半導體制造工藝的復雜程度高居各行業(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？倍福憑借其自動化產(chǎn)品組合證明：先進的控制理念、靈活的通信標準以及精密協(xié)調(diào)的系統(tǒng)，不僅能夠提升半導體生產(chǎn)效率，還能確保其面向未來的適應能力。
在當前的主流電動汽車電子系統(tǒng)中，安裝的半導體組件數(shù)量已達到 3,000 至 8,000 個，用于實現(xiàn)電機控制、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，還是環(huán)保領(lǐng)域，半導體幾乎構(gòu)成了生活各個領(lǐng)域創(chuàng)新與進步的基礎(chǔ)。因此，半導體行業(yè)在我們的社會中占據(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，同時伴隨著成本壓力的日益加劇。自動化技術(shù)是半導體制造領(lǐng)域成功應對這些挑戰(zhàn)的關(guān)鍵驅(qū)動力 — 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。最先進的處理器往往包含幾十億個晶體管， 為實現(xiàn)這一目標，需要在晶圓上實現(xiàn)幾個納米級結(jié)構(gòu)間距。這直接引出了第二個特點：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產(chǎn)品型號的不斷變化，在保證極致品質(zhì)的同時實現(xiàn)高吞吐率。這就使得先進自動化技術(shù)的應用不可或缺。
—— 倍福半導體行業(yè)經(jīng)理Marcel Ellwart
EtherCAT — 半導體行業(yè)的技術(shù)標準
自動化專家倍福憑借廣泛而全面的產(chǎn)品線，能夠完美契合半導體行業(yè)紛繁復雜的工藝與應用需求。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)場總線標準，它早已確立在半導體制造領(lǐng)域通信協(xié)議的領(lǐng)導地位。”Marcel Ellwart 強調(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)定一致的實時性能、高度靈活性和出色的可擴展性。“EtherCAT 憑借其開放式架構(gòu)與廠商的廣泛認可，能夠輕松集成從傳感器、執(zhí)行器到復雜控制系統(tǒng)在內(nèi)的各類組件與系統(tǒng)。”這位行業(yè)經(jīng)理進一步指出。
倍福通過基于 PC 的控制技術(shù)，為半導體行業(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化任務， 不僅涵蓋 PLC，還集成了 HMI、運動控制、測量技術(shù)與機器視覺功能。TwinCAT 3 軟件平臺將工業(yè) PC 轉(zhuǎn)化為適用于所有開發(fā)和 Runtime 的高效實時控制系統(tǒng)。為滿足半導體行業(yè)的多樣化需求，該自動化軟件采用模塊化設(shè)計，并可通過眾多功能靈活擴展。
解鎖特殊行業(yè)價值密碼
倍福通過其全面的產(chǎn)品組合，為半導體行業(yè)應對上述挑戰(zhàn)提供高性能解決方案。其中包含多項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體制造業(yè)帶來了巨大潛力。倍福已將機器學習功能集成到 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 運行。從數(shù)據(jù)收集和模型訓練到學習模型的最終執(zhí)行，用戶可獲得一個不會綁定任何平臺、完全開放的工作流程。倍福目前已實現(xiàn)的人工智能應用包括：用于預測性維護的異常檢測、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)過程復雜繁瑣的 I/O 板卡。這些模塊直接插接在信號分配板上，將信號和/或電壓分配至專用連接器，實現(xiàn)時間、成本和空間的三重節(jié)省，同時徹底杜絕接線錯誤的風險。 與典型的 EtherCAT 端子模塊一樣，EJ 模塊也提供豐富的信號類型，并完全集成了安全功能和運動控制功能。
•為降低系統(tǒng)復雜度，倍福將伺服電機和步進電機的驅(qū)動控制功能直接集成至 I/O 模塊中。在 48 V 直流應用領(lǐng)域，通過 EtherCAT 插拔式模塊、伺服電機端子模塊或端子盒與 AM8100 電機系列結(jié)合，可構(gòu)建結(jié)構(gòu)極其緊湊，兼具高動態(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)動器。
•在測量技術(shù)領(lǐng)域，倍福的產(chǎn)品陣容同樣契合半導體行業(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)時始終保持穩(wěn)定可靠。TwinCAT 自動化軟件為生成的數(shù)據(jù)分析提供了專業(yè)的工具支撐。
•倍福機器視覺解決方案將實時圖像處理技術(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。該方案打破了機器視覺技術(shù)與自動化技術(shù)之間的傳統(tǒng)壁壘。同時，機器視覺組件產(chǎn)品系列，包括工業(yè)相機、光學鏡頭、光源以及 TwinCAT Vision 軟件，都采用穩(wěn)健設(shè)計，具有高可擴展性及長期供貨保障。
