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        晶圓劃片——精準與可靠,保障良率

        時間:2022-06-18 16:48:52來源:貝加萊工業自動化(中國)有限公司

        導語:?自 2019 年開始,貝加萊逐漸開始拓展渠道伙伴計劃,以增強用戶服務便捷與即時響應能力。目前,已經有 30+ 的渠道伙伴,他們正在成為貝加萊解決方案的新力量,本文將為大家分享來自半導體制造渠道伙伴的應用案例。

          1 引言

          在半導體后道封裝中,通常會經過多個工序,晶圓經過減薄、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展,芯片的尺寸規格變得越來越小、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定性要求變得越來越高。

        芯片封裝工藝段流程及設備.png

        圖 1 芯片封裝工藝段流程及設備

        晶圓在經過前道減薄工序后,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方向將整個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整機臺, 切割后通過下料機構下料,以便后續工序的使用,如圖2 所示。

        晶圓切片.png

        圖 2 晶圓切片

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

            2 算法與數據處理能力的需求

          晶圓制程工藝非常復雜,歷經千辛萬苦的晶圓來到這里進行封裝,如果在這里出現缺陷而導致廢片,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,然后根據軌跡文件控制裁切刀連續的裁切,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據要實時傳輸并控制,還要存儲起來用于品質改善分析之用。

        總之,對于實時性、數據處理能力,是劃片機及半導體類設備比較常規性的高要求。

          3 傳統解決方案及存在問題

          半導體行業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,傳統上通常會采用Windows系統的工業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系統經常會出現軟件崩潰、“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,半導體產業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 槽位數是有限的。

        傳統采用 PC+PCI 卡的控制系統.png

        圖 3 傳統采用 PC+PCI 卡的控制系統

          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——億德同創與該客戶建立了聯系,并推薦了整套方案,但是,半導體行業必須謹慎,大家達成一致后,決定分為兩步走,先把機器的穩定和擴展性這個問題解決,這是基礎,關乎到基本的品質問題。

          最初,億德同創認為可以直接基于APC或Panel PC 系列來替換整個原來的系統, 但是, 考慮到原有的軟件也花費了較長的時間開發,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。  

          億德同創推薦了貝加萊的X20CP1382,這是一款被稱為“網紅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,以及1個標準以太網、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,保存在內存中,然后通過程序結構指針來訪問內存中的文件,并解析然后發送給運動控制及I/O來執行任務。

          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,才能去調整機臺的坐標控制伺服軸的精度,對于兩個不同的系統來說,處理這樣的事情還是比較麻煩的,不過,對于億德同創的工程師而言,倒也不是難事,他們寫了TCP/IP交互程序,能夠達到10mS數量級的調整,就把這個動態的交互問題解決了。

          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和貝加萊的產品與技術,他們也認為采用新的PC架構可以直接實現更為集成的架構,并且更為穩定可靠-—— 而程序的移植也并不存在問題。基于Hyper 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據處理的芯片, 加載Windows/Linux這樣的通用操作系統,來實現復雜的圖形圖像、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,工業級的PC無風扇設計、更為穩定、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PC上,整體穩定且可靠,同時存儲能力、數據處理能力、實時性等性能都在整體上邁上一個新臺階。

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

         

        X20CP1382 一個“網紅”的 PLC.png

        圖 4 X20CP1382 一個“網紅”的 PLC

          

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            圖 5 貝加萊 Hypervisor 技術

          5 億德同創,專業伙伴

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

          自2017年與貝加萊合作至今,億德同創在包裝、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, 也能充分發揮貝加萊系統的潛能,因此,獲得了客戶的高度信任,并且公司業務保持持續增長。

          正如億德同創的技術總監陳巍說道:“貝加萊系統最大的特點在于靈活性,這對于像我們這種以行業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、數據處理能力, 貝加萊的Automation Studio平臺以及Hypervisor控制器特別適合這一行業的應用需求。”


        標簽: PLC半導體

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