劃片工藝

劃片機(jī)是半導(dǎo)體制造后段封測(cè)工藝的關(guān)鍵設(shè)備之一，核心功能是將晶圓片表面上連接在一起的芯片，切割成單個(gè)芯片。晶圓上的芯片之間存在間隙，稱為劃片槽。

對(duì)于厚度通常在100um以上的晶圓一般使用刀輪劃片工藝，通過主軸驅(qū)動(dòng)刀輪高速旋轉(zhuǎn)，下刀切割至指定深度位置。承載晶圓的工作臺(tái)沿X/Y軸移動(dòng)，并在切割過程中以一定的進(jìn)給速度沿劃片槽方向直線移動(dòng)，使高速旋轉(zhuǎn)的刀輪持續(xù)完成切割。

（切割運(yùn)動(dòng)軌跡覆蓋整片晶圓直徑的方形區(qū)域）

切割路徑：先縱向沿豎向各條劃片槽依次完成逐條切割，再橫向重復(fù)切割過程，形成網(wǎng)格狀切割路徑，并在切削液輔助下進(jìn)行冷卻與排屑，最終完成整片晶圓的切割。

（晶圓網(wǎng)格劃片槽布局與劃片工藝示意圖）

市場(chǎng)背景與行業(yè)痛點(diǎn)

隨著器件微小化推動(dòng)劃片槽持續(xù)收窄，以及晶圓薄片化與新材料應(yīng)用增加，劃片工藝的容差率降低，微小定位偏差會(huì)直接導(dǎo)致崩邊、分層、硅渣污染等問題，而造成良率波動(dòng)。因此，劃片已從單純的“高速切割”工藝演變?yōu)閷?duì)全片切割一致性與穩(wěn)定性高度敏感的關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)。

（劃片機(jī)的核心工作流程）

在劃片全過程中，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)需要對(duì)位置、進(jìn)給與切割速度、Z軸下刀切割深度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，μ級(jí)實(shí)時(shí)誤差補(bǔ)償，以確保刀輪位移軌跡持續(xù)準(zhǔn)確、一致。

（刀輪劃片單次切割運(yùn)動(dòng)過程示意圖）

現(xiàn)有方案瓶頸與行業(yè)需求

當(dāng)前瓶頸在于，傳統(tǒng)“PC+非硬實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制架構(gòu)”受限于軟件執(zhí)行鏈路與通信周期，操作系統(tǒng)調(diào)度、線程搶占及中斷處理等因素會(huì)引入不可預(yù)測(cè)的時(shí)間延遲與周期抖動(dòng)，從而限制多軸同步精度，使高速運(yùn)行與高精度控制難以同時(shí)兼顧。

PLC+觸摸屏+工控機(jī)+視覺

操作繁瑣、集成度低，工藝流程效率差，響應(yīng)延遲，受PLC掃描周期限制，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間>100ms，無法滿足高速應(yīng)用。

PCI脈沖控制卡+工控機(jī)+視覺

依賴PCI總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，通信延遲約50–80u且有抖動(dòng)，退刀/換道等邏輯控制延遲明顯，影響加工精度與長期運(yùn)行穩(wěn)定性。

每軸需單獨(dú)部署脈沖/方向線，線路節(jié)點(diǎn)多，故障排查難度大，維護(hù)成本高。因此，客戶迫切需要一種兼具高精度、易集成、高性價(jià)比的國產(chǎn)化運(yùn)動(dòng)控制解決方案。

本篇通過介紹XPCIE1032H運(yùn)動(dòng)控制卡在劃片機(jī)上的應(yīng)用，展現(xiàn)其技術(shù)優(yōu)勢(shì)與落地價(jià)值。

