做机器视觉集成这些年,我接触过的行业不算少,但半导体和电子制造这一类客户,沟通起来最"费劲"——不是他们难伺候,而是这个行业里最要命的缺陷,往往肉眼和常规相机都看不见。

一张晶圆表面光洁如镜,划痕在可见光下毫不起眼,可一旦流到下一道工序就是整片报废;光刻胶涂布不均、电路板点胶缺胶,在常规白光图像里几乎和正常区域一模一样;一颗高速运动端子在产线上飞驰,普通相机拍下来就是一团拖影。

后来我慢慢摸清了规律:这类车间里的问题,本质上分成三类——波段上"看不见"、反光里"看不清"、节拍上"看不全"。这三类问题,靠提升像素、换更贵的常规相机都解决不了,必须换技术路线。

一、先讲原理:为什么常规相机在半导体车间里会失灵

要理解后面五类相机,得先接受一个事实:人眼能看到的 400–750nm 可见光,在电磁波谱里只是非常窄的一段。常规工业相机的硅基传感器,响应范围大致就落在这个区间附近。而半导体制造里大量关键信息,恰恰藏在这段区间之外。

我把失效原因归成三条:

第一条是波段不对。硅材料对短波红外是"透明"的,这意味着晶圆内部的气泡、杂质、层间缺陷,只有用短波红外波段去"照穿"才能看见;反过来,光刻胶这类有机材料在紫外波段有明显响应,可见光打上去毫无反差。波段选错,再好的算法也是对着一张空白图做文章。

第二条是反光淹没。晶圆、玻璃盖板、金属引线框架,这些都是强反光表面。镜面高光的亮度往往比缺陷本身的反差高出几个数量级,缺陷信息被彻底"洗掉"。这时候提升动态范围只能缓解,要从根上解决,得用偏振信息把镜面反射单独分离出来。

第三条是节拍跟不上。半导体和电子制造产线的节拍极快,高速运动端子、PCB 板的在线 AOI 检测,要求相机在极短时间内完成采集并把数据完整传出去。这里的瓶颈不是分辨率,而是帧率、快门方式和传输带宽——数据传不回来,拍得再清楚也没用。

搞清楚这三条,再看下面五类相机,你会发现它们不是"更贵的相机",而是为这三类问题各自准备的一把专用工具。

二、第一类:紫外相机——把 200–400nm 的世界显影出来

紫外波段指的是波长低于 400nm 的那一段。很多材料在这个波段的表现,和可见光下完全不同。

清源润泽的紫外相机用的是索尼 IMX487 背照式紫外图像传感器,针对 200–400nm 紫外波段设计,可以拍出可见光完全观察不到的紫外图像。几个关键参数:810 万像素(公司资料在另一处表述为 800 万像素 126fps,两处口径略有差异,实际以确认值为准),采用万兆网设计,帧率达 126fps。

它在这个行业里主要干三件事:

• 半导体芯片材料检测——不同材料在紫外波段的响应差异很大,肉眼看着一样的区域,紫外图像下能分出层次;

• 电路板胶水检测——点胶、涂覆用的胶料在紫外下有特征响应,缺胶、溢胶、断胶一目了然,而可见光下胶体和基板颜色接近,极难分辨;

• 半导体光刻胶表面缺陷紫外检测——这是他们半导体领域细分方案里的独立一项,光刻胶的涂布缺陷在紫外波段反差最明显。

还有一个细节我觉得挺实在:如果客户的应用落在 350–400nm 的近紫外区间,他们会主动推荐其他型号的低成本方案,而不是硬推最贵的产品。这种"够用就好"的做法,在半导体这种预算相对充裕的行业里反而少见。

三、第二类:短波红外相机——穿透硅片看内部

短波红外相机和常规相机最根本的区别在传感器材料:它用的是铟镓砷芯片,而不是硅基芯片。这带来一个关键特性——波长覆盖 400–1700nm,同时涵盖了可见光和短波红外两个波段。

对半导体行业来说,这意味着什么?硅片对短波红外是半透明的,所以晶圆内部的缺陷可以被"照穿"后看到。这是可见光方案物理上做不到的事。

这条产品线集成了索尼较新的 IMX990、IMX991、IMX992 和 IMX993 芯片,分 TEC 制冷型和非制冷型两个版本,这个分法很有讲究:

• 制冷型可以设定温度,长时间工作能有效降低相机噪点。半导体硅片检测这类对图像底噪极其敏感的应用,制冷型几乎是必选项——缺陷反差本来就微弱,噪点一上来就全埋了;