•XPlanar 正在革新半導體行業(yè)的輸送流程。這款平面電機系統(tǒng)能夠高動態(tài)、高精度且高度靈活地輸送工件，不僅適用于系統(tǒng)內(nèi)，還可實現(xiàn)設(shè)備間輸送。動子以非接觸方式彼此獨立地沿著預設(shè)的路線運行。每個動子都可以相互超越，并且可以在不影響生產(chǎn)流程的情況下從生產(chǎn)流撤出或進入等候區(qū)。
倍福半導體行業(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，成功在半導體生產(chǎn)的全價值鏈環(huán)節(jié)中，完成了大量應用的自動化應用，取得了顯著的成果。以下這些曾刊載于倍?！禤C Contorl》客戶雜志中的典型案例，生動展現(xiàn)了我們解決方案的廣泛適用性。
單晶生長：晶盛機電在其單晶爐自動化應用中采用了倍福解決方案，它由嵌入式控制器、TwinCAT 3 自動化軟件和 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、可擴展性及集成性方面實現(xiàn)顯著提升。其工藝控制核心在于精準溫控 — 通過長時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，實現(xiàn)了功能擴展，配備 OPC UA 和云接口，提供靈活的定制選項，并使安裝時間縮減 50%。
芯片搬運：Mühlbauer 公司在其應用于半導體制造后道工藝的高精度芯片分選機中同樣采用了 EJ 插拔式模塊。該方案實現(xiàn)了每小時 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 EtherCAT 插拔式模塊的特制信號分配板將數(shù)字量和模擬量 I/O、增量編碼器、步進電機模塊，以及陶瓷電機和壓電電機的供電邏輯與伺服驅(qū)動器整合于一體。
新材料：氧化鎵在新型半導體材料生產(chǎn)領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的應用潛力。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)，進而無縫集成現(xiàn)有現(xiàn)場設(shè)備。
先進封裝：在微型化浪潮的推動下，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， 旨在實現(xiàn) 5 微米分辨率與極低套刻誤差?？刂破魍ㄟ^基于 PC 的控制技術(shù)、EtherCAT 和 XFC 極速控制技術(shù)，實現(xiàn)了實時同步與精確定位。
人工智能與邊緣計算：開啟智能新時代
這些應用案例充分證明，半導體制造正步入一個全新時代。“倍福自動化解決方案為應對新挑戰(zhàn)，推進智能制造奠定了堅實基礎(chǔ)。”Marcel Ellwart 總結(jié)道。基于 PC 的控制技術(shù)、強大的數(shù)據(jù)處理能力與 EtherCAT 實時通信技術(shù)融合，使集成人工智能算法實現(xiàn)工藝優(yōu)化成為可能。邊緣計算解決方案助力在設(shè)備端直接進行分布式數(shù)據(jù)分析，縮短響應時間并提升系統(tǒng)可用性。這些創(chuàng)新實踐為未來構(gòu)建更高效、更靈活、更可持續(xù)的半導體生產(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。作為全球自動化技術(shù)的驅(qū)動者，倍福定義了自動化領(lǐng)域的許多標準，是國際標準的制定者和推動者。公司所生產(chǎn)的工業(yè) PC、現(xiàn)場總線模塊、驅(qū)動產(chǎn)品和 TwinCAT 自動化軟件構(gòu)成了一套完整的、相互兼容的控制系統(tǒng)，可為各個工控領(lǐng)域提供開放式自動化系統(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 多家分支機構(gòu)，加上全球的合作伙伴，業(yè)務遍及 70 多個國家和地區(qū)。
倍福于 1997 年進入中國市場，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用于風力發(fā)電、半導體、光伏太陽能、電子制造、金屬加工、包裝機械、印刷機械、塑料加工、輪胎加工、木材加工、玻璃機械、物流輸送以及樓宇自動化等眾多領(lǐng)域。
公司傾力推廣的 EtherCAT 實時工業(yè)以太網(wǎng)于 2014 年成為中國國家推薦性標準，并已入編工信部的《國家智能制造標準體系建設(shè)指南》。作為一家技術(shù)驅(qū)動型公司，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。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)和自動化技術(shù)完美融合在一起，為實現(xiàn)工業(yè) 4.0 和智能制造奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。
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