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【制造/封测】后摩尔定律时代,半导体制程智慧化刻不容缓

来源:TechNews科技新报       

半导体产业基于其不断迈向功能复杂化、产品极小化的趋势,同时持续对物理极限展开技术挑战,因此在自动化、物联网与传感器、机器人、大数据分析与智慧管理等不同面向,成熟度均领先于其他制造相关产业。对这个产业来说,除了如台积电创办人张忠谋所言,降低“生产周期”至关重要;藉由能自我检测并调校的智能设备,让产线不断优化,更是每家业者追求的目标。

在5G、AI人工智能等发展浪潮下,IC应用迈向多元化与极致效能。需求带动技术成长,而技术成长也引领半导体产业所需的设备相应升级。当工业4.0的概念逐渐落实,设备智能化也从单纯的硬件升级走向软硬整合,以达到即时资料采集及分析,并协助决策。

设备智能化的相关解决方案包含以下领域:运动控制与机器视觉、设备预防性维护、内部闸道协定、边缘运算、远端控制与工业网络等。为了将AI与机器学习技术导入设备,以及随之而来的更多数据及运算需求,具备高速及高效传输速率的PCIe汇流排技术在工业领域重要性不断提升;搭配以PC-Based为基础的控制系统与自动化解决方案,得以整合并满足更多复杂设备的需求。

以半导体产业后段的测试、组装、封装等制程为例,由于封装速度大跃进,在达到高度精确的同时,还得保有高产能,因此需要更精准的运动控制视觉检测系统,还必须易于安装与维护,让产线随时处在最佳状态。

运动控制

运动控制是自动化的核心技术,透过对机械运动部件的位置、速度等进行即时管理,能使设备按照预期的轨迹和规定的参数进行动作。

而目前基于乙太网的现场汇流排的工业网络系统EtherCAT(乙太网控制自动化技术),由于具备极短的通讯周期与精确的同步时间,在自动化控制领域中成为主流。

EtherCAT的解决方案包含PCI/PCIe运动控制卡搭配工业电脑、PAC模组化控制器,以及一体式控制器等,能应付不同制造场景。其中像是研华科技(Advantech)推出的PCIE-1203L-64AE运动控制卡,因为具备以下规格,成为分散式EtherCAT解决方案中的强力产品,包括:667MHz双核ARM处理器、2个EtherCAT端口供给高性能的运动和I/O应用、支援通用运动软件开发套件(SDK)可快速开发应用程序、最多支援64轴运动控制、点对点移动、2轴线性插补,并且支援可编程加速/减速率以及可编程中断等。

机器视觉与影像撷取

机器视觉则因为有引导(定位)、量测、检测、与判读条码/光学字元识别(OCR)等用途,在纳米等级的半导体制程中,不但能协助机器手臂定位加工,也能提升检测品质,并在最后IC成品装料打包时记录生产批量内容,让效率不会受人力波动及疏失影响而减低。研华科技专为工业和视觉应用而设计的PCIE-1154-AE影像撷取卡,具有4个PCIe以及4个USB 3.0端口可以扩充,配备Fresco FL1100 USB 3.0主机控制器和5 Gbps的独立频宽,还可供应1500 mA电流,以确保外部工厂自动化和医疗应用的USB相机稳定供电。

资料采集

而为了监控设备状态、并且随时能够进行调校、优化流程甚至是进行预防性维护,则需要藉由传感器和平台上的量测软件,将侦测到的各种参数转为数位讯号,透过USB、PCI、PCIe或乙太网等汇流排送到主机中进行分析处理。如PCIE-1816-AE的多重功能卡,可用于不同类别的资料(讯号)采集,其具备16个类比输入,最高达1 MS/s、16位分辨率,支援A/O的类比和数位触发器以及AO波形生成,还有24个可编程的数位I/O线,以及4K样本FIFO存储器。

随着半导体产业迈入后摩尔定律时代,复杂制程迫使终端设备必须愈趋智慧化,PC-Based控制系统与分散式运算架构因强大的效能、高开放性与运算能力,让PCIe模组化解决方案得以满足系统整合商与工厂经营者的升级需求,帮助设备更聪明。

图片声明:封面图片来源于正版图片库:拍信网

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