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半導(dǎo)體制造工藝的復(fù)雜程度高居各行業(yè)之首。該行業(yè)如何通過創(chuàng)新解決方案滿足日益增長的需求？倍福憑借其自動(dòng)化產(chǎn)品組合證明：先進(jìn)的控制理念、靈活的通信標(biāo)準(zhǔn)以及精密協(xié)調(diào)的系統(tǒng)，不僅能夠提升半導(dǎo)體生產(chǎn)效率，還能確保其面向未來的適應(yīng)能力。

在當(dāng)前的主流電動(dòng)汽車電子系統(tǒng)中，安裝的半導(dǎo)體組件數(shù)量已達(dá)到 3,000 至 8,000 個(gè)，用于實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制、電池管理與輔助系統(tǒng)，且這一數(shù)字未來仍有望繼續(xù)增長。無論是在移動(dòng)出行、通信互聯(lián)、健康監(jiān)測、公共安全、娛樂系統(tǒng)、能源供應(yīng)，還是環(huán)保領(lǐng)域，半導(dǎo)體幾乎構(gòu)成了生活各個(gè)領(lǐng)域創(chuàng)新與進(jìn)步的基礎(chǔ)。因此，半導(dǎo)體行業(yè)在我們的社會(huì)中占據(jù)著舉足輕重的地位。然而，該行業(yè)也正面臨著與其他行業(yè)相同的挑戰(zhàn)：對質(zhì)量、效率和產(chǎn)能方面的要求不斷提升，同時(shí)伴隨著成本壓力的日益加劇。自動(dòng)化技術(shù)是半導(dǎo)體制造領(lǐng)域成功應(yīng)對這些挑戰(zhàn)的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力 — 正如在其它領(lǐng)域一樣。

然而，該領(lǐng)域的制造工藝在兩個(gè)方面與其他行業(yè)截然不同：首先是生產(chǎn)所需的精密程度。最先進(jìn)的處理器往往包含幾十億個(gè)晶體管， 為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要在晶圓上實(shí)現(xiàn)幾個(gè)納米級結(jié)構(gòu)間距。這直接引出了第二個(gè)特點(diǎn)：如此精密的作業(yè)需要前所未有的繁多生產(chǎn)步驟。數(shù)十道工序必須無縫銜接，其中多數(shù)還需在潔凈室環(huán)境中完成。

從晶圓制造、光刻，到測試與封裝，各個(gè)環(huán)節(jié)雖千差萬別，但都要求高精度控制與無縫監(jiān)測。”倍福半導(dǎo)體行業(yè)經(jīng)理 Marcel Ellwart 表示， “此外，生產(chǎn)系統(tǒng)還必須能夠靈活適應(yīng)產(chǎn)品型號(hào)的不斷變化，在保證極致品質(zhì)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高吞吐率。這就使得先進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用不可或缺。

—— 倍福半導(dǎo)體行業(yè)經(jīng)理Marcel Ellwart

EtherCAT — 半導(dǎo)體行業(yè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

自動(dòng)化專家倍福憑借廣泛而全面的產(chǎn)品線，能夠完美契合半導(dǎo)體行業(yè)紛繁復(fù)雜的工藝與應(yīng)用需求。在此領(lǐng)域，通信技術(shù)扮演著舉足輕重的角色：“EtherCAT 是倍福研發(fā)的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，它早已確立在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域通信協(xié)議的領(lǐng)導(dǎo)地位。”Marcel Ellwart 強(qiáng)調(diào)道。如今，絕大多數(shù)主流設(shè)備制造商都選擇采用 EtherCAT 技術(shù)。其成功的關(guān)鍵在于穩(wěn)定一致的實(shí)時(shí)性能、高度靈活性和出色的可擴(kuò)展性。“EtherCAT 憑借其開放式架構(gòu)與廠商的廣泛認(rèn)可，能夠輕松集成從傳感器、執(zhí)行器到復(fù)雜控制系統(tǒng)在內(nèi)的各類組件與系統(tǒng)。”這位行業(yè)經(jīng)理進(jìn)一步指出。