正運(yùn)動(dòng)技術(shù)解決方案：XPCIE1032H在劃片機(jī)中的應(yīng)用

為突破傳統(tǒng)方案瓶頸，正運(yùn)動(dòng)技術(shù)采用“工控機(jī)+XPCIE1032H超高速實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制卡+機(jī)器視覺”的核心架構(gòu)，通過純國產(chǎn)運(yùn)動(dòng)控制實(shí)時(shí)內(nèi)核MotionRT750、高精度補(bǔ)償算法、硬件鎖存、EtherCAT和PCIe實(shí)時(shí)總線，通過共享內(nèi)存方式實(shí)現(xiàn)主機(jī)→控制卡高速通信，實(shí)現(xiàn)端到端邊緣部署，從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理到運(yùn)動(dòng)控制輸出，來提升劃片機(jī)整體加工性能提升。

方案采用EtherCAT統(tǒng)一組網(wǎng)接線簡單，簡化布線，減少線束節(jié)點(diǎn)與潛在故障點(diǎn)，并為工控機(jī)安裝與布局提供更大靈活性，支持多任務(wù)并行進(jìn)行，提供完整的API開發(fā)函數(shù)庫。

▌XPCIE1032H 應(yīng)用效果

切割精度：由之前的0.012mm提升至0.003mm，降低硅材浪費(fèi)；

設(shè)備穩(wěn)定性：系統(tǒng)停機(jī)率顯著降低，平均無故障運(yùn)行時(shí)間延長5倍；

切割效率：采用MotionRT750運(yùn)動(dòng)控制實(shí)時(shí)內(nèi)核，進(jìn)行工藝優(yōu)化，效率提升10%以上；

維護(hù)成本：人工干預(yù)頻次減少，大幅降低年故障維護(hù)成本。

XPCIE1032H 在劃片機(jī)核心控制技術(shù)

（劃片機(jī)解決方案硬件架構(gòu)）

Z軸高精度急停退刀

XPCIE1032H搭載MotionRT750實(shí)時(shí)內(nèi)核，通過RTBasic指令將退刀邏輯寫入實(shí)時(shí)層，采用精準(zhǔn)脈沖停止模式，搭配板載高速硬件鎖存功能實(shí)時(shí)獲取Z軸位置信號(hào)，不依賴上位機(jī)，誤差可控在μ級(jí)，機(jī)臺(tái)無抖動(dòng)。

（硬件鎖存）

μ級(jí)雙向螺距補(bǔ)償

在劃片機(jī)中，因機(jī)械傳動(dòng)有固有誤差，通過激光干涉儀檢測(cè)各段距離偏差，記錄形成補(bǔ)償表格，調(diào)用控制卡PITCHSET補(bǔ)償指令，指令根據(jù)補(bǔ)償文件的補(bǔ)償值自動(dòng)修正Y軸正向/反向運(yùn)動(dòng)偏差，確保刀輪精確到達(dá)預(yù)定位置，實(shí)現(xiàn)3μ級(jí)切割精度要求。

（螺距補(bǔ)償）

（劃片機(jī)坐標(biāo)示意圖）

支持市面上標(biāo)準(zhǔn)劃片工藝

支持客戶自定義劃片配方文件，支持全切，半切，雙切等刀輪劃片工藝，來實(shí)現(xiàn)切割至目標(biāo)深度位置。

全切：

半切：

雙切：

劃片機(jī)核心工藝控制流程

劃片機(jī)主要由上料機(jī)構(gòu)、X/Y定位平臺(tái)、Z軸切割機(jī)構(gòu)、R軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、急停保護(hù)機(jī)構(gòu)、下料機(jī)構(gòu)組成。

XPCIE1032H在劃片機(jī)應(yīng)用的核心優(yōu)勢(shì)

01.純國產(chǎn)MotionRT750實(shí)時(shí)內(nèi)核，獨(dú)占x86 CPU內(nèi)核

XPCIE1032H搭載Windows運(yùn)動(dòng)控制實(shí)時(shí)內(nèi)核MotionRT750，采用“Windows非實(shí)時(shí)層+MotionRT750實(shí)時(shí)層”雙架構(gòu)。

