半導體制造工藝的復雜程度高居各行業之首。該行業如何通過創新解決方案滿足日益增長的需求？倍福憑借其自動化產品組合證明：先進的控制理念、靈活的通信標準以及精密協調的系統，不僅能夠提升半導體生產效率，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中，安裝的半導體組件數量已達到 3,000 至 8,000 個，用于實現電機控制、電池管理與輔助系統，且這一數字未來仍有望繼續增長。無論是在移動出行、通信互聯、健康監測、公共安全、娛樂系統、能源供應，還是環保領域，半導體幾乎構成了生活各個領域創新與進步的基礎。因此，半導體行業在我們的社會中占據著舉足輕重的地位。然而，該行業也正面臨著與其他行業相同的挑戰：對質量、效率和產能方面的要求不斷提升，同時伴隨著成本壓力的日益加劇。自動化技術是半導體制造領域成功應對這些挑戰的關鍵驅動力 — 正如在其它領域一樣。
然而，該領域的制造工藝在兩個方面與其他行業截然不同：首先是生產所需的精密程度。最先進的處理器往往包含幾十億個晶體管， 為實現這一目標，需要在晶圓上實現幾個納米級結構間距。這直接引出了第二個特點：如此精密的作業需要前所未有的繁多生產步驟。數十道工序必須無縫銜接，其中多數還需在潔凈室環境中完成。
從晶圓制造、光刻，到測試與封裝，各個環節雖千差萬別，但都要求高精度控制與無縫監測。”倍福半導體行業經理 Marcel Ellwart 表示， “此外，生產系統還必須能夠靈活適應產品型號的不斷變化，在保證極致品質的同時實現高吞吐率。這就使得先進自動化技術的應用不可或缺。
—— 倍福半導體行業經理Marcel Ellwart
EtherCAT — 半導體行業的技術標準
自動化專家倍福憑借廣泛而全面的產品線，能夠完美契合半導體行業紛繁復雜的工藝與應用需求。在此領域，通信技術扮演著舉足輕重的角色：“EtherCAT 是倍福研發的現場總線標準，它早已確立在半導體制造領域通信協議的領導地位。”Marcel Ellwart 強調道。如今，絕大多數主流設備制造商都選擇采用 EtherCAT 技術。其成功的關鍵在于穩定一致的實時性能、高度靈活性和出色的可擴展性。“EtherCAT 憑借其開放式架構與廠商的廣泛認可，能夠輕松集成從傳感器、執行器到復雜控制系統在內的各類組件與系統。”這位行業經理進一步指出。
倍福通過基于 PC 的控制技術，為半導體行業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、測量技術與機器視覺功能。TwinCAT 3 軟件平臺將工業 PC 轉化為適用于所有開發和 Runtime 的高效實時控制系統。為滿足半導體行業的多樣化需求，該自動化軟件采用模塊化設計，并可通過眾多功能靈活擴展。
解鎖特殊行業價值密碼
倍福通過其全面的產品組合，為半導體行業應對上述挑戰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新技術，這些技術尤為契合該行業的發展脈搏：
•現代人工智能解決方案為半導體制造業帶來了巨大潛力。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，使 AI 模型可直接嵌入 PLC 運行。從數據收集和模型訓練到學習模型的最終執行，用戶可獲得一個不會綁定任何平臺、完全開放的工作流程。倍福目前已實現的人工智能應用包括：用于預測性維護的異常檢測、質檢中的圖像分類，以及優化生產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設備中研發過程復雜繁瑣的 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，實現時間、成本和空間的三重節省，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。
•為降低系統復雜度，倍福將伺服電機和步進電機的驅動控制功能直接集成至 I/O 模塊中。在 48 V 直流應用領域，通過 EtherCAT 插拔式模塊、伺服電機端子模塊或端子盒與 AM8100 電機系列結合，可構建結構極其緊湊，兼具高動態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備上的調節閥或伺服驅動器。
•在測量技術領域，倍福的產品陣容同樣契合半導體行業需求：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，并在采集過程關鍵性測量通道數據時始終保持穩定可靠。TwinCAT 自動化軟件為生成的數據分析提供了專業的工具支撐。
