市場(chǎng)應(yīng)用背景

核心半導(dǎo)體設(shè)備國(guó)產(chǎn)化是解決“卡脖子”技術(shù)、保障國(guó)家戰(zhàn)略安全的關(guān)鍵。在政策與下游需求推動(dòng)下，國(guó)產(chǎn)設(shè)備需求激增。半導(dǎo)體固晶機(jī)是封裝核心設(shè)備，其運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備決定了高速高精度貼裝晶圓芯片的性能，對(duì)實(shí)現(xiàn)定位、對(duì)準(zhǔn)、粘接等關(guān)鍵步驟至關(guān)重要。

本篇文章主要介紹超高速實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制卡XPCIE1032H在高速半導(dǎo)體固晶機(jī)上的應(yīng)用，可快速了解正運(yùn)動(dòng)技術(shù)XPCIE1032H超高速實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制卡的使用。

傳統(tǒng)控制系統(tǒng)方案

傳統(tǒng)方案一(以PLC為核心)：

采用PLC+觸摸屏+工控機(jī)+機(jī)器視覺。其弊端在于運(yùn)動(dòng)控制與機(jī)器視覺調(diào)試需在PLC屏和PC屏間切換，操作繁瑣。且PLC受掃描周期限制，響應(yīng)慢，與PC通訊數(shù)據(jù)交互速率低，導(dǎo)致設(shè)備整體產(chǎn)能較低。

傳統(tǒng)方案二（以運(yùn)動(dòng)控制卡為核心）：

采用PCI運(yùn)動(dòng)控制卡+工控機(jī)+機(jī)器視覺。運(yùn)動(dòng)控制卡集成于工控機(jī)內(nèi)，通過(guò)高速PCI接口與視覺通訊，數(shù)據(jù)交互快，單屏調(diào)試簡(jiǎn)便，顯著提升取晶固晶運(yùn)動(dòng)的速度與精度，最終實(shí)現(xiàn)更高UPH產(chǎn)能。正運(yùn)動(dòng)技術(shù)解決方案 正運(yùn)動(dòng)技術(shù)方案以工控機(jī)+XPCIE1032超高速運(yùn)動(dòng)控制卡+機(jī)器視覺為核心，提升產(chǎn)能與穩(wěn)定性。

采用Windows實(shí)時(shí)內(nèi)核技術(shù)，將運(yùn)動(dòng)控制、IO等處理置于CPU核內(nèi)執(zhí)行，與PC機(jī)器視覺的命令下發(fā)和讀取通過(guò)CPU內(nèi)存交互，交互速度比傳統(tǒng)PCI/PCIe運(yùn)動(dòng)控制卡快數(shù)十倍，比PLC網(wǎng)口數(shù)據(jù)交互快50-100倍+，相比傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制卡或者PLC方案，整體效率提升6%-20%+。

01超高速實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制卡XPCIE1032H在高速半導(dǎo)體固晶機(jī)上的應(yīng)用

正運(yùn)動(dòng)高速半導(dǎo)體固晶機(jī)解決方案架構(gòu)

1.16DI：連接原點(diǎn)和限位光電、傳感器、開關(guān)輸入等信號(hào)；

2.16DO：連接電磁閥吸取、破真空和視覺飛拍等信號(hào)；連接兩個(gè)相機(jī)；

3.EtherCAT接口：125us EtherCAT同步周期，連接固晶擺臂軸、固晶上下料、藍(lán)膜頂針軸、銀膠點(diǎn)膠軸、載帶基板送料軸以及其他共計(jì)12個(gè)伺服和步進(jìn)軸；同時(shí)擴(kuò)展EtherCAT IO模塊。

固晶機(jī)工藝運(yùn)行原理

固晶機(jī)由取料、推料、點(diǎn)膠、擺臂、固晶平臺(tái)、藍(lán)膜頂針平臺(tái)、夾具及出料等機(jī)構(gòu)組成，集成了高速精密定位、視覺定位與氣動(dòng)吸取等光機(jī)電技術(shù)。核心控制步驟如下：

01 視覺定位: 識(shí)別晶圓芯片與載帶基板位置

02 點(diǎn)膠: 在載帶基板指定位置進(jìn)行精確點(diǎn)涂銀膠

03 貼裝: 擺臂吸取晶圓芯片并精準(zhǔn)放置于點(diǎn)膠位置

MotionRT750運(yùn)動(dòng)控制實(shí)時(shí)內(nèi)核，獨(dú)占x86 CPU內(nèi)核

XPCIE1032超高速運(yùn)動(dòng)控制卡搭載Windows實(shí)時(shí)內(nèi)核MotionRT750，采用Windows非實(shí)時(shí)層+MotionRT750實(shí)時(shí)層的雙系統(tǒng)架構(gòu)。實(shí)時(shí)層確保運(yùn)動(dòng)控制不受Windows波動(dòng)/抖動(dòng)影響，保障高精度與穩(wěn)定性；非實(shí)時(shí)層無(wú)縫對(duì)接VS/CAD/CAM等豐富Windows應(yīng)用，極大提升開發(fā)調(diào)試效率。

指令交互周期快至us級(jí)

XPCIE1032超高速運(yùn)動(dòng)控制卡搭載Windows運(yùn)動(dòng)控制實(shí)時(shí)內(nèi)核MotionRT750，直接利用PC中CPU/內(nèi)存計(jì)算，大幅提升函數(shù)執(zhí)行效率與響應(yīng)速度，從而顯著提高固晶機(jī)UPH產(chǎn)能。 通過(guò)C#、C++等語(yǔ)言的開發(fā)實(shí)測(cè)，結(jié)果顯示其通訊速度遠(yuǎn)超傳統(tǒng)PCI/PCIE卡方案和PLC網(wǎng)口交互方案，整體產(chǎn)能提升明顯。

