺依據，縮短客戶確認時間。

東茂推薦機型

AOS L-PRI（瑞士）｜3,530 fps 全解析度

適合大多數 SMT 貼裝製程的主力機型。3,530 fps 的全解析度覆蓋了吸嘴取料、元件移載到一般貼裝接觸的幀率需求，影像品質優異，搭配 AOS Imaging Studio 軟體操作門檻低，非常適合設備廠導入作為標準化分析工具。對於多數 0402 以上元件的製程，L-PRI 已足夠應付日常驗證需求。

DITECT HAS-EX（日本）｜40,000 fps 全解析度

針對 01005 以下微型元件或高速貼片機（>60,000 CPH）的首選。40,000 fps 的全解析度讓貼裝接觸瞬間的每一幀都清晰可辨，即使是 0.3 ms 內的 bounce back 也能完整捕捉。適合精密貼裝製程的深入分析，以及 QFN/BGA 底部接觸的側向觀察。

DITECT HAS-D71｜8,000 fps @ VGA

定位在 L-PRI 與 HAS-EX 之間的中階選擇。8,000 fps 在 VGA 解析度下已能應付絕大多數貼裝動作分析，成本相對 HAS-EX 更容易導入，適合以多機位部署（例如同時觀察取料側與貼裝側）的場景。對於希望建立常態監控而非偶發性分析的 EMS 廠，HAS-D71 是 CP 值較高的方案。

台灣 SMT 設備廠與 EMS 廠背景

台灣在全球 SMT 供應鏈中扮演關鍵角色，從設備製造到 EMS 代工均有相當規模。包括新竹科學園區、桃園航空城周邊，以及台中精密機械聚落，都有大量 SMT 設備廠與精密貼裝業者。隨著 5G、車用電子與 AI 伺服器板對元件密度要求持續拉高，01005、008004 超微型元件的使用比例逐年上升，傳統視覺系統愈來愈難應付製程驗證的需求。

FAQ 常見問題

Pick & Place 製程最需要哪個幀率範圍的高速攝影機？

這取決於你要分析的工序。如果主要是吸嘴取料和一般貼裝，3,000–5,000 fps 已能滿足大多數需求；如果要觀察 01005 以下元件的 bounce back 或貼裝接觸瞬間，建議 10,000 fps 以上。東茂可以根據你的元件規格和貼片機型號，協助確認最適合的幀率設定。

高速攝影機可以直接整合進貼片機的視覺系統嗎？

大部分情況下，高速攝影機是作為外部分析工具使用，而非取代貼片機內建的對位視覺系統。它的角色是在製程開發、換料驗證或異常追查時提供詳細的動態影像。若有 inline 整合的需求，需要進一步評估觸發訊號介面和影像傳輸頻寬。

拍攝貼裝動作需要特別的打光設定嗎？

是的，高速攝影需要比一般工業相機強得多的光源，因為快門時間極短。通常建議使用高強度 LED 同軸光或環形光，避免背景反射造成元件表面看不清楚。光源類型和角度也會影響能否清楚看到錫膏變形或元件邊緣，建議在正式架設前做現場測試確認。

DITECT HAS-EX 和 AOS L-PRI 在 Pick & Place 應用上最大的差異是什麼？

主要差異在幀率和適用元件尺寸。AOS L-PRI 以 3,530 fps 全解析度應付 0402 以上的主流製程已綽綽有餘，成本和操作便利性較高；DITECT HAS-EX 的 40,000 fps 全解析度則是針對超微型元件（01005 以下）或特別高速機台的場景。如果你的產線同時有兩種需求，可以考慮 HAS-D71 作為折中選項。

高速攝影機的導入需要多長時間才能看到效益？

高速攝影分析的優勢在於能直接呈現肉眼無法捕捉的動態細節，有機會在第一次拍攝後就找到過去難以確定的製程問題根因，實際效益依製程複雜度與問題類型而異。對於試產驗證場景，高速攝影能直接取代反覆試板的過程，效益相當直接。導入硬體設置本身通常只需要半天到一天，主要的時間投入在於學習如何解讀影片和調整分析方法。

東茂是否提供到廠示範或借機測試？

可以。東茂針對 Pick & Place 及其他 SMT 相關應用提供到廠評估服務，可以攜帶機器到客戶現場實際拍攝你們的製程，讓你直接看到效果再決定。有興趣的話直接來電或 Email 說明設備型號和主要想分析的問題，我們會安排後續。

