1 引言

　　在半導體后道封裝中，通常會經(jīng)過多個工序，晶圓經(jīng)過減薄、劃片、鍵合互連、切筋成型等工序形成可被后道應用的成品，而良品率對整個半導體來說是最核心的訴求，整個后道封裝過程如圖1所示。隨著手機、可穿戴設備等市場的快速發(fā)展，芯片的尺寸規(guī)格變得越來越小、引腳變得更多、先進封裝工藝如倒裝FC、晶圓級封裝WLP、系統(tǒng)級封裝SiP等也越來越多被引入，這些使得對于整個流程上下游設備的精度和穩(wěn)定性要求變得越來越高。

圖 1 芯片封裝工藝段流程及設備

晶圓在經(jīng)過前道減薄工序后，即進入劃片階段，劃片機就是其關鍵設備。劃片機的基本流程是將晶圓固定在藍膜(Mylar)上，使得切開不會散落，然后送料至工作臺，通過砂輪刀片沿著X,Y方向?qū)⒄麄€晶片精準地被劃分為一個個獨立的芯片， 并進行視覺在線檢測調(diào)整機臺， 切割后通過下料機構下料，以便后續(xù)工序的使用，如圖2 所示。

圖 2 晶圓切片

　　目前劃片機傳統(tǒng)上仍依賴進口，系統(tǒng)往往比較老—— 這也是半導體行業(yè)的一個顯著特點，不會輕易地進行系統(tǒng)切換，以避免潛在的風險。國內(nèi)某微電子裝備企業(yè)很早即布局該劃片機的開發(fā)，通過不懈努力，在該領域率先突破并開啟了國產(chǎn)化的進程。

　   2 算法與數(shù)據(jù)處理能力的需求

　 晶圓制程工藝非常復雜，歷經(jīng)千辛萬苦的晶圓來到這里進行封裝，如果在這里出現(xiàn)缺陷而導致廢片，這就意味著巨大的成本浪費，因此，劃片必須精準、穩(wěn)定，良品率是核心訴求，而要保障這一點，就必須在視覺檢測和運動控制之間實現(xiàn)高速同步功能，以便偏差隨時可以被糾正。

     在這個劃片的過程中，包含了上片、自動測量(高度、厚度等)、機器視覺定位、計算刀路、生成軌跡文件，然后根據(jù)軌跡文件控制裁切刀連續(xù)的裁切，最后下片。

      通常為了更高的精度，其中裁切砂輪運行在空氣軸承支撐的電機控制下，可以達到60000 RPM速度，這就使得劃片本身對檢測精度、響應要求極高，并且通過視覺檢測數(shù)據(jù)要實時傳輸并控制，還要存儲起來用于品質(zhì)改善分析之用。

總之，對于實時性、數(shù)據(jù)處理能力，是劃片機及半導體類設備比較常規(guī)性的高要求。

　　3 傳統(tǒng)解決方案及存在問題

　　半導體行業(yè)由于算法設計的復雜性以及圖形圖像處理方面的要求，因此，傳統(tǒng)上通常會采用Windows系統(tǒng)的工業(yè)PC來進行編程和任務的處理，一般會通過PCI的板卡來擴展I/O和其它設備。其常見架構如圖3 所示。但是， Windows系統(tǒng)經(jīng)常會出現(xiàn)軟件崩潰、“死機”等問題， 這會導致正在切割的過程可能會因此中斷，也會造成一些晶圓的損壞——這給他們造成很大的被動，要知道，半導體產(chǎn)業(yè)良品率和效率是其生命線。

       除了這個原因外，采用PCI的I/O擴展方式與PLC通用的分布式I/O架構相比，并不易于擴展，畢竟可用的PCI 槽位數(shù)是有限的。

圖 3 傳統(tǒng)采用 PC+PCI 卡的控制系統(tǒng)

　　但是，機器卻需要更多的檢測和控制的需求，這就使得原有的架構不能很好地滿足要求。因此，對于用戶來說，改變是一種必然的選擇——但是，改變也意味著風險，因此，他們需要非常謹慎的評價合作伙伴。

  4 靈活的合作

　　在這個時候，來自貝加萊的伙伴——億德同創(chuàng)與該客戶建立了聯(lián)系，并推薦了整套方案，但是，半導體行業(yè)必須謹慎，大家達成一致后，決定分為兩步走，先把機器的穩(wěn)定和擴展性這個問題解決，這是基礎，關乎到基本的品質(zhì)問題。

