倍福面向未来的半导体设备自动化解决方案

在当前的主流电动汽车电子系统中，安装的半导体组件数量已达到 3,000 至 8,000 个，用于实现电机控制、电池管理与辅助系统，且这一数字未来仍有望继续增长。无论是在移动出行、通信互联、健康监测、公共安全、娱乐系统、能源供应，还是环保领域，半导体几乎构成了生活各个领域创新与进步的基础。因此，半导体行业在我们的社会中占据着举足轻重的地位。然而，该行业也正面临着与其他行业相同的挑战：对质量、效率和产能方面的要求不断提升，同时伴随着成本压力的日益加剧。自动化技术是半导体制造领域成功应对这些挑战的关键驱动力 — 正如在其它领域一样。

然而，该领域的制造工艺在两个方面与其他行业截然不同：首先是生产所需的精密程度。最先进的处理器往往包含几十亿个晶体管， 为实现这一目标，需要在晶圆上实现几个纳米级结构间距。这直接引出了第二个特点：如此精密的作业需要前所未有的繁多生产步骤。数十道工序必须无缝衔接，其中多数还需在洁净室环境中完成。

自动化专家倍福凭借广泛而全面的产品线，能够完美契合半导体行业纷繁复杂的工艺与应用需求。在此领域，通信技术扮演着举足轻重的角色：“EtherCAT 是倍福研发的现场总线标准，它早已确立在半导体制造领域通信协议的领导地位。”Marcel Ellwart 强调道。如今，绝大多数主流设备制造商都选择采用 EtherCAT 技术。其成功的关键在于稳定一致的实时性能、高度灵活性和出色的可扩展性。“EtherCAT 凭借其开放式架构与厂商的广泛认可，能够轻松集成从传感器、执行器到复杂控制系统在内的各类组件与系统。”这位行业经理进一步指出。

倍福通过基于 PC 的控制技术，为半导体行业提供了量身打造的控制解决方案。该方案覆盖从晶圆加工到芯片封装的全流程自动化任务， 不仅涵盖 PLC，还集成了 HMI、运动控制、测量技术与机器视觉功能。TwinCAT 3 软件平台将工业 PC 转化为适用于所有开发和 Runtime 的高效实时控制系统。为满足半导体行业的多样化需求，该自动化软件采用模块化设计，并可通过众多功能灵活扩展。

倍福通过其全面的产品组合，为半导体行业应对上述挑战提供高性能解决方案。其中包含多项由总部位于威尔的倍福公司推出的创新技术，这些技术尤为契合该行业的发展脉搏：

• 现代人工智能解决方案为半导体制造业带来了巨大潜力。倍福已将机器学习功能集成到 TwinCAT 3 控制软件中，通过模块化的软硬件系统，使 AI 模型可直接嵌入 PLC 运行。从数据收集和模型训练到学习模型的最终执行，用户可获得一个不会绑定任何平台、完全开放的工作流程。倍福目前已实现的人工智能应用包括：用于预测性维护的异常检测、质检中的图像分类，以及优化生产工艺的时间序列分析。

• EJ 系列紧凑型 EtherCAT 插拔式模块可替代原量产设备中研发过程复杂繁琐的 I/O 板卡。这些模块直接插接在信号分配板上，将信号和/或电压分配至专用连接器，实现时间、成本和空间的三重节省，同时彻底杜绝接线错误的风险。 与典型的 EtherCAT 端子模块一样，EJ 模块也提供丰富的信号类型，并完全集成了安全功能和运动控制功能。

• 为降低系统复杂度，倍福将伺服电机和步进电机的驱动控制功能直接集成至 I/O 模块中。在 48 V 直流应用领域，通过 EtherCAT 插拔式模块、伺服电机端子模块或端子盒与 AM8100 电机系列结合，可构建结构极其紧凑，兼具高动态性能与高精度的伺服轴。此外，采用 I/O 集成化控制方案还能够直接控制设备上的调节阀或伺服驱动器。

• 在测量技术领域，倍福的产品阵容同样契合半导体行业需求：从 1 秒周期到千赫兹频率，从电压和电流测量到振动和力的测量。ELM 系列高端测量模块可无缝集成至 EtherCAT I/O 系统，并在采集过程关键性测量通道数据时始终保持稳定可靠。TwinCAT 自动化软件为生成的数据分析提供了专业的工具支撑。

