Nikon VMZ-S 高精度自動化技術全面解析 在現今高速發展的半導體與電子封裝產業中，「Wirebonding 打線量測」早已不只是製程中的一個步驟，而是產品品質能否穩定交付的核心關鍵。打線作業的精密性直接關係到電性傳導與封裝穩定性，因此各項量測數據如球大小（Ball Size）、球厚（Ball Height）、弧高（Loop Height）、邊緣高（Edge Height）等必須達到極高的精確度。
過去業界普遍使用工具顯微鏡進行手動量測，不但存在明顯的人為誤差，效率也無法滿足大量製程的需求。隨著工業 4.0 與 AI 技術的快速進展，全自動光學量測系統逐漸成為趨勢。
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工業 4.0 與 AI 帶來的測量革新
在打線量測中引進影像辨識、圖形比對、自動邊界偵測等 AI 功能，能有效解決以往因材料特性、幾何變異與位置偏移所導致的測量錯誤。這些高階技術不僅提升速度，更顯著提升量測一致性與精度，是大批量量產的穩定後盾。
Nikon VMZ-S 將工業4.0 的理念實踐於精密測量，透過雙鏡頭變焦系統與 MPS（Multi-Pattern Search）圖形比對技術，解決多種複雜情境中的量測瓶頸。
打線量測的四大關鍵參數：
1. Ball Size（X/Y 球大小）
球大小（Ball Size）的量測是判斷打線品質的基本指標。由於球形實際上並不完全為正圓，需分 X 與 Y 方向進行分析，加上球體偏移與材料差異導致內徑與外徑定義不一，使得量測程式撰寫困難。 Nikon VMZ-S 的影像分析與比對技術可自動尋找並調整偏移位置，確保每次皆可正確量測，不受位置偏移與形變影響。
打線量測- Ball Size（X/Y 球大小）
2. Ball Height（球厚）
球厚（Ball Height）反映的是打線金屬球與基準面的高度差，通常會受到打線位置不穩與表面不平整影響。若無法準確取得蛋白頂部與基板平面，數據將失準。 Nion VMZ-S 結合自動對焦與圖形記憶技術，能精準抓取正確位置再進行量測，即使蛋白略有偏移也不受影響。
打線量測- Ball Height（球厚）
3. Loop Height（弧高）
弧高（Loop Height）是衡量線路連接過程中所形成弧線的高度。這項數據與機械張力、線材長度與封裝空間高度密切相關。傳統系統難以穩定測得此高度， Nikon VMZ-S 透過高倍率鏡頭（最高120x）可解析微米級變化，確保準確呈現實際高度。
打線量測- Loop Height（弧高）
4. Edge Height（邊緣高）
邊緣高（Edge Height）主要指封裝邊緣與接點間的高度差，對於焊點完整性與封裝密合性具有重大影響。 Nikon VMZ-S 的邊緣對比技術可以設定亮暗變化方向與取樣位置，過濾非目標邊緣的雜訊，強化偵測精度。
打線量測- Edge Height（邊緣高）
打線量測常見問題與困難點：
1. 微小尺寸與高密度連接的挑戰
微小尺寸與高密度連接的挑戰隨著晶片尺寸愈來愈小，導線間距也趨向微縮，這對影像設備的解析度與鏡頭數值孔徑（NA）提出極高要求。 Nikon VMZ-S 配備高 NA 值 0.55 鏡頭與多段變焦設計，有效提升清晰度與解析力。
2. 幾何形狀複雜性
由於打線工藝與設備品牌不同，會導致球體與連接線的幾何形狀變異明顯。傳統系統無法辨認這些變異， Nikon VMZ-S 的圖形比對技術能建構資料庫，自動比對正確形狀進行匹配測量。
3. 材料不一致性與偏移問題
