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劃片工藝

劃片機是半導體制造后段封測工藝的關鍵設備之一，核心功能是將晶圓片表面上連接在一起的芯片，切割成單個芯片。晶圓上的芯片之間存在間隙，稱為劃片槽。

對于厚度通常在100um以上的晶圓一般使用刀輪劃片工藝，通過主軸驅動刀輪高速旋轉，下刀切割至指定深度位置。承載晶圓的工作臺沿X/Y軸移動，并在切割過程中以一定的進給速度沿劃片槽方向直線移動，使高速旋轉的刀輪持續完成切割。

（切割運動軌跡覆蓋整片晶圓直徑的方形區域）

切割路徑：先縱向沿豎向各條劃片槽依次完成逐條切割，再橫向重復切割過程，形成網格狀切割路徑，并在切削液輔助下進行冷卻與排屑，最終完成整片晶圓的切割。

（晶圓網格劃片槽布局與劃片工藝示意圖）

市場背景與行業痛點

隨著器件微小化推動劃片槽持續收窄，以及晶圓薄片化與新材料應用增加，劃片工藝的容差率降低，微小定位偏差會直接導致崩邊、分層、硅渣污染等問題，而造成良率波動。因此，劃片已從單純的“高速切割”工藝演變為對全片切割一致性與穩定性高度敏感的關鍵工藝環節。

（劃片機的核心工作流程）

在劃片全過程中，運動控制系統需要對位置、進給與切割速度、Z軸下刀切割深度進行實時控制，μ級實時誤差補償，以確保刀輪位移軌跡持續準確、一致。

（刀輪劃片單次切割運動過程示意圖）

現有方案瓶頸與行業需求

當前瓶頸在于，傳統“PC+非硬實時運動控制架構”受限于軟件執行鏈路與通信周期，操作系統調度、線程搶占及中斷處理等因素會引入不可預測的時間延遲與周期抖動，從而限制多軸同步精度，使高速運行與高精度控制難以同時兼顧。

PLC+觸摸屏+工控機+視覺

操作繁瑣、集成度低，工藝流程效率差，響應延遲，受PLC掃描周期限制，系統響應時間>100ms，無法滿足高速應用。

PCI脈沖控制卡+工控機+視覺

依賴PCI總線進行數據交互，通信延遲約50–80u且有抖動，退刀/換道等邏輯控制延遲明顯，影響加工精度與長期運行穩定性。

每軸需單獨部署脈沖/方向線，線路節點多，故障排查難度大，維護成本高。因此，客戶迫切需要一種兼具高精度、易集成、高性價比的國產化運動控制解決方案。

本篇通過介紹XPCIE1032H運動控制卡在劃片機上的應用，展現其技術優勢與落地價值。

正運動技術解決方案：XPCIE1032H在劃片機中的應用

為突破傳統方案瓶頸，正運動技術采用“工控機+XPCIE1032H超高速實時運動控制卡+機器視覺”的核心架構，通過純國產運動控制實時內核MotionRT750、高精度補償算法、硬件鎖存、EtherCAT和PCIe實時總線，通過共享內存方式實現主機→控制卡高速通信，實現端到端邊緣部署，從實時數據處理到運動控制輸出，來提升劃片機整體加工性能提升。

方案采用EtherCAT統一組網接線簡單，簡化布線，減少線束節點與潛在故障點，并為工控機安裝與布局提供更大靈活性，支持多任務并行進行，提供完整的API開發函數庫。

▌XPCIE1032H 應用效果

• 切割精度：由之前的0.012mm提升至0.003mm，降低硅材浪費；

• 設備穩定性：系統停機率顯著降低，平均無故障運行時間延長5倍；

• 切割效率：采用MotionRT750運動控制實時內核，進行工藝優化，效率提升10%以上；

• 維護成本：人工干預頻次減少，大幅降低年故障維護成本。

XPCIE1032H 在劃片機核心控制技術

（劃片機解決方案硬件架構）

Z軸高精度急停退刀

XPCIE1032H搭載MotionRT750實時內核，通過RTBasic指令將退刀邏輯寫入實時層，采用精準脈沖停止模式，搭配板載高速硬件鎖存功能實時獲取Z軸位置信號，不依賴上位機，誤差可控在μ級，機臺無抖動。