• 倍福机器视觉解决方案将实时图像处理技术无缝集成至晶圆加工生产线，既能适配新建造控制系统，也可兼容现有控制环境。该方案打破了机器视觉技术与自动化技术之间的传统壁垒。同时，机器视觉组件产品系列，包括工业相机、光学镜头、光源以及 TwinCAT Vision 软件，都采用稳健设计，具有高可扩展性及长期供货保障。

• XPlanar 正在革新半导体行业的输送流程。这款平面电机系统能够高动态、高精度且高度灵活地输送工件，不仅适用于系统内，还可实现设备间输送。动子以非接触方式彼此独立地沿着预设的路线运行。每个动子都可以相互超越，并且可以在不影响生产流程的情况下从生产流撤出或进入等候区。

近年来，倍福依托其全面且完善的产品组合，以及在行业内沉淀积累的深厚专业知识，成功在半导体生产的全价值链环节中，完成了大量应用的自动化应用，取得了显著的成果。以下这些曾刊载于倍福《PC Contorl》客户杂志中的典型案例，生动展现了我们解决方案的广泛适用性。

单晶生长：晶盛机电在其单晶炉自动化应用中采用了倍福解决方案，它由嵌入式控制器、TwinCAT 3 自动化软件和 EtherCAT I/O 端子模块构成。该方案取代了原有的 PLC 和温度控制器，在灵活性、可扩展性及集成性方面实现显著提升。其工艺控制核心在于精准温控 — 通过长时间维持均匀温场确保单晶生长质量，这对单晶生长具有决定性意义。

高纯气体：Applied Energy Systems 公司最近成功研发出一款可满足半导体制造领域工业 4.0 要求的超高纯供气控制系统。该系统除采用倍福的 CP6606 紧凑型面板型 PC 外，还搭载了 EJ 系列插拔式 I/O 模块。这款超紧凑型系统在保留原有外壳尺寸的同时，实现了功能扩展，配备 OPC UA 和云接口，提供灵活的定制选项，并使安装时间缩减 50%。

芯片搬运：Mühlbauer 公司在其应用于半导体制造后道工艺的高精度芯片分选机中同样采用了 EJ 插拔式模块。该方案实现了每小时 30,000 枚微芯片的处理能力，不仅提升了晶圆输送效率，还大幅减少了布线工作量。四块插接了 26 个 EtherCAT 插拔式模块的特制信号分配板将数字量和模拟量 I/O、增量编码器、步进电机模块，以及陶瓷电机和压电电机的供电逻辑与伺服驱动器整合于一体。

新材料：氧化镓在新型半导体材料生产领域展现出了巨大的应用潜力。然而，传统系统因灵活性有限、可靠性不足及成本高昂等因素制约了技术发展。Agnitron 公司基于 PC 控制技术打造出灵活的通用型解决方案，该方案可在数日内完成配置转换。通过 EtherCAT 实现大量热电偶与 I/O 模块的紧凑且节省空间的组网，进而无缝集成现有现场设备。

先进封装：在微型化浪潮的推动下，传统光刻工艺不断被推向物理极限的边缘。在此背景下，初创企业 Fonontech 正积极探索全新的技术路径，以寻求突破。其 Impulse Printing™ 技术采用蚀刻有微米级结构并集成加热结构的硅层转印基板， 旨在实现 5 微米分辨率与极低套刻误差。控制器通过基于 PC 的控制技术、EtherCAT 和 XFC 极速控制技术，实现了实时同步与精确定位。

这些应用案例充分证明，半导体制造正步入一个全新时代。“倍福自动化解决方案为应对新挑战，推进智能制造奠定了坚实基础。”Marcel Ellwart 总结道。基于 PC 的控制技术、强大的数据处理能力与 EtherCAT 实时通信技术融合，使集成人工智能算法实现工艺优化成为可能。边缘计算解决方案助力在设备端直接进行分布式数据分析，缩短响应时间并提升系统可用性。这些创新实践为未来构建更高效、更灵活、更可持续的半导体生产模式铺平了道路。