在相同測(cè)試環(huán)境下，經(jīng)50次直線電機(jī)往復(fù)運(yùn)動(dòng)及1000次IO翻轉(zhuǎn)測(cè)試，MotionRT750方案控制周期比傳統(tǒng)PCI通信縮短約2500ms，效率提升超17.1%。

運(yùn)動(dòng)控制周期快至50us

XPCIE1032超高速實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制卡搭載Windows實(shí)時(shí)內(nèi)核MotionRT750，進(jìn)行16軸或32軸EtherCAT總線控制時(shí)，其EtherCAT通訊同步周期可縮短至125μs，運(yùn)動(dòng)控制周期更可快達(dá)50μs，顯著提升EtherCAT通訊效率。

在固晶等精密運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用中，能實(shí)現(xiàn)更快、更平穩(wěn)的運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃。相比傳統(tǒng)脈沖控制卡，其接線更簡(jiǎn)潔，維護(hù)更便捷。

更穩(wěn)定、更安全、更可靠

工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備需滿足7*24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行要求，任何異常停機(jī)都將造成重大損失。XPCIE1032超高速運(yùn)動(dòng)控制卡搭載Windows運(yùn)動(dòng)控制實(shí)時(shí)內(nèi)核MotionRT750，通過(guò)EtherCAT總線冗余與PC故障隔離技術(shù)，構(gòu)建高可靠控制系統(tǒng)，無(wú)懼Windows藍(lán)屏影響，為工業(yè)生產(chǎn)提供穩(wěn)定、安全的保障。

EtherCAT總線冗余技術(shù)： 通訊鏈路故障自動(dòng)切換，顯著降低由斷線導(dǎo)致的停機(jī)風(fēng)險(xiǎn)，32軸可快至125us穩(wěn)定運(yùn)行。

PC級(jí)故障硬隔離： 無(wú)懼Windows藍(lán)屏影響，當(dāng)Windows系統(tǒng)發(fā)生藍(lán)屏或崩潰時(shí)，MotionRT750實(shí)時(shí)內(nèi)核仍可持續(xù)獨(dú)立運(yùn)行，急停按鈕也可正常生效，保障工藝生產(chǎn)的安全。

正運(yùn)動(dòng)高速半導(dǎo)體固晶機(jī)工藝運(yùn)行流程圖

方案應(yīng)用優(yōu)勢(shì)總結(jié)

1.統(tǒng)一API，開發(fā)靈活：支持多種上位機(jī)語(yǔ)言開發(fā)，所有系列產(chǎn)品均可調(diào)用同一套API函數(shù)，讓用戶開發(fā)更靈活。

2.突破實(shí)時(shí)瓶頸，運(yùn)行穩(wěn)定高效：徹底解決傳統(tǒng)PCI/PCIE卡在Windows環(huán)境下控制系統(tǒng)的非實(shí)時(shí)性問題，保障設(shè)備高效、穩(wěn)定運(yùn)行。

3.極速響應(yīng)，顯著提升產(chǎn)能：基于核內(nèi)交互技術(shù)，指令響應(yīng)達(dá)微秒級(jí)，較傳統(tǒng)PCI/PCIE方案快數(shù)十倍。實(shí)測(cè)UPH提升至單頭22K，雙頭43K，整體生產(chǎn)效率提升10%以上。

4.多通道飛拍，縮短周期：配備16路獨(dú)立硬件位置比較輸出，支持多工位視覺飛拍同步執(zhí)行，有效縮短機(jī)臺(tái)CT。

5.智能運(yùn)動(dòng)控制，動(dòng)作流暢精準(zhǔn)：集成SS曲線加減速、拱形運(yùn)行及在線變速功能，實(shí)現(xiàn)“軟著陸”，確保取晶/固晶動(dòng)作更流暢、柔和、精準(zhǔn)。

硬件選型配置

02 XPCIE1032H運(yùn)動(dòng)控制卡產(chǎn)品介紹

1.6-64軸EtherCAT總線+脈沖可選，其中4路單端500KHz脈沖輸出，方便接脈沖驅(qū)動(dòng)；

2.32軸EtherCAT同步周期125us，支持多卡聯(lián)動(dòng)；

3.板載16點(diǎn)通用輸入，16點(diǎn)通用輸出，其中8路高速輸入和16路高速輸出；

4.支持PWM輸出、精準(zhǔn)輸出、PSO硬件位置比較輸出、視覺飛拍等；

5.支持直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、連續(xù)軌跡加工（速度前瞻）、高階SS曲線加減速；

6.支持電子凸輪、電子齒輪、位置鎖存、同步跟隨、虛擬軸、螺距補(bǔ)償?shù)裙δ埽?/p>

7.支持30+機(jī)械手模型正逆解模型算法，比如SCARA、Delta、UVW、4軸/5軸 RTCP...

為了幫助您更好地、更快速的開發(fā)和應(yīng)用基于超高速實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制卡XPCIE1032H開發(fā)的高速半導(dǎo)體固晶機(jī)解決方案，我們準(zhǔn)備了詳細(xì)的說(shuō)明文檔。進(jìn)一步了解其使用方法、參數(shù)配置及實(shí)際應(yīng)用案例，聯(lián)系電話400-089-8936。

審核編輯 黃宇