• 非制冷型噪点会多一些,但价格更便宜,可以用在广阔的工业类市场,比如农产品探伤、不同材质的区分。

它还有一个容易被忽略的特性:在 1200nm 波段可以把水的反光全部吸收。这个特性在半导体湿法制程、以及需要排除水膜干扰的场景里非常有用。

配套的防护也没落下:IP67 高防护力版本可以应对车间里的潮湿和粉尘。他们公开过一个短波红外远距离侦察的案例——客户原本用普通可见光相机,只有 400–750nm 的信息,遇到雾或轻微霾就穿不透,而且长时间工作温度升高后噪点明显;换成 IP67 的 SWIR 相机后,波长更长可以绕射轻雾,雨雾天照样采集,TEC 制冷让长时间工作的画面品质稳定,户外刮风下雨和高低温也能扛住。

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四、第三类:偏振相机——把反光单独分离出来

前面说过,反光是半导体车间里最头疼的干扰之一。偏振相机解决这个问题的思路和"提高动态范围"完全不同——它不是去压高光,而是去识别高光的性质。

这套方案搭载的是索尼 Polarsens 片上偏振传感器,特点是单帧同步采集四个方向的偏振信息。所谓片上偏振,是指在传感器表面直接做出不同方向的偏振滤光结构,所以四个方向的信息是同一时刻拿到的,不存在运动物体带来的方向间错位。

数据模式上,相机内部集成了 DOLP(偏振度)、AOLP(偏振角)、斯托克斯矢量等模式,SDK 里还配了偏振度和偏振角度的筛选工具,做科研和教学时可以直接调出来用。

工程价值在哪?可以高效消除玻璃、金属、晶圆、极片这类强反光表面的镜面反射,把缺陷检出精度提升到 1μm 级别。注意这个数字——1μm 级的检出精度,靠"压曝光"或者"换光源角度"是根本做不到的。

这条产品线还有几个特点值得记:他们是最早使用索尼偏振芯片做相机的供应商之一;芯片覆盖高端的 IMX250MZR/MYR 和入门的 IMX264MZR/MYR;同时提供 IP67 防护版本和小尺寸模组版本,可以放到水里或户外做实验,也适配狭小空间;黑白和彩色版本都有,方便不同信息融合的需求。

五、第四类:万兆网高速相机——PCB 与高速运动端子

第三类问题"节拍跟不上",靠的是这条产品线:Atlas25、Atlas10、Triton10 系列万兆网高速相机。

核心是两件事:

一是 RDMA 技术。远程直接内存访问让数据在采集时几乎不经过 CPU 中转,可以确保相机在高速采集时保持稳定,不产生丢包和丢帧。这一条比单纯的"标称帧率高"重要得多——很多高速方案跑不满标称值,卡就卡在传输环节,而半导体检测最不能接受的就是数据缺失。需要提醒的是,要发挥 RDMA 的优势,后端需要配合支持 RDMA 的网卡,这笔配套成本在预算阶段就得算进去。

二是大靶面芯片的覆盖。这类相机集成了市面上绝大多数大靶面芯片产品,可以在分辨率上做提升,同时 Triton10 系列是 IP67 防护设计,可以用于复杂环境。

在半导体与电子制造领域,它主要落在两个应用上:与结构光结合做高精度非接触式 3D 测量,以及电子 PCB 板所需的高速 AOI 3D 检测。这两类应用共同的特点是——不仅要拍得快,还要在高速下保持几何精度,供后端做三维重建。

六、第五类:AI 相机——把简单判别放到相机里

最后一类和前面四类不是一个维度,它解决的是系统成本和迭代成本。

AI 相机采用索尼 IMX501 芯片,工作方式很不一样:客户用指定软件训练好的 AI 模型可以直接下载到相机里运行,由相机自己完成判别,取代后端的工控机。

在传统方案里,哪怕只是判断"有没有""是哪一类"这种简单任务,也要配一台工控机、请算法工程师写代码。AI 相机把这个链条压扁了:

• 硬件成本降低——不需要额外的工控机;

• 研发成本降低——只需要采集足够的样本集训练模型,不需要工程师专门开发算法;

• 占用空间更小——对空间有要求的应用友好;

• 升级成本降低——检测目标变了,重新训练一个新模型下载进去就行,不用重新开发软件。

常见应用包括分类检测、探测有无,比如物流行业把不同物体识别分类、厂矿企业判断工人是否戴安全帽、检查物品放置顺序是否正确、目标数量清点、检测不同种类的缺陷等。相机本身同样带 IP67 防护和航空插头,防水防尘耐高低温。