倍福通過基于 PC 的控制技術(shù)，為半導(dǎo)體行業(yè)提供了量身打造的控制解決方案。該方案覆蓋從晶圓加工到芯片封裝的全流程自動(dòng)化任務(wù)， 不僅涵蓋 PLC，還集成了 HMI、運(yùn)動(dòng)控制、測量技術(shù)與機(jī)器視覺功能。TwinCAT 3 軟件平臺(tái)將工業(yè) PC 轉(zhuǎn)化為適用于所有開發(fā)和 Runtime 的高效實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。為滿足半導(dǎo)體行業(yè)的多樣化需求，該自動(dòng)化軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，并可通過眾多功能靈活擴(kuò)展。

解鎖特殊行業(yè)價(jià)值密碼

倍福通過其全面的產(chǎn)品組合，為半導(dǎo)體行業(yè)應(yīng)對上述挑戰(zhàn)提供高性能解決方案。其中包含多項(xiàng)由總部位于威爾的倍福公司推出的創(chuàng)新技術(shù)，這些技術(shù)尤為契合該行業(yè)的發(fā)展脈搏：

•現(xiàn)代人工智能解決方案為半導(dǎo)體制造業(yè)帶來了巨大潛力。倍福已將機(jī)器學(xué)習(xí)功能集成到 TwinCAT 3 控制軟件中，通過模塊化的軟硬件系統(tǒng)，使 AI 模型可直接嵌入 PLC 運(yùn)行。從數(shù)據(jù)收集和模型訓(xùn)練到學(xué)習(xí)模型的最終執(zhí)行，用戶可獲得一個(gè)不會(huì)綁定任何平臺(tái)、完全開放的工作流程。倍福目前已實(shí)現(xiàn)的人工智能應(yīng)用包括：用于預(yù)測性維護(hù)的異常檢測、質(zhì)檢中的圖像分類，以及優(yōu)化生產(chǎn)工藝的時(shí)間序列分析。

•EJ 系列緊湊型 EtherCAT 插拔式模塊可替代原量產(chǎn)設(shè)備中研發(fā)過程復(fù)雜繁瑣的 I/O 板卡。這些模塊直接插接在信號(hào)分配板上，將信號(hào)和/或電壓分配至專用連接器，實(shí)現(xiàn)時(shí)間、成本和空間的三重節(jié)省，同時(shí)徹底杜絕接線錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)。 與典型的 EtherCAT 端子模塊一樣，EJ 模塊也提供豐富的信號(hào)類型，并完全集成了安全功能和運(yùn)動(dòng)控制功能。

•為降低系統(tǒng)復(fù)雜度，倍福將伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制功能直接集成至 I/O 模塊中。在 48 V 直流應(yīng)用領(lǐng)域，通過 EtherCAT 插拔式模塊、伺服電機(jī)端子模塊或端子盒與 AM8100 電機(jī)系列結(jié)合，可構(gòu)建結(jié)構(gòu)極其緊湊，兼具高動(dòng)態(tài)性能與高精度的伺服軸。此外，采用 I/O 集成化控制方案還能夠直接控制設(shè)備上的調(diào)節(jié)閥或伺服驅(qū)動(dòng)器。

•在測量技術(shù)領(lǐng)域，倍福的產(chǎn)品陣容同樣契合半導(dǎo)體行業(yè)需求：從 1 秒周期到千赫茲頻率，從電壓和電流測量到振動(dòng)和力的測量。ELM 系列高端測量模塊可無縫集成至 EtherCAT I/O 系統(tǒng)，并在采集過程關(guān)鍵性測量通道數(shù)據(jù)時(shí)始終保持穩(wěn)定可靠。TwinCAT 自動(dòng)化軟件為生成的數(shù)據(jù)分析提供了專業(yè)的工具支撐。

