3DAOI，即三維自動光學檢測設備，是一種用於生產製造環境，可提供與零件質量相關實時測量數據的技術，例如適用於PCB焊膏檢測（SPI）。相比傳統2D AOI，3D AOI通過引入高度等三維測量數據，能降低誤檢率並提升數據處理能力。
隨著電子產品向高性能發展，3D AOI重要性日益凸顯。2025年，國產3D AOI設備成功進入半導體掩膜板產線檢測領域。AI 3D AOI系統在2023年全球市場規模達32.6億元。
基本介紹
- 中文名：三維自動光學檢測設備
- 產品類型：三維自動光學檢測設備
發展歷史,技術原理與系統構成,主要產品與型號,代表廠商,產品性能概覽,套用領域,市場現狀與發展趨勢,
發展歷史
3D自動光學檢測(AOI)是一種用於生產製造環境的技術，可提供與零件質量相關的實時、線上、決定性的測量數據。例如，3D測量用於PCB焊膏檢測(SPI)，其通過測量在元件放置之前沉積的焊膏的實際體積，有助於防止出現劣質焊點。在PCB的生產製造中，也會在元件放置、回流焊、最終檢查和返工操作後進行線上3D AOI，以提高質量和可靠性。隨著電子產品向高性能和高集成度方向發展，3D AOI在提升產品質量和生產效率方面發揮著重要作用，傳統2D AOI檢測正在逐步向3D AOI技術發展。3D AOI相比傳統2D的優勢在於降低誤檢率，3D AOI引入高度等三維測量數據，通過還原被檢測物體的三維圖像，解決由於顏色相同導致的檢測不敏感問題，從而降低由於色差引起的誤判；提升數據處理能力，2D AOI僅能發現缺陷但難以計量，3D AOI可以實時獲取被檢測物體包括高度、體積、焊點形狀等缺陷定量數據，提高生產線整體的製程能力及工藝水平。將現有2D檢測與3D技術相結合，可通過三維影像對元件的形狀和焊點進行測量檢測。根據缺陷檢測類型，自動選擇成像方案及算法模型，對於歪斜、OCR、極性等檢查，選取2D方案，而翹腳、虛焊等焊點檢測則使用3D視覺方案。2023年，中國的2D AOI檢測設備已經實現了較高的國產化率，然而在3D AOI檢測領域，國產化率大致為10%-20%。同年，博眾半導體交付了具備3D檢測技術的AOI檢測機。
技術原理與系統構成
3D AOI通過可程式結構光投影與相機採集，經三維重構後輸出三維點雲數據以實現高精度檢測。其硬體系統核心組件包括高解析度工業相機、多角度可程式結構光投影模組、高精度運動控制系統以及大理石基台等。
軟體與算法集成了AI深度學習、邊緣計算實時3D重構、智慧型一鍵編程、無縫圖像拼接技術以及SPC統計分析閉環控制等功能。特色功能包括板彎自動補償、三點照合、掃碼自動換線及重大不良防呆等。
主要產品與型號
代表廠商
國內外主要廠商包括中國的楚光三維、振華興、思泰克、赫立、盟拓、博眾半導體等，以及國外的KOH YOUNG、OMRON、Mycronic、MIRTEC（美陸）等。
產品性能概覽
典型產品型號包括思泰克A-1500（採用PSLM技術）、振華興S910、明銳VS7000系列、赫立3D AOI、美陸ART系列（抗高反光）、愛為視智慧型3D AOI（AI一鍵編程）等。3D AOI產品規格共性包括檢測精度可達微米級（如Z軸精度±3%），檢測速度可達數十cm/s，適用基板尺寸範圍廣泛（如50mm*50mm至520mm*470mm），並支持多種元件和焊點缺陷檢測。
套用領域
3D AOI在半導體製造領域套用於晶圓缺陷檢測、晶片封裝外觀檢測以及半導體掩膜板產線檢測。國產3D AOI設備進入掩膜板檢測領域，打破了國外巨頭在高端光學檢測領域的長期壟斷。
在表面貼裝技術領域，3D AOI用於PCB焊膏印刷檢測、爐前與爐後元件貼裝及焊點檢測，並與SPI等設備配合形成全閉環的質量控制體系。
在高端精密製造領域，3D AOI套用於對可靠性和精度要求最為苛刻的汽車電子與航空航天及國防領域。
市場現狀與發展趨勢
以SMT 3D AOI檢測設備為例，2023年其市場銷售額已達到3.85億美元，並預計將以11.7%的年複合增長率持續增長，到2030年有望達到8.26億美元。2023年全球AI 3D AOI系統市場銷售額達到了32.6億元，預計2030年將達到74.5億元，年複合增長率(CAGR)為13.6%(2024-2030)。
市場主要由國外廠商（如KOH YOUNG、Delvitech、OMRON Corporation等）主導。在3D AOI檢測領域，國產化率大致僅為10%-20%。在國內高端光學3D量檢測儀器及裝備這個細分行業中，能做到微米到納米區間檢測精度設備的企業屈指可數，包括楚光三維在內，全國範圍國產供應商市場份額還不到1%。中國廠商正在該領域進行研發，例如湖北楚光三維感測技術有限公司獲得了用於半導體掩膜板產線檢測的國產“首台套”3D AOI設備訂單；博眾半導體也交付了具備3D檢測技術的AOI檢測機。
現在的3D AOI設備能檢測2微米的精度，正向1微米乃至0.5微米邁進。有具備“免參數設定”功能的智慧型檢測設備，採用了深度神經網路算法，能夠實現一鍵智慧型搜尋。AI 3D AOI系統能夠智慧型判讀圖像中的缺陷，並對其進行分類和標記。通過將檢測系統與生產線內的MES系統聯網，可以實現流程自動化。
隨著智慧型製造和工業自動化需求增長，3D AOI在提升產品質量、降本增效方面的價值凸顯，市場前景廣闊。同時，在高端領域打破國外壟斷、實現國產替代仍有巨大空間。