實(shí)時(shí)層獨(dú)占x86 CPU 1個(gè)物理內(nèi)核，隔絕Windows系統(tǒng)波動(dòng)（如進(jìn)程占用、內(nèi)存調(diào)度）影響，運(yùn)動(dòng)控制周期穩(wěn)定無抖動(dòng)；

非實(shí)時(shí)層可運(yùn)行VS、Qt、LabVIEW等開發(fā)視覺軟件，運(yùn)動(dòng)控制跑在MotionRT750實(shí)時(shí)層，大幅提升開發(fā)與調(diào)試效率。

02.高交互，指令交互周期快至us級(jí)

XPCIE1032H直接調(diào)用工控機(jī)CPU與內(nèi)存計(jì)算，無需依賴PCI/網(wǎng)口等外部總線，與PC上位機(jī)的指令交互速率較傳統(tǒng)方案呈量級(jí)提升，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如下。

使劃片機(jī)實(shí)現(xiàn) “PC上位機(jī)→實(shí)時(shí)內(nèi)核控制” 閉環(huán)響應(yīng)快至us級(jí)，效率與精度大幅提升。

03.強(qiáng)實(shí)時(shí)，控制周期快至50us

精度與實(shí)時(shí)性雙升級(jí)：搭載MotionRT750實(shí)時(shí)內(nèi)核，獨(dú)占x86 CPU物理內(nèi)核，控制周期最快達(dá)50us，退刀邏輯通過實(shí)時(shí)層執(zhí)行，誤差遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)模式，機(jī)臺(tái)無抖動(dòng)。

04.更穩(wěn)定、更安全、更可靠

晶圓劃片機(jī)需7*24H不間斷運(yùn)行，XPCIE1032H通過雙重保障提升系統(tǒng)穩(wěn)定性。

EtherCAT總線冗余：支持主備雙總線設(shè)計(jì)，斷線時(shí)自動(dòng)切換，停機(jī)風(fēng)險(xiǎn)降低90%；

無懼PC藍(lán)屏：Windows系統(tǒng)藍(lán)屏?xí)r，MotionRT750實(shí)時(shí)層獨(dú)立運(yùn)行，急停按鈕、運(yùn)動(dòng)鎖存、IO 信號(hào)正常響應(yīng)，避免工件損壞與生產(chǎn)中斷，藍(lán)屏恢復(fù)后無需重新調(diào)試，可快速恢復(fù)運(yùn)行和安全生產(chǎn)。

XPCIE1032H 產(chǎn)品硬件性能特點(diǎn)

多軸控制能力：支持6-64軸EtherCAT總線 + 脈沖混合控制，其中4路單端500KHz脈沖輸出，兼容伺服/步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器；

高速同步性能：32軸EtherCAT同步周期125us，控制周期最快50us，支持多卡聯(lián)動(dòng)擴(kuò)展；

IO與飛拍功能：板載16路通用輸入（8路高速輸入）、16路通用輸出（16路高速輸出），支持16路獨(dú)立硬件PSO（位置比較輸出），飛拍觸發(fā)延遲1us；

運(yùn)動(dòng)控制功能：支持直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、SS曲線加減速、連續(xù)軌跡前瞻；集成電子凸輪、電子齒輪、位置鎖存、螺距補(bǔ)償?shù)裙δ埽?/p>

編程與交互：支持內(nèi)置RTBasic語言編程，可獨(dú)立執(zhí)行退刀、補(bǔ)償?shù)群诵倪壿嫞瑹o需依賴上位機(jī)。支持C++/C#/Python/Qt/ROS等多種上位機(jī)語言開發(fā)，全系列產(chǎn)品共用一套API函數(shù)；

兼容性與可靠性：支持Windows/Linux系統(tǒng)，兼容Halcon、VisionPro等主流視覺軟件，EtherCAT總線冗余設(shè)計(jì)，無懼PC藍(lán)屏，7×24小時(shí)運(yùn)行穩(wěn)定性強(qiáng)。

審核編輯 黃宇