•倍福機(jī)器視覺解決方案將實(shí)時(shí)圖像處理技術(shù)無縫集成至晶圓加工生產(chǎn)線，既能適配新建造控制系統(tǒng)，也可兼容現(xiàn)有控制環(huán)境。該方案打破了機(jī)器視覺技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)之間的傳統(tǒng)壁壘。同時(shí)，機(jī)器視覺組件產(chǎn)品系列，包括工業(yè)相機(jī)、光學(xué)鏡頭、光源以及 TwinCAT Vision 軟件，都采用穩(wěn)健設(shè)計(jì)，具有高可擴(kuò)展性及長期供貨保障。

•XPlanar 正在革新半導(dǎo)體行業(yè)的輸送流程。這款平面電機(jī)系統(tǒng)能夠高動(dòng)態(tài)、高精度且高度靈活地輸送工件，不僅適用于系統(tǒng)內(nèi)，還可實(shí)現(xiàn)設(shè)備間輸送。動(dòng)子以非接觸方式彼此獨(dú)立地沿著預(yù)設(shè)的路線運(yùn)行。每個(gè)動(dòng)子都可以相互超越，并且可以在不影響生產(chǎn)流程的情況下從生產(chǎn)流撤出或進(jìn)入等候區(qū)。

倍福半導(dǎo)體行業(yè)成功案例精選

近年來，倍福依托其全面且完善的產(chǎn)品組合，以及在行業(yè)內(nèi)沉淀積累的深厚專業(yè)知識(shí)，成功在半導(dǎo)體生產(chǎn)的全價(jià)值鏈環(huán)節(jié)中，完成了大量應(yīng)用的自動(dòng)化應(yīng)用，取得了顯著的成果。以下這些曾刊載于倍福《PC Contorl》客戶雜志中的典型案例，生動(dòng)展現(xiàn)了我們解決方案的廣泛適用性。

單晶生長：晶盛機(jī)電在其單晶爐自動(dòng)化應(yīng)用中采用了倍福解決方案，它由嵌入式控制器、TwinCAT 3 自動(dòng)化軟件和 EtherCAT I/O 端子模塊構(gòu)成。該方案取代了原有的 PLC 和溫度控制器，在靈活性、可擴(kuò)展性及集成性方面實(shí)現(xiàn)顯著提升。其工藝控制核心在于精準(zhǔn)溫控 — 通過長時(shí)間維持均勻溫場確保單晶生長質(zhì)量，這對單晶生長具有決定性意義。

高純氣體：Applied Energy Systems 公司最近成功研發(fā)出一款可滿足半導(dǎo)體制造領(lǐng)域工業(yè) 4.0 要求的超高純供氣控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)除采用倍福的 CP6606 緊湊型面板型 PC 外，還搭載了 EJ 系列插拔式 I/O 模塊。這款超緊湊型系統(tǒng)在保留原有外殼尺寸的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了功能擴(kuò)展，配備 OPC UA 和云接口，提供靈活的定制選項(xiàng)，并使安裝時(shí)間縮減 50%。

芯片搬運(yùn)：Mühlbauer 公司在其應(yīng)用于半導(dǎo)體制造后道工藝的高精度芯片分選機(jī)中同樣采用了 EJ 插拔式模塊。該方案實(shí)現(xiàn)了每小時(shí) 30,000 枚微芯片的處理能力，不僅提升了晶圓輸送效率，還大幅減少了布線工作量。四塊插接了 26 個(gè) EtherCAT 插拔式模塊的特制信號(hào)分配板將數(shù)字量和模擬量 I/O、增量編碼器、步進(jìn)電機(jī)模塊，以及陶瓷電機(jī)和壓電電機(jī)的供電邏輯與伺服驅(qū)動(dòng)器整合于一體。

新材料：氧化鎵在新型半導(dǎo)體材料生產(chǎn)領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。然而，傳統(tǒng)系統(tǒng)因靈活性有限、可靠性不足及成本高昂等因素制約了技術(shù)發(fā)展。Agnitron 公司基于 PC 控制技術(shù)打造出靈活的通用型解決方案，該方案可在數(shù)日內(nèi)完成配置轉(zhuǎn)換。通過 EtherCAT 實(shí)現(xiàn)大量熱電偶與 I/O 模塊的緊湊且節(jié)省空間的組網(wǎng)，進(jìn)而無縫集成現(xiàn)有現(xiàn)場設(shè)備。

