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后摩尔定律时代,半导体製程智慧化刻不容缓

2020-06-25

后摩尔定律时代,半导体製程智慧化刻不容缓

半导体产业基于其不断迈向功能複杂化、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、物联网与感测器、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製造相关产业。对这个产业来说,除了如台积电创办人张忠谋所言,降低「生产週期」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。

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在 5G、AI 人工智慧等发展浪潮下,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体升级走向软硬整合,以达到即时资料採集及分析,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、远端控制与工业网路等。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複杂设备的需求。

以半导体产业后段的测试、组装、封装等製程为例,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,因此需要更精準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路系统 EtherCAT(乙太网控制自动化技术),由于具备极短的通讯週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,能应付不同製造场景。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、支援通用运动软体开发套件(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/光学字元辨识(OCR)等用途,在奈米等级的半导体製程中,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。

资料採集

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,则需要藉由感测器和平台上的量测软体,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)採集,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 记忆体。

随着半导体产业迈入后摩尔定律时代,複杂製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。

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