1 引言

　　在半導(dǎo)體后道封裝中，通常會(huì)經(jīng)過(guò)多個(gè)工序，晶圓經(jīng)過(guò)減薄、劃片、鍵合互連、切筋成型等工序形成可被后道應(yīng)用的成品，而良品率對(duì)整個(gè)半導(dǎo)體來(lái)說(shuō)是最核心的訴求，整個(gè)后道封裝過(guò)程如圖1所示。隨著手機(jī)、可穿戴設(shè)備等市場(chǎng)的快速發(fā)展，芯片的尺寸規(guī)格變得越來(lái)越小、引腳變得更多、先進(jìn)封裝工藝如倒裝FC、晶圓級(jí)封裝WLP、系統(tǒng)級(jí)封裝SiP等也越來(lái)越多被引入，這些使得對(duì)于整個(gè)流程上下游設(shè)備的精度和穩(wěn)定性要求變得越來(lái)越高。

圖 1 芯片封裝工藝段流程及設(shè)備

晶圓在經(jīng)過(guò)前道減薄工序后，即進(jìn)入劃片階段，劃片機(jī)就是其關(guān)鍵設(shè)備。劃片機(jī)的基本流程是將晶圓固定在藍(lán)膜(Mylar)上，使得切開(kāi)不會(huì)散落，然后送料至工作臺(tái)，通過(guò)砂輪刀片沿著X,Y方向?qū)⒄麄€(gè)晶片精準(zhǔn)地被劃分為一個(gè)個(gè)獨(dú)立的芯片， 并進(jìn)行視覺(jué)在線檢測(cè)調(diào)整機(jī)臺(tái)， 切割后通過(guò)下料機(jī)構(gòu)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(jī)傳統(tǒng)上仍依賴進(jìn)口，系統(tǒng)往往比較老—— 這也是半導(dǎo)體行業(yè)的一個(gè)顯著特點(diǎn)，不會(huì)輕易地進(jìn)行系統(tǒng)切換，以避免潛在的風(fēng)險(xiǎn)。國(guó)內(nèi)某微電子裝備企業(yè)很早即布局該劃片機(jī)的開(kāi)發(fā)，通過(guò)不懈努力，在該領(lǐng)域率先突破并開(kāi)啟了國(guó)產(chǎn)化的進(jìn)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(fù)雜，歷經(jīng)千辛萬(wàn)苦的晶圓來(lái)到這里進(jìn)行封裝，如果在這里出現(xiàn)缺陷而導(dǎo)致廢片，這就意味著巨大的成本浪費(fèi)，因此，劃片必須精準(zhǔn)、穩(wěn)定，良品率是核心訴求，而要保障這一點(diǎn)，就必須在視覺(jué)檢測(cè)和運(yùn)動(dòng)控制之間實(shí)現(xiàn)高速同步功能，以便偏差隨時(shí)可以被糾正。

     在這個(gè)劃片的過(guò)程中，包含了上片、自動(dòng)測(cè)量(高度、厚度等)、機(jī)器視覺(jué)定位、計(jì)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(yùn)行在空氣軸承支撐的電機(jī)控制下，可以達(dá)到60000 RPM速度，這就使得劃片本身對(duì)檢測(cè)精度、響應(yīng)要求極高，并且通過(guò)視覺(jué)檢測(cè)數(shù)據(jù)要實(shí)時(shí)傳輸并控制，還要存儲(chǔ)起來(lái)用于品質(zhì)改善分析之用。

總之，對(duì)于實(shí)時(shí)性、數(shù)據(jù)處理能力，是劃片機(jī)及半導(dǎo)體類設(shè)備比較常規(guī)性的高要求。

　　3 傳統(tǒng)解決方案及存在問(wèn)題

　　半導(dǎo)體行業(yè)由于算法設(shè)計(jì)的復(fù)雜性以及圖形圖像處理方面的要求，因此，傳統(tǒng)上通常會(huì)采用Windows系統(tǒng)的工業(yè)PC來(lái)進(jìn)行編程和任務(wù)的處理，一般會(huì)通過(guò)PCI的板卡來(lái)擴(kuò)展I/O和其它設(shè)備。其常見(jiàn)架構(gòu)如圖3 所示。但是， Windows系統(tǒng)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)軟件崩潰、“死機(jī)”等問(wèn)題， 這會(huì)導(dǎo)致正在切割的過(guò)程可能會(huì)因此中斷，也會(huì)造成一些晶圓的損壞——這給他們?cè)斐珊艽蟮谋粍?dòng)，要知道，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)良品率和效率是其生命線。

       除了這個(gè)原因外，采用PCI的I/O擴(kuò)展方式與PLC通用的分布式I/O架構(gòu)相比，并不易于擴(kuò)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(jī)器卻需要更多的檢測(cè)和控制的需求，這就使得原有的架構(gòu)不能很好地滿足要求。因此，對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，改變是一種必然的選擇——但是，改變也意味著風(fēng)險(xiǎn)，因此，他們需要非常謹(jǐn)慎的評(píng)價(jià)合作伙伴。