不同材料如金、鋁、銅等，在高溫或高壓環境下可能變形不同，使得傳統量測無法準確偵測。同時，隨機偏移也會導致量測錯位。 Nikon VMZ-S的 MPS 功能能先辨識正確位置，再精準量測，解決隨機偏移的干擾。
Nikon VMZ-S 解決方案詳細剖析：
1. 雙鏡頭設計與高倍率變焦系統 Nikon VMZ-S 採用 TZ 型高倍率變焦頭，搭載雙物鏡系統，倍率可支援 1x ~ 120x ，全面涵蓋從特徵搜尋到微結構量測的應用需求。左側物鏡放大倍率為 1x ~ 7.5x ，適用快速定位測量位置；右側主物鏡具備高倍率 16x ~ 120x ，能清晰觀測如 1 微米（µm）線寬等極細特徵。兩鏡頭皆配備高數值孔徑（N.A 0.55）光學元件，保證高清影像品質，並內建 50mm X 軸偏移補償，可在不同倍率間自動切換，實現無中斷精密量測。
（圖左）左側鏡頭：1x–7.5x，快速搜尋與導引；（圖右）右側鏡頭：16x–120x
專為微細特徵量測而設計，兩鏡頭皆配備校準偏移功能，可在不同倍率間自動切換並保持量測精度
2. Wire bonding 打線量測程式撰寫的挑戰與解法
在自動化進行 Wire bonding 量測時，Ball Size（球大小）量測是最具挑戰性的參數之一。由於球體多呈不規則橢圓形，必須分別量測 X 與 Y 軸方向。而不同材質如金、銅或鋁所形成的打線球，其定義也會有所差異，有的需量內徑、有的則需外徑，因此機台必須支援條件式切換。
打線量測- Ball Height（球厚）
更困難的是，Ball Size 的位置常常不固定，常見原因為：
● 打線過程的偏移
● 蛋白位置不穩
● 鋁墊焊接點偏移等
（圖左）Ball size 的位置是不固定的，因為上述的常見原因，使得教讀程式很難編寫
（圖右）實際產品影像干擾很大，不易偵測到正確位置，不同機台打出來的也會有很大的差異，
使得工作人員不知道要如何撰寫程式
圖形比對 MPS 功能：有效解決 CNC 自動量測中的隨機偏移問題
Nikon VMZ-S 內建的圖形比對功能 MPS（Multi-Pattern Search） 能有效解決上述問題，其操作流程如下：
1. 先將目標區域圖形儲存為比對模板
2. 執行 CNC 程式時，自動搜尋並鎖定實際偏移後的位置
3. 準確對準後再進行量測，確保每次都能捕捉正確區域
圖形比對功能 MPS（Multi-Pattern Search）流程示意說明
透過這項功能，即便工件位置發生隨機偏移，仍能自動辨識正確測量點，避免 CNC 程式錯誤中斷，大幅提升整體量測穩定性與自動化效率。對於 Ball Size（X/Y 球大小）、Ball Height（球厚）等高精度量測項目，此技術尤為關鍵。
使用圖形比對MPS 功能，解決隨機偏移問題，先搜尋偵測到再量測
影像對比邊界偵測功能：Nikon VMZ-S 影像對比功能的解決方案
在 Wire bonding 自動量測中，邊界偵測是一項極具挑戰的任務。特別是在圖像中若同時存在多條接近的邊緣線，若無精密的影像分析技術，系統容易誤判並偵測到錯誤的邊界位置，導致量測偏差或失敗。
Nikon VMZ-S 搭載影像輪廓對比設定功能，可精準控制以下參數來解決上述問題：
1. 亮度方向辨識（暗→亮 / 亮→暗）
2. 邊界取樣方向選擇（紅→綠 / 綠→紅）
3. 目標邊界指定與雜訊濾除
※1：選定後就會偵測到這個邊並顯示黃色
※2：顯示的峰值為偵測到的邊界，可選擇所要的是那一個邊，使每次的偵測都是按所設定的進行偵測。
一個邊可能有如下四個邊界，在正確設定下，可以準確的測測到所要的。透過這些設定，使用者能在多個可能邊緣中，明確指定實際需要量測的邊界。當偵測完成後，系統會以高對比度顯示正確邊緣並產生黃線標示，對應的波形峰值也會同時顯示於圖形分析區，提供量測依據。這項功能不僅提升了 邊界偵測的精確性與穩定性，更能解決因多邊重疊、光線反射、背景干擾等造成的誤判風險，是高精度量測中不可或缺的技術。