在半導體封裝與電子組裝的最後幾道製程中，點膠（Dispensing）與封裝材料填充是決定晶片可靠性的關鍵環節。傳統的線上視覺系統（AOI）擅長判斷「有沒有膠」，卻無法告訴工程師「膠是怎麼出來的」。膠點在噴出的瞬間不過幾毫秒，氣泡捲入、尾絲形成、衛星膠滴飛濺，這些現象發生的速度遠超人眼或一般工業相機的極限。工廠裡最常見的處置方式是：製程出了問題，工程師憑經驗猜、反覆調參數、等良率數字回饋。這個迴路往往要花好幾天，每一次猜錯都是良率損失與材料浪費。高速攝影機做的事情，正是把這個回饋迴路壓縮到「當場看清楚、當場改」。

點膠製程的高速攝影應用

點膠頭的動作週期通常在 10 毫秒以內完成，要拆解其中每一個動作階段，至少需要每秒數千幀以上的拍攝能力。以下是幾個常見的觀察目標：

膠點體積一致性（Dot Volume Uniformity）

連續點膠時，每顆膠點的體積是否均一，直接影響後續焊接或黏合強度。高速攝影可逐幀量測膠點成形過程，找出針頭背壓不穩、氣路洩漏、膠材黏度因溫度漂移等根本原因，而不是只看最後落點的直徑。

尾拉絲（Stringing / Tailing）

針頭抬起時膠液被拉成細絲，落在基板上造成污染或短路風險。高速攝影能清楚記錄拉絲的斷點位置與時序，協助工程師判斷是針頭回吸量不足、膠材流動指數過高，還是抬針速度設定的問題。

衛星膠滴（Satellite Drops）

噴射式（Jetting）點膠應用中，主液滴在飛行途中可能因表面張力不穩定而分裂出微小的衛星滴，落點不可控。這類缺陷在一般攝影畫面中幾乎不可見，但在高速拍攝下能清楚看到飛行軌跡的分叉點，進而調整噴射壓力或膠材配方。

氣泡（Bubble）捲入觀察

膠液從儲料筒進入針頭的過程若有空氣捲入，點出的膠點內部就會有空洞，固化後承受壓力時容易破裂。高速攝影可以觀察膠液流道，確認氣泡是在哪個節點被引入，而非靠事後切片才發現問題。

點膠針頭的流量一致性

多頭同動的點膠設備，每支針頭的出膠量是否一致，是設備對位精度與維護週期管理的核心指標。高速攝影搭配分幀分析，可以同步比對各針頭的出膠波形，快速找出偏差個體。

封裝材料流動可視化

進入封裝階段，材料的流動行為比點膠更複雜，因為涉及多種介面、溫度場與壓力場的交互作用。

Underfill 填充：毛細力驅動的底部填充膠在晶片下方的流動速度與均勻性，決定了焊球的保護效果。高速攝影可以側邊記錄膠液前沿的推進速率，識別因基板粗糙度或助焊劑殘留導致的流動不均。

Molding Compound 流動：移轉模塑（Transfer Molding）製程中，封裝膠從澆口進入模穴的充填行為影響最終包覆品質。高速攝影能捕捉料前（Flow Front）的推進姿態，找出可能形成孔洞（Void）或焊線偏移（Wire Sweep）的高風險區域。

NCA／ACA 各向異性導電膠固化：這類材料在熱壓接合時的流動行為決定了導電粒子的捕捉率。高速攝影搭配顯微鏡頭，可以追蹤粒子在壓力下的排列過程，協助設定最佳壓力曲線與升溫速率。

各製程步驟幀率需求表

東茂推薦機型

AOS L-PRI（瑞士）

全解析度 3,530 fps 的旗艦規格，搭配 AOS Imaging Studio 軟體，適合接觸式點膠的完整週期分析，以及 Underfill 填充的長時程記錄。瑞士製造的工業可靠性讓它可以直接整合進產線環境。對於需要精確量測膠點幾何形狀的應用，L-PRI 的解析度能提供足夠的畫素密度做尺寸比對。

DITECT HAS-EX（日本）

全解析度 40,000 fps 是目前東茂代理機型中幀率最高者，專為噴射式點膠的高速液滴分析而生。液滴從噴嘴射出到落板，整個飛行過程可以被完整解析成數十到數百幀，衛星滴的分裂時間點、飛行角度偏差都能精確測量。對於正在開發 Jetting 製程參數的工程師來說，HAS-EX 可以大幅縮短 DOE 週期。