  4 靈活的合作

　　在這個(gè)時(shí)候，來(lái)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(dǎo)體行業(yè)必須謹(jǐn)慎，大家達(dá)成一致后，決定分為兩步走，先把機(jī)器的穩(wěn)定和擴(kuò)展性這個(gè)問(wèn)題解決，這是基礎(chǔ)，關(guān)乎到基本的品質(zhì)問(wèn)題。

　　最初，億德同創(chuàng)認(rèn)為可以直接基于APC或Panel PC 系列來(lái)替換整個(gè)原來(lái)的系統(tǒng)， 但是， 考慮到原有的軟件也花費(fèi)了較長(zhǎng)的時(shí)間開(kāi)發(fā)，采用的是PCI卡的架構(gòu)來(lái)處理——這種軟件和硬件的耦合關(guān)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(wù)。但是，為了解決穩(wěn)定性問(wèn)題，采用PLC來(lái)對(duì)這個(gè)軌跡文件存取和處理功能，已然解決了當(dāng)前最大的問(wèn)題，因?yàn)?，即使上位的PC死機(jī)了，它也不會(huì)影響PLC的程序穩(wěn)定運(yùn)行。而且，這個(gè)PLC還可以代替原有的PCI板卡，來(lái)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(shí)時(shí)以太網(wǎng)，以及1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)、CAN接口、RS232、USB2.0接口，并且自帶32 點(diǎn)IO(包括1 路PT1000 溫度和2 路模擬量)， 比較經(jīng)濟(jì)。

　　在原有的PC上會(huì)生成一個(gè)劃片軌跡文件，這個(gè)文件被保存到指定的共享目錄， 通過(guò)通訊發(fā)送讀取命令給X20CP 1382，該P(yáng) LC即通過(guò)共享文件方式讀取軌跡文件，保存在內(nèi)存中，然后通過(guò)程序結(jié)構(gòu)指針來(lái)訪問(wèn)內(nèi)存中的文件，并解析然后發(fā)送給運(yùn)動(dòng)控制及I/O來(lái)執(zhí)行任務(wù)。

　　其次，在另一方面，圖像處理和PLC之間的任務(wù)交互也是一個(gè)問(wèn)題，必須能夠及時(shí)看到切片的情況，才能去調(diào)整機(jī)臺(tái)的坐標(biāo)控制伺服軸的精度，對(duì)于兩個(gè)不同的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，處理這樣的事情還是比較麻煩的，不過(guò)，對(duì)于億德同創(chuàng)的工程師而言，倒也不是難事，他們寫(xiě)了TCP/IP交互程序，能夠達(dá)到10mS數(shù)量級(jí)的調(diào)整，就把這個(gè)動(dòng)態(tài)的交互問(wèn)題解決了。

　　5 更高性能的Hypervisor技術(shù)

　　在前期的愉快合作后，用戶也開(kāi)始信任來(lái)自億德同創(chuàng)和貝加萊的產(chǎn)品與技術(shù)，他們也認(rèn)為采用新的PC架構(gòu)可以直接實(shí)現(xiàn)更為集成的架構(gòu)，并且更為穩(wěn)定可靠-—— 而程序的移植也并不存在問(wèn)題。基于Hyper visor技術(shù)的PC，可以為不同任務(wù)尋求無(wú)縫連接的方案，如圖5 。今天，像Intel Core i系列或Apollo Lake級(jí)的芯片，采用多核技術(shù)， 并且擅長(zhǎng)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(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的圖形圖像、算法任務(wù)。而另外的核則用于運(yùn)行Automation Runtime這樣的RTOS，以保障實(shí)時(shí)任務(wù)處理能力。

　　這就很好地解決了原有商用PC的各種問(wèn)題，工業(yè)級(jí)的PC無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì)、更為穩(wěn)定、抗震動(dòng)。無(wú)論是原有的Windows任務(wù)，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(shí)存儲(chǔ)能力、數(shù)據(jù)處理能力、實(shí)時(shí)性等性能都在整體上邁上一個(gè)新臺(tái)階。

　　半導(dǎo)體行業(yè)需要一個(gè)穩(wěn)定的硬件架構(gòu)、軟件架構(gòu)來(lái)支撐其長(zhǎng)期的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，因此，像貝加萊這樣的平臺(tái)架構(gòu)非常能夠滿足行業(yè)的需求。

圖 4 X20CP1382 一個(gè)“網(wǎng)紅”的 PLC

　　　　圖 5 貝加萊 Hypervisor 技術(shù)

　　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(lái)實(shí)現(xiàn)不同的任務(wù)需求。在硬件組合方面，根據(jù)任務(wù)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(dòng)技術(shù);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(dǎo)體領(lǐng)域開(kāi)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(wù)保持持續(xù)增長(zhǎng)。

　　正如億德同創(chuàng)的技術(shù)總監(jiān)陳巍說(shuō)道：“貝加萊系統(tǒng)最大的特點(diǎn)在于靈活性，這對(duì)于像我們這種以行業(yè)解決方案為主的伙伴來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，因?yàn)?，我們總是面?duì)各種變化的需求。半導(dǎo)體設(shè)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(tái)以及Hypervisor控制器特別適合這一行業(yè)的應(yīng)用需求?！?/p>