實際的Ball Size（X/Y 球大小）量測，就會遇到以下問題：
使用影像輪廓對比之設定功能，能量測到正確位置並將雜訊濾除
雜訊過濾與 Ball Height 量測的影像對位挑戰
在自動化進行 Wire bonding 量測時，雜訊干擾與量測位置偏移是常見且具挑戰性的問題。特別是在進行 Ball Height（球厚）量測時，由於蛋白位置容易因製程誤差而發生位移，若系統依舊使用預設固定點量測，極可能偵測錯誤或量測失敗。
Nikon VMZ-S 系統內建的影像比對功能，能在量測前先自動搜尋蛋白實際位置，再執行精準 Z 軸量測，有效解決偏移問題。這項功能不僅提高測量精度，也提升整體製程容錯率。此外，系統還支援「雜訊過濾條件設定」，可設定排除偏差過大的偵測點，避免因背景反光、異常圖形等造成誤判。透過這項濾波機制，可確保所量測邊緣與厚度點為有效值，大幅提升量測結果穩定性與一致性。
可設定過濾掉偏差過大的偵測點
Ball Height（球厚）量測時，當要量測蛋白位置時，由於打線位置不定，會有偏移的情況發生，很容易因為與當初設定位置不一樣而偵測錯誤。Nikon VMZ-S內建的影像比對功能，會先找到位置再量測，有效解決難題。
Nikon VMZ-S內建的影像比對功能，有效解決Ball Height（球厚）量測的蛋白位置抓取
全面自動化的預備：從手動到智慧化量測流程轉型
在導入自動化 Wire bonding 量測系統前，確保整體流程規劃符合生產線需求是重要的。除了要能準確量測各項關鍵參數（如 Ball Size、Ball Height、Loop Height 等），還必須具備以下核心功能以符合智慧製造與數據管理標準：
基本自動化需求功能：
1. 條碼辨識與程式自動載入：機台可讀取晶片或基板上的條碼，自動載入對應的量測程式。
2. 作業員（OP）自由選片功能：支援 OP 隨機選取指定晶片（如系統圖示藍色區域），進行特定位置量測。
3. 區域指定量測模式：系統可針對所選晶片區域進行獨立量測，提升作業彈性與效率。
4. 資料儲存與自動上傳功能：所有量測結果將自動存入指定資料夾，並由系統定時上傳至伺服器，確保追溯性與數據整合。
Map Measure Pro：量測效率與彈性兼備的元件位置管理工具
在實際進行 Wire bonding 自動化量測時，選擇哪些晶片區域要量、哪些不量，會直接影響產線效率與數據分析準確性。
Map Measure Pro 是 Nikon VMZ-S 提供的標配 mapping 軟體，支援晶圓與基板雙應用場景。透過該工具，用戶可依據產品實際佈局與間距，建立元件位置分布圖（Mapping 圖），進行以下操作：
1. 快速挑選待測元件
2. 自訂量測模式與區域
3. 篩選關鍵區塊進行局部檢測
4. 配合 OP 作業進行隨機抽樣
支援的四種量測模式：
1. 陣列模式：規則排列的晶片或基板元件
2. 多區塊模式：零散分布或局部量測需求
3. 晶圓模式：圓形晶圓（如 6 吋、8 吋）
4. 多區塊晶圓模式：結合晶圓與局部區塊交錯排列產品
陣列模式
多區塊模式
晶圓模式
多區塊晶圓模式
自動送收料模組：打造無人化量測流程
為因應智慧製造需求，Nikon VMZ-S 支援客製化自動送片與收片模組，能依產線設計量身打造。配合量測程式自動化與 Mapping Pro 系統，實現全流程自動化。
此外，量測結果也可依需求輸出指定格式（如 CSV、MES 對接），大幅提升量測效率與資料整合能力，是導入 Wire bonding 無人化量測的理想選擇。
