後摩爾定律時代,半導體製程智慧化刻不容緩

作者 | 發布日期 2019 年 09 月 03 日 18:14 | 分類 AI 人工智慧 , 尖端科技 , 晶圓 follow us in feedly


半導體產業基於其不斷邁向功能複雜化、產品極小化的趨勢,同時持續對物理極限展開技術挑戰,因此在自動化、物聯網與感測器、機器人、大數據分析與智慧管理等不同面向,成熟度均領先於其他製造相關產業。對這個產業來說,除了如台積電創辦人張忠謀所言,降低「生產週期」至關重要;藉由能自我檢測並調校的智能設備,讓產線不斷優化,更是每家業者追求的目標。

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在 5G、AI 人工智慧等發展浪潮下,IC 應用邁向多元化與極致效能。需求帶動技術成長,而技術成長也引領半導體產業所需的設備相應升級。當工業 4.0 的概念逐漸落實,設備智能化也從單純的硬體升級走向軟硬整合,以達到即時資料採集及分析,並協助決策。

設備智能化的相關解決方案包含以下領域:運動控制與機器視覺、設備預防性維護、內部閘道協定、邊緣運算、遠端控制與工業網路等。為了將 AI 與機器學習技術導入設備,以及隨之而來的更多數據及運算需求,具備高速及高效傳輸速率的 PCIe 匯流排技術在工業領域重要性不斷提升;搭配以 PC-Based 為基礎的控制系統與自動化解決方案,得以整合並滿足更多複雜設備的需求。

以半導體產業後段的測試、組裝、封裝等製程為例,由於封裝速度大躍進,在達到高度精確的同時,還得保有高產能,因此需要更精準的運動控制視覺檢測系統,還必須易於安裝與維護,讓產線隨時處在最佳狀態。

運動控制

運動控制是自動化的核心技術,透過對機械運動部件的位置、速度等進行即時管理,能使設備按照預期的軌跡和規定的參數進行動作。而目前基於乙太網的現場匯流排的工業網路系統 EtherCAT(乙太網控制自動化技術),由於具備極短的通訊週期與精確的同步時間,在自動化控制領域中成為主流。EtherCAT 的解決方案包含 PCI/PCIe 運動控制卡搭配工業電腦、PAC 模組化控制器,以及一體式控制器等,能應付不同製造場景。其中像是研華科技(Advantech)推出的 PCIE-1203L-64AE 運動控制卡,因為具備以下規格,成為分散式 EtherCAT 解決方案中的強力產品,包括:667MHz 雙核 ARM 處理器、2 個 EtherCAT 端口供給高性能的運動和 I/O 應用、支援通用運動軟體開發套件(SDK)可快速開發應用程序、最多支援 64 軸運動控制、點對點移動、2 軸線性插補,並且支援可編程加速/減速率以及可編程中斷等。

機器視覺與影像擷取

機器視覺則因為有引導(定位)、量測、檢測、與判讀條碼/光學字元辨識(OCR)等用途,在奈米等級的半導體製程中,不但能協助機器手臂定位加工,也能提升檢測品質,並在最後 IC 成品裝料打包時記錄生產批量內容,讓效率不會受人力波動及疏失影響而減低。研華科技專為工業和視覺應用而設計的 PCIE-1154-AE 影像擷取卡,具有 4 個 PCIe 以及 4 個 USB 3.0 端口可以擴充,配備 Fresco FL1100 USB 3.0 主機控制器和 5 Gbps 的獨立頻寬,還可供應 1500 mA 電流,以確保外部工廠自動化和醫療應用的 USB 相機穩定供電。

資料採集

而為了監控設備狀態、並且隨時能夠進行調校、優化流程甚至是進行預防性維護,則需要藉由感測器和平台上的量測軟體,將偵測到的各種參數轉為數位訊號,透過 USB、PCI、PCIe 或乙太網等匯流排送到主機中進行分析處理。如 PCIE-1816-AE 的多重功能卡,可用於不同類別的資料(訊號)採集,其具備 16 個類比輸入,最高達 1 MS/s、16 位分辨率,支援 A/O 的類比和數位觸發器以及 AO 波形生成,還有 24 個可編程的數位 I/O 線,以及 4K 樣本 FIFO 記憶體。

隨著半導體產業邁入後摩爾定律時代,複雜製程迫使終端設備必須愈趨智慧化,PC-Based 控制系統與分散式運算架構因強大的效能、高開放性與運算能力,讓 PCIe 模組化解決方案得以滿足系統整合商與工廠經營者的升級需求,幫助設備更聰明。

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(首圖來源:Shutterstock)