DITECT HAS-D71（日本）

8,000 fps at VGA 解析度，在幀率與畫面尺寸之間取得實用平衡，適合 Transfer Molding 充填分析與多點同步觀察的場景。機身較 HAS-EX 輕巧，適合現場導入或臨時架設評估用途，也常被用於點膠設備的初步製程摸索階段。

台灣點膠設備廠與封測廠生態

台灣是全球半導體封測的重要重鎮，台灣半導體封測業對點膠與封裝製程的品質要求普遍嚴格，也帶動了本土點膠設備廠商的技術升級需求。相較於日韓市場，台灣工程師習慣在設備端自行開發製程視覺化工具，這讓高速攝影機在本地有明確的技術採購需求，不只是學術研究用途。

在材料端，台系封裝廠使用的底部填充膠、模封膠與導電膠種類繁多，不同配方對應不同流動特性，無法完全套用日本或歐洲原廠的製程參數。高速攝影在這裡扮演的角色是「讓材料行為可見」，讓台灣工程師能夠用本地材料建立自己的製程資料庫，而不是靠原廠 Application Note 猜答案。

FAQ 常見問題

高速攝影機需要搭配特殊打光嗎？

是的，高速拍攝時快門時間極短（通常在幾微秒到幾十微秒），一般環境光源遠遠不夠。點膠應用通常搭配高亮度 LED 頻閃燈或連續光源，並依觀察對象選擇背光（觀察輪廓）或側光（觀察表面紋理）。東茂在討論機型選購時也會一併建議適合的打光方案，不需要客戶自行摸索。

幀率越高越好嗎？需求幀率怎麼估算？

幀率與解析度在固定感光元件頻寬下是相互消長的，幀率越高通常代表畫面尺寸越小。估算需求幀率的基本方法是：確認目標事件的持續時間，再決定你希望這個事件被分解成幾個畫格——通常 20 幀以上才能清楚看出動作階段。例如一個 1 ms 的液滴飛行過程，若想看 20 幀，就需要 20,000 fps。

拍攝到的影片如何轉成量測數據？

AOS 機型搭配 AOS Imaging Studio，DITECT 機型搭配 HAS-Image Pro，兩者都提供幀間距離量測、速度計算、面積量測等基本分析功能。若需要更進階的 AI 缺陷辨識或自動化報告輸出，可以搭配第三方影像分析軟體串接，東茂可協助評估整合可行性。

Mega Speed MS180K V2 和 DITECT 的差異是什麼？

Mega Speed MS180K V2（加拿大）主打超高解析度與模組化設計，適合需要同時兼顧大視野與高幀率的應用場景。DITECT HAS-EX 則在極高幀率下的解析度穩定性表現突出，特別適合噴射式點膠的液滴飛行分析。兩者各有側重，東茂建議先確認主要觀察目標再選機型，我們也提供借機試拍服務。

導入高速攝影機的效益怎麼量化？

最直接的量化方式是比較「導入前後的製程 DOE 週期」與「因點膠缺陷導致的良率損失成本」。導入高速攝影輔助分析後，過去需要反覆調參數天甚至一週以上才能定位的問題，理論上可以透過逐幀比對大幅縮短排查時間，實際效益依個案製程複雜度而異。這個時間壓縮的效益，對高節拍量產線來說相當具體。

東茂提供試拍或現場評估服務嗎？

提供。東茂可安排工程師攜機至客戶廠區進行現場試拍評估，讓工程師直接看到自己的製程在高速鏡頭下的樣貌，再決定是否採購與選擇哪種機型。請來電 04-8857599 或 Email 至 service@hsc.tw 洽詢安排。

常見問題 FAQ

Wire Bonding 高速攝影機選型指南

Wire Bonding 製程中，接合速度每分鐘可達 15–25 根銲線，傳統肉眼或低速攝影無法捕捉 0.1ms 以內的接觸瞬間。搭配高速攝影機，工程師可精確分析：

• 打線弧度偏移：判斷夾具磨耗或 EFO 參數異常
• 第一焊點塑性變形：確認 Bond 壓力是否均勻
• Tail 斷線位置：區分切刀力道過大 vs. 金線質量問題
• Looping 軌跡再現性：多根連拍比對，量化製程 Cpk

推薦幀率對照表