•倍福機器視覺解決方案將實時圖像處理技術無縫集成至晶圓加工生產線，既能適配新建造控制系統，也可兼容現有控制環境。該方案打破了機器視覺技術與自動化技術之間的傳統壁壘。同時，機器視覺組件產品系列，包括工業相機、光學鏡頭、光源以及 TwinCAT Vision 軟件，都采用穩健設計，具有高可擴展性及長期供貨保障。
•XPlanar 正在革新半導體行業的輸送流程。這款平面電機系統能夠高動態、高精度且高度靈活地輸送工件，不僅適用于系統內，還可實現設備間輸送。動子以非接觸方式彼此獨立地沿著預設的路線運行。每個動子都可以相互超越，并且可以在不影響生產流程的情況下從生產流撤出或進入等候區。
倍福半導體行業成功案例精選
近年來，倍福依托其全面且完善的產品組合，以及在行業內沉淀積累的深厚專業知識，成功在半導體生產的全價值鏈環節中，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福《PC Contorl》客戶雜志中的典型案例，生動展現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 公司最近成功研發出一款可滿足半導體制造領域工業 4.0 要求的超高純供氣控制系統。該系統除采用倍福的 CP6606 緊湊型面板型 PC 外，還搭載了 EJ 系列插拔式 I/O 模塊。這款超緊湊型系統在保留原有外殼尺寸的同時，實現了功能擴展，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動器整合于一體。
新材料：氧化鎵在新型半導體材料生產領域展現出了巨大的應用潛力。然而，傳統系統因靈活性有限、可靠性不足及成本高昂等因素制約了技術發展。Agnitron 公司基于 PC 控制技術打造出靈活的通用型解決方案，該方案可在數日內完成配置轉換。通過 EtherCAT 實現大量熱電偶與 I/O 模塊的緊湊且節省空間的組網，進而無縫集成現有現場設備。
先進封裝：在微型化浪潮的推動下，傳統光刻工藝不斷被推向物理極限的邊緣。在此背景下，初創企業 Fonontech 正積極探索全新的技術路徑，以尋求突破。其 Impulse Printing™ 技術采用蝕刻有微米級結構并集成加熱結構的硅層轉印基板， 旨在實現 5 微米分辨率與極低套刻誤差。控制器通過基于 PC 的控制技術、EtherCAT 和 XFC 極速控制技術，實現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，推進智能制造奠定了堅實基礎。”Marcel Ellwart 總結道。基于 PC 的控制技術、強大的數據處理能力與 EtherCAT 實時通信技術融合，使集成人工智能算法實現工藝優化成為可能。邊緣計算解決方案助力在設備端直接進行分布式數據分析，縮短響應時間并提升系統可用性。這些創新實踐為未來構建更高效、更靈活、更可持續的半導體生產模式鋪平了道路。
關于德國倍福
倍福（Beckhoff）是一家專注于自動化新技術的德資企業，創立于 1980 年，總部位于德國威爾市。作為全球自動化技術的驅動者，倍福定義了自動化領域的許多標準，是國際標準的制定者和推動者。公司所生產的工業 PC、現場總線模塊、驅動產品和 TwinCAT 自動化軟件構成了一套完整的、相互兼容的控制系統，可為各個工控領域提供開放式自動化系統和完整的解決方案。經過 40 年的發展和努力，倍福已在世界各地設立 30 多家分支機構，加上全球的合作伙伴，業務遍及 70 多個國家和地區。
倍福于 1997 年進入中國市場，中國區總部落戶于上海市北高新產業園區，現有員工 300 人，辦事處遍及國內 30 座大中城市。創新產品和解決方案廣泛應用于風力發電、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域。
公司傾力推廣的 EtherCAT 實時工業以太網于 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指南》。作為一家技術驅動型公司，倍福一直注重在技術上尋求突破創新，在業內享有“創新引擎”的美譽。倍福基于 PC 的控制技術具有良好的開放性，它支持所有主流的工業通信協議，將 IT 技術、互聯網和自動化技術完美融合在一起，為實現工業 4.0 和智能制造奠定了堅實的技術基礎。
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