　　最初，億德同創(chuàng)認為可以直接基于APC或Panel PC 系列來替換整個原來的系統(tǒng)， 但是， 考慮到原有的軟件也花費了較長的時間開發(fā)，采用的是PCI卡的架構來處理——這種軟件和硬件的耦合關系也存在潛在遷徙的難度， 主要是劃片的軌跡文件需要處理，以及圖形圖像任務。但是，為了解決穩(wěn)定性問題，采用PLC來對這個軌跡文件存取和處理功能，已然解決了當前最大的問題，因為，即使上位的PC死機了，它也不會影響PLC的程序穩(wěn)定運行。而且，這個PLC還可以代替原有的PCI板卡，來控制變頻器、伺服和I/O?！　?/p>

　　億德同創(chuàng)推薦了貝加萊的X20CP1382，這是一款被稱為“網(wǎng)紅PLC”的緊湊型PLC，如圖4所示，它僅有手掌大，但是自身就配置了POWERLINK實時以太網(wǎng)，以及1個標準以太網(wǎng)、CAN接口、RS232、USB2.0接口，并且自帶32 點IO(包括1 路PT1000 溫度和2 路模擬量)， 比較經(jīng)濟。

　　在原有的PC上會生成一個劃片軌跡文件，這個文件被保存到指定的共享目錄， 通過通訊發(fā)送讀取命令給X20CP 1382，該P LC即通過共享文件方式讀取軌跡文件，保存在內(nèi)存中，然后通過程序結構指針來訪問內(nèi)存中的文件，并解析然后發(fā)送給運動控制及I/O來執(zhí)行任務。

　　其次，在另一方面，圖像處理和PLC之間的任務交互也是一個問題，必須能夠及時看到切片的情況，才能去調(diào)整機臺的坐標控制伺服軸的精度，對于兩個不同的系統(tǒng)來說，處理這樣的事情還是比較麻煩的，不過，對于億德同創(chuàng)的工程師而言，倒也不是難事，他們寫了TCP/IP交互程序，能夠達到10mS數(shù)量級的調(diào)整，就把這個動態(tài)的交互問題解決了。

　　5 更高性能的Hypervisor技術

　　在前期的愉快合作后，用戶也開始信任來自億德同創(chuàng)和貝加萊的產(chǎn)品與技術，他們也認為采用新的PC架構可以直接實現(xiàn)更為集成的架構，并且更為穩(wěn)定可靠-—— 而程序的移植也并不存在問題?；贖yper visor技術的PC，可以為不同任務尋求無縫連接的方案，如圖5 。今天，像Intel Core i系列或Apollo Lake級的芯片，采用多核技術， 并且擅長圖形圖像與數(shù)據(jù)處理的芯片， 加載Windows/Linux這樣的通用操作系統(tǒng)，來實現(xiàn)復雜的圖形圖像、算法任務。而另外的核則用于運行Automation Runtime這樣的RTOS，以保障實時任務處理能力。

　　這就很好地解決了原有商用PC的各種問題，工業(yè)級的PC無風扇設計、更為穩(wěn)定、抗震動。無論是原有的Windows任務，還是之前的X20CP1382的PLC程序，都可以被輕松移植到新的工業(yè)PC上，整體穩(wěn)定且可靠，同時存儲能力、數(shù)據(jù)處理能力、實時性等性能都在整體上邁上一個新臺階。

　　半導體行業(yè)需要一個穩(wěn)定的硬件架構、軟件架構來支撐其長期的創(chuàng)新設計，因此，像貝加萊這樣的平臺架構非常能夠滿足行業(yè)的需求。

圖 4 X20CP1382 一個“網(wǎng)紅”的 PLC

　　　　圖 5 貝加萊 Hypervisor 技術

　　5 億德同創(chuàng)，專業(yè)伙伴

　　作為貝加萊的合作伙伴，億德同創(chuàng)擁有非常了解客戶需求的專家，并且，他們可以根據(jù)客戶的需求，基于貝加萊的控制系統(tǒng)，來實現(xiàn)不同的任務需求。在硬件組合方面，根據(jù)任務的性能與功能需求，億德同創(chuàng)具備基于貝加萊全方案、基于POWERLINK、CANopen連接的第三方驅(qū)動技術;并且，在軟件支持方面，擁有非常專業(yè)的工程力量。

　　自2017年與貝加萊合作至今，億德同創(chuàng)在包裝、制藥、電子與半導體領域開啟深度的用戶合作，他們保持著貝加萊的解決方案能力， 也能充分發(fā)揮貝加萊系統(tǒng)的潛能，因此，獲得了客戶的高度信任，并且公司業(yè)務保持持續(xù)增長。

　　正如億德同創(chuàng)的技術總監(jiān)陳巍說道：“貝加萊系統(tǒng)最大的特點在于靈活性，這對于像我們這種以行業(yè)解決方案為主的伙伴來說至關重要，因為，我們總是面對各種變化的需求。半導體設備具有非常高的算法、數(shù)據(jù)處理能力， 貝加萊的Automation Studio平臺以及Hypervisor控制器特別適合這一行業(yè)的應用需求?！?/p>