先進(jìn)封裝：在微型化浪潮的推動(dòng)下，傳統(tǒng)光刻工藝不斷被推向物理極限的邊緣。在此背景下，初創(chuàng)企業(yè) Fonontech 正積極探索全新的技術(shù)路徑，以尋求突破。其 Impulse Printing™ 技術(shù)采用蝕刻有微米級結(jié)構(gòu)并集成加熱結(jié)構(gòu)的硅層轉(zhuǎn)印基板， 旨在實(shí)現(xiàn) 5 微米分辨率與極低套刻誤差。控制器通過基于 PC 的控制技術(shù)、EtherCAT 和 XFC 極速控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)同步與精確定位。

人工智能與邊緣計(jì)算：開啟智能新時(shí)代

這些應(yīng)用案例充分證明，半導(dǎo)體制造正步入一個(gè)全新時(shí)代。“倍福自動(dòng)化解決方案為應(yīng)對新挑戰(zhàn)，推進(jìn)智能制造奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。”Marcel Ellwart 總結(jié)道。基于 PC 的控制技術(shù)、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力與 EtherCAT 實(shí)時(shí)通信技術(shù)融合，使集成人工智能算法實(shí)現(xiàn)工藝優(yōu)化成為可能。邊緣計(jì)算解決方案助力在設(shè)備端直接進(jìn)行分布式數(shù)據(jù)分析，縮短響應(yīng)時(shí)間并提升系統(tǒng)可用性。這些創(chuàng)新實(shí)踐為未來構(gòu)建更高效、更靈活、更可持續(xù)的半導(dǎo)體生產(chǎn)模式鋪平了道路。

　　關(guān)于德國倍福

　　倍福（Beckhoff）是一家專注于自動(dòng)化新技術(shù)的德資企業(yè)，創(chuàng)立于 1980 年，總部位于德國威爾市。作為全球自動(dòng)化技術(shù)的驅(qū)動(dòng)者，倍福定義了自動(dòng)化領(lǐng)域的許多標(biāo)準(zhǔn)，是國際標(biāo)準(zhǔn)的制定者和推動(dòng)者。公司所生產(chǎn)的工業(yè) PC、現(xiàn)場總線模塊、驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品和 TwinCAT 自動(dòng)化軟件構(gòu)成了一套完整的、相互兼容的控制系統(tǒng)，可為各個(gè)工控領(lǐng)域提供開放式自動(dòng)化系統(tǒng)和完整的解決方案。經(jīng)過 40 年的發(fā)展和努力，倍福已在世界各地設(shè)立 30 多家分支機(jī)構(gòu)，加上全球的合作伙伴，業(yè)務(wù)遍及 70 多個(gè)國家和地區(qū)。

　　倍福于 1997 年進(jìn)入中國市場，中國區(qū)總部落戶于上海市北高新產(chǎn)業(yè)園區(qū)，現(xiàn)有員工 300 人，辦事處遍及國內(nèi) 30 座大中城市。創(chuàng)新產(chǎn)品和解決方案廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電、半導(dǎo)體、光伏太陽能、電子制造、金屬加工、包裝機(jī)械、印刷機(jī)械、塑料加工、輪胎加工、木材加工、玻璃機(jī)械、物流輸送以及樓宇自動(dòng)化等眾多領(lǐng)域。

　　公司傾力推廣的 EtherCAT 實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)于 2014 年成為中國國家推薦性標(biāo)準(zhǔn)，并已入編工信部的《國家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》。作為一家技術(shù)驅(qū)動(dòng)型公司，倍福一直注重在技術(shù)上尋求突破創(chuàng)新，在業(yè)內(nèi)享有“創(chuàng)新引擎”的美譽(yù)。倍福基于 PC 的控制技術(shù)具有良好的開放性，它支持所有主流的工業(yè)通信協(xié)議，將 IT 技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)和自動(dòng)化技術(shù)完美融合在一起，為實(shí)現(xiàn)工業(yè) 4.0 和智能制造奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

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