劃片工藝

劃片機是半導(dǎo)體制造后段封測工藝的關(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，切割成單個芯片。晶圓上的芯片之間存在間隙，稱為劃片槽。

對于厚度通常在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。承載晶圓的工作臺沿X/Y軸移動，并在切割過程中以一定的進給速度沿劃片槽方向直線移動，使高速旋轉(zhuǎn)的刀輪持續(xù)完成切割。

（切割運動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）

市場背景與行業(yè)痛點

隨著器件微小化推動劃片槽持續(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，微小定位偏差會直接導(dǎo)致崩邊、分層、硅渣污染等問題，而造成良率波動。因此，劃片已從單純的“高速切割”工藝演變?yōu)閷θ懈钜恢滦耘c穩(wěn)定性高度敏感的關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)。

（劃片機的核心工作流程）

在劃片全過程中，運動控制系統(tǒng)需要對位置、進給與切割速度、Z軸下刀切割深度進行實時控制，μ級實時誤差補償，以確保刀輪位移軌跡持續(xù)準確、一致。

（刀輪劃片單次切割運動過程示意圖）

現(xiàn)有方案瓶頸與行業(yè)需求

當(dāng)前瓶頸在于，傳統(tǒng)“PC+非硬實時運動控制架構(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引入不可預(yù)測的時間延遲與周期抖動，從而限制多軸同步精度，使高速運行與高精度控制難以同時兼顧。

PLC+觸摸屏+工控機+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)時間>100ms，無法滿足高速應(yīng)用。

PCI脈沖控制卡+工控機+視覺

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

每軸需單獨部署脈沖/方向線，線路節(jié)點多，故障排查難度大，維護成本高。因此，客戶迫切需要一種兼具高精度、易集成、高性價比的國產(chǎn)化運動控制解決方案。

本篇通過介紹XPCIE1032H運動控制卡在劃片機上的應(yīng)用，展現(xiàn)其技術(shù)優(yōu)勢與落地價值。

正運動技術(shù)解決方案：XPCIE1032H在劃片機中的應(yīng)用

為突破傳統(tǒng)方案瓶頸，正運動技術(shù)采用“工控機+XPCIE1032H超高速實時運動控制卡+機器視覺”的核心架構(gòu)，通過純國產(chǎn)運動控制實時內(nèi)核MotionRT750、高精度補償算法、硬件鎖存、EtherCAT和PCIe實時總線，通過共享內(nèi)存方式實現(xiàn)主機→控制卡高速通信，實現(xiàn)端到端邊緣部署，從實時數(shù)據(jù)處理到運動控制輸出，來提升劃片機整體加工性能提升。

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)點與潛在故障點，并為工控機安裝與布局提供更大靈活性，支持多任務(wù)并行進行，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；

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

切割效率：采用MotionRT750運動控制實時內(nèi)核，進行工藝優(yōu)化，效率提升10%以上；

維護成本：人工干預(yù)頻次減少，大幅降低年故障維護成本。

XPCIE1032H 在劃片機核心控制技術(shù)

（劃片機解決方案硬件架構(gòu)）

Z軸高精度急停退刀

XPCIE1032H搭載MotionRT750實時內(nèi)核，通過RTBasic指令將退刀邏輯寫入實時層，采用精準脈沖停止模式，搭配板載高速硬件鎖存功能實時獲取Z軸位置信號，不依賴上位機，誤差可控在μ級，機臺無抖動。

（硬件鎖存）

μ級雙向螺距補償

在劃片機中，因機械傳動有固有誤差，通過激光干涉儀檢測各段距離偏差，記錄形成補償表格，調(diào)用控制卡PITCHSET補償指令，指令根據(jù)補償文件的補償值自動修正Y軸正向/反向運動偏差，確保刀輪精確到達預(yù)定位置，實現(xiàn)3μ級切割精度要求。

（螺距補償）

（劃片機坐標示意圖）

支持市面上標準劃片工藝

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，來實現(xiàn)切割至目標深度位置。

全切：

半切：

雙切：

劃片機核心工藝控制流程

劃片機主要由上料機構(gòu)、X/Y定位平臺、Z軸切割機構(gòu)、R軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、急停保護機構(gòu)、下料機構(gòu)組成。

XPCIE1032H在劃片機應(yīng)用的核心優(yōu)勢

01.純國產(chǎn)MotionRT750實時內(nèi)核，獨占x86 CPU內(nèi)核

XPCIE1032H搭載Windows運動控制實時內(nèi)核MotionRT750，采用“Windows非實時層+MotionRT750實時層”雙架構(gòu)。

實時層獨占x86 CPU 1個物理內(nèi)核，隔絕Windows系統(tǒng)波動（如進程占用、內(nèi)存調(diào)度）影響，運動控制周期穩(wěn)定無抖動；

非實時層可運行VS、Qt、LabVIEW等開發(fā)視覺軟件，運動控制跑在MotionRT750實時層，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

XPCIE1032H直接調(diào)用工控機CPU與內(nèi)存計算，無需依賴PCI/網(wǎng)口等外部總線，與PC上位機的指令交互速率較傳統(tǒng)方案呈量級提升，實測數(shù)據(jù)如下。

使劃片機實現(xiàn) “PC上位機→實時內(nèi)核控制” 閉環(huán)響應(yīng)快至us級，效率與精度大幅提升。

03.強實時，控制周期快至50us

精度與實時性雙升級：搭載MotionRT750實時內(nèi)核，獨占x86 CPU物理內(nèi)核，控制周期最快達50us，退刀邏輯通過實時層執(zhí)行，誤差遠低于傳統(tǒng)模式，機臺無抖動。

04.更穩(wěn)定、更安全、更可靠

晶圓劃片機需7*24H不間斷運行，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，斷線時自動切換，停機風(fēng)險降低90%；

無懼PC藍屏：Windows系統(tǒng)藍屏?xí)r，MotionRT750實時層獨立運行，急停按鈕、運動鎖存、IO 信號正常響應(yīng)，避免工件損壞與生產(chǎn)中斷，藍屏恢復(fù)后無需重新調(diào)試，可快速恢復(fù)運行和安全生產(chǎn)。

XPCIE1032H 產(chǎn)品硬件性能特點

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/步進驅(qū)動器；

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)動擴展；

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路獨立硬件PSO（位置比較輸出），飛拍觸發(fā)延遲1us；

運動控制功能：支持直線插補、圓弧插補、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、螺距補償?shù)裙δ埽?/p>

編程與交互：支持內(nèi)置RTBasic語言編程，可獨立執(zhí)行退刀、補償?shù)群诵倪壿?，無需依賴上位機。支持C++/C#/Python/Qt/ROS等多種上位機語言開發(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，無懼PC藍屏，7×24小時運行穩(wěn)定性強。

審核編輯 黃宇