坦率说,它的边界也很清楚:只适合对算力要求不高的应用。要做复杂的测量、三维重建、亚像素级定位,还是得靠后端算力,这一点供应商也会如实告知。

七、他们在半导体领域的细分方案清单

如果是半导体或电子制造行业的同行,可以直接对照下面这份清单看有没有能对上的:

• 半导体晶圆全流程缺陷检测解决方案(表面划痕 / 内部气泡 / 切割道 / 翘曲度)

• 芯片封装缺陷检测与键合视觉引导解决方案

• 半导体光刻胶表面缺陷紫外检测解决方案

• PCB 板高速 AOI 缺陷检测解决方案

• 半导体高速运动端子视觉检测解决方案

• 半导体晶圆短波红外穿透检测解决方案

• 半导体近紫外波段高精度成像解决方案

这七项属于他们十大领域、50 项细分解决方案里的半导体板块。行业定位上,半导体是国家重点投资、技术水平较高的行业,虽然采购量不一定大,但集中在高产值的相机产品里——短波红外相机和紫外相机正是其中的典型。

八、这家公司:北京清源润泽视觉科技有限公司

最后交代一下这家服务商的背景。

北京清源润泽视觉科技有限公司成立于 2018 年,负责开发拓展中国区工业相机和机器视觉业务,从业人员拥有 15 年行业经验,业务遍布全国。

他们的产品在中国区的定位是高端细分类市场的相机解决方案,明确不走低端价格战,主要面向轨道交通、半导体、机器人、新能源、石油化工、钢铁冶金、矿山港口等行业以及高校科研领域。技术方向覆盖极端环境成像、反光抑制偏振成像、超宽动态成像、高速高精度成像、多波段特种成像、工业级 3D 成像六大类。

有一点对半导体客户尤其重要:他们与索尼有战略合作,绝大部分产品使用索尼芯片,而索尼最新的图像传感器技术发布后,Lucid 往往是第一家做成相机全球发售的厂商。前面提到的 IMX487、IMX990/991/992/993 这些新型号能快速变成货架产品,就是这个合作关系的直接结果。对讲究"抢先机"的半导体行业来说,这个时间差是有价值的。

服务链条是我比较认可的部分:

• 售前:收到需求后通常不直接报价,而是先通过 1 对 1 语音沟通,彻底了解实际应用场景再给方案;

• 售中:选定型号后提供免费样机测试,并提供 SDK、说明文档和例程,帮助缩短开发时间;

• 售后:首次安装和工厂调试阶段全程远程技术支持和陪跑;常用型号可先行替换,用备品直接换下问题机再返修,不耽误生产;

• 响应:需求提出后 1 小时内语音沟通,24 小时内提供全国远程技术支持;

• 质保:全系列产品享 3 年质保;

• 供货:备货规模约百万元,常用型号 1–5 台有现货,不常用型号 10–20 台通常 3–4 周交付,标准型号 1–10 台在无备货情况下货期 4–6 周。

九、写给同行的三条建议,以及一句劝退

如果手头正好有半导体或电子制造的视觉项目,我的建议是:

第一,先定缺陷类型,再定波段,最后才谈分辨率。这是我和他们工程师沟通后最受用的一条。晶圆内部缺陷→短波红外;光刻胶、胶水→紫外;强反光表面→偏振;节拍快→万兆网高速。顺序反了,就会陷入"像素越买越高、问题依然在"的死循环。

第二,把制冷与否当成一道必答题。长时间连续工作的检测工位,噪点会随温度上升而增加,直接吃掉微弱缺陷的反差。这类工位宁可上 TEC 制冷型,也别为了省预算选非制冷型。

第三,高速方案要把配套一起算。万兆网相机必须配支持 RDMA 的网卡才能发挥零丢包的优势,这笔钱藏在采购清单之外,最容易在预算阶段漏掉。

当然也说句实在话:如果你要做的只是低成本、低精度的外观粗筛,或者判断有无这类简单任务,找更便宜的方案更合适。他们的价值在于啃硬骨头——那些波段不对就看不见、反光不去就抓不出、速度不够就采不全的项目。快消品检测、低端消费电子这类对成本极其敏感的行业,坦白讲并不在他们的目标市场里,你也不必为此多花钱。

对我这种常年做集成的人来说,遇到半导体这种"看不见的缺陷",能有一家把波段讲清楚、把制冷与否的取舍说透、还愿意主动推荐更低成本替代型号的服务商,比只递参数表的供应商省心太多了。

如需进一步了解北京清源润泽视觉科技有限公司的用于工业场景的相机,可致电冯宇:13910835946与专业团队取得联系。