后摩尔定律时代，半导体制程智慧化刻不容缓

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半导体产业基于其不断迈向功能复杂化、产品极小化的趋势，同时持续对物理极限展开技术挑战，因此在自动化、物联网与感测器、机器人、大数据分析与智慧管理等不同面向，成熟度均领先于其他制造相关产业。对这个产业来说，除了如台积电创办人张忠谋所言，降低“生产周期”至关重要；借由能自我检测并调校的智能设备，让产线不断优化，更是每家业者追求的目标。

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在 5G、AI 人工智慧等发展浪潮下，IC 应用迈向多元化与极致效能。需求带动技术成长，而技术成长也引领半导体产业所需的设备相应升级。当工业 4.0 的概念逐渐落实，设备智能化也从单纯的硬件升级走向软硬整合，以达到即时资料采集及分析，并协助决策。

设备智能化的相关解决方案包含以下领域：运动控制与机器视觉、设备预防性维护、内部闸道协定、边缘运算、远端控制与工业网络等。为了将 AI 与机器学习技术导入设备，以及随之而来的更多数据及运算需求，具备高速及高效传输速率的 PCIe 汇流排技术在工业领域重要性不断提升；搭配以 PC-Based 为基础的控制系统与自动化解决方案，得以整合并满足更多复杂设备的需求。

以半导体产业后段的测试、组装、封装等制程为例，由于封装速度大跃进，在达到高度精确的同时，还得保有高产能，因此需要更精准的运动控制视觉检测系统，还必须易于安装与维护，让产线随时处在最佳状态。

运动控制

运动控制是自动化的核心技术，透过对机械运动部件的位置、速度等进行即时管理，能使设备按照预期的轨迹和规定的参数进行动作。而目前基于乙太网的现场汇流排的工业网络系统 EtherCAT（乙太网控制自动化技术），由于具备极短的通讯周期与精确的同步时间，在自动化控制领域中成为主流。EtherCAT 的解决方案包含 PCI/PCIe 运动控制卡搭配工业电脑、PAC 模组化控制器，以及一体式控制器等，能应付不同制造场景。其中像是研华科技（Advantech）推出的 PCIE-1203L-64AE 运动控制卡，因为具备以下规格，成为分散式 EtherCAT 解决方案中的强力产品，包括：667MHz 双核 ARM 处理器、2 个 EtherCAT 端口供给高性能的运动和 I/O 应用、支援通用运动软件开发套件（SDK）可快速开发应用程序、最多支援 64 轴运动控制、点对点移动、2 轴线性插补，并且支援可编程加速/减速率以及可编程中断等。

机器视觉与影像撷取

机器视觉则因为有引导（定位）、量测、检测、与判读条码/光学字元辨识（OCR）等用途，在奈米等级的半导体制程中，不但能协助机器手臂定位加工，也能提升检测品质，并在最后 IC 成品装料打包时记录生产批量内容，让效率不会受人力波动及疏失影响而减低。研华科技专为工业和视觉应用而设计的 PCIE-1154-AE 影像撷取卡，具有 4 个 PCIe 以及 4 个 USB 3.0 端口可以扩充，配备 Fresco FL1100 USB 3.0 主机控制器和 5 Gbps 的独立频宽，还可供应 1500 mA 电流，以确保外部工厂自动化和医疗应用的 USB 相机稳定供电。

资料采集

而为了监控设备状态、并且随时能够进行调校、优化流程甚至是进行预防性维护，则需要借由感测器和平台上的量测软件，将侦测到的各种参数转为数位讯号，透过 USB、PCI、PCIe 或乙太网等汇流排送到主机中进行分析处理。如 PCIE-1816-AE 的多重功能卡，可用于不同类别的资料（讯号）采集，其具备 16 个类比输入，最高达 1 MS/s、16 位分辨率，支援 A/O 的类比和数位触发器以及 AO 波形生成，还有 24 个可编程的数位 I/O 线，以及 4K 样本 FIFO 记忆体。

随着半导体产业迈入后摩尔定律时代，复杂制程迫使终端设备必须愈趋智慧化，PC-Based 控制系统与分散式运算架构因强大的效能、高开放性与运算能力，让 PCIe 模组化解决方案得以满足系统整合商与工厂经营者的升级需求，帮助设备更聪明。

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（首图来源：Shutterstock）

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