（硬件鎖存）

μ級雙向螺距補償

在劃片機中，因機械傳動有固有誤差，通過激光干涉儀檢測各段距離偏差，記錄形成補償表格，調用控制卡PITCHSET補償指令，指令根據補償文件的補償值自動修正Y軸正向/反向運動偏差，確保刀輪精確到達預定位置，實現3μ級切割精度要求。

（螺距補償）

（劃片機坐標示意圖）

支持市面上標準劃片工藝

支持客戶自定義劃片配方文件，支持全切，半切，雙切等刀輪劃片工藝，來實現切割至目標深度位置。

全切：

半切：

雙切：

劃片機核心工藝控制流程

劃片機主要由上料機構、X/Y定位平臺、Z軸切割機構、R軸旋轉機構、急停保護機構、下料機構組成。

XPCIE1032H在劃片機應用的核心優勢

01.純國產MotionRT750實時內核，獨占x86 CPU內核

XPCIE1032H搭載Windows運動控制實時內核MotionRT750，采用“Windows非實時層+MotionRT750實時層”雙架構。

實時層獨占x86 CPU 1個物理內核，隔絕Windows系統波動（如進程占用、內存調度）影響，運動控制周期穩定無抖動；

非實時層可運行VS、Qt、LabVIEW等開發視覺軟件，運動控制跑在MotionRT750實時層，大幅提升開發與調試效率。

02.高交互，指令交互周期快至us級

XPCIE1032H直接調用工控機CPU與內存計算，無需依賴PCI/網口等外部總線，與PC上位機的指令交互速率較傳統方案呈量級提升，實測數據如下。

使劃片機實現 “PC上位機→實時內核控制” 閉環響應快至us級，效率與精度大幅提升。

03.強實時，控制周期快至50us

精度與實時性雙升級：搭載MotionRT750實時內核，獨占x86 CPU物理內核，控制周期最快達50us，退刀邏輯通過實時層執行，誤差遠低于傳統模式，機臺無抖動。

04.更穩定、更安全、更可靠

晶圓劃片機需7*24H不間斷運行，XPCIE1032H通過雙重保障提升系統穩定性。

• EtherCAT總線冗余：支持主備雙總線設計，斷線時自動切換，停機風險降低90%；

• 無懼PC藍屏：Windows系統藍屏時，MotionRT750實時層獨立運行，急停按鈕、運動鎖存、IO 信號正常響應，避免工件損壞與生產中斷，藍屏恢復后無需重新調試，可快速恢復運行和安全生產。

XPCIE1032H 產品硬件性能特點

• 多軸控制能力：支持6-64軸EtherCAT總線 + 脈沖混合控制，其中4路單端500KHz脈沖輸出，兼容伺服/步進驅動器；

• 高速同步性能：32軸EtherCAT同步周期125us，控制周期最快50us，支持多卡聯動擴展；

• IO與飛拍功能：板載16路通用輸入（8路高速輸入）、16路通用輸出（16路高速輸出），支持16路獨立硬件PSO（位置比較輸出），飛拍觸發延遲1us；

• 運動控制功能：支持直線插補、圓弧插補、SS曲線加減速、連續軌跡前瞻；集成電子凸輪、電子齒輪、位置鎖存、螺距補償等功能；

• 編程與交互：支持內置RTBasic語言編程，可獨立執行退刀、補償等核心邏輯，無需依賴上位機。支持C++/C#/Python/Qt/ROS等多種上位機語言開發，全系列產品共用一套API函數；

• 兼容性與可靠性：支持Windows/Linux系統，兼容Halcon、VisionPro等主流視覺軟件，EtherCAT總線冗余設計，無懼PC藍屏，7×24小時運行穩定性強。                                             

正運動技術專注于運動控制技術研究和通用運動控制軟硬件產品的研發，是國家級高新技術企業。正運動技術匯集了來自華為、中興等公司的優秀人才，在堅持自主創新的同時，積極聯合各大高校協同運動控制基礎技術的研究，是國內工控領域發展最快的企業之一，也是國內少有、完整掌握運動控制核心技術和實時工控軟件平臺技術的企業。主要業務有：運動控制卡_運動控制器_EtherCAT運動控制卡_EtherCAT控制器_運動控制系統_視覺控制器__運動控制PLC_運動控制_機器人控制器_視覺定位_XPCIe/XPCI系列運動控制卡等等。