普爱纳米（PI）高精密运动定位技术助推半导体设备创新发展

德国PI集团（Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. KG）成立于1970年，是一家世界领先的纳米级高精度定位位移系统及测量系统的全球解决方案供应商。

近年来，PI在中国建立起生产基地和本地化研发团队，在中国市场上的业务发展保持着稳步成长的态势，特别是在半导体设备行业，凭借丰富的实际开发经验与积累，PI在晶圆检测测试机环节中取得了亮眼的成绩，并同时与半导体设备厂商携手合作，探索前道制程领域的创新突破。

// 发力半导体设备市场 //

最近几年PI在中国市场上的业务发展保持着稳步成长的态势，除了科研这一重点细分市场之外，3C电子制造高精密点胶、医疗器械、光子学测试/装配和封装主动对准等都是PI目前重要的开拓领域，其中，半导体设备市场是较为明显的一个业绩增长点。卢进灯表示：

尽管近一年来全球整体经济环境处于下行周期，对PI中国区的业务发展也带来了一定的影响，但一个令人可喜的现象是，我们在半导体设备市场的业务取得了长足的进步，在这一领域中，我们希望凭借自己多年来积累的高精密运控控制开发经验，能够为中国半导体设备厂商提供具有差异化特征、且更高应用价值的一整套解决方案，其中包括电机、驱动、运动控制、软件、配套设施以及售后服务支持等等。

例如，在晶圆检测测试机环节中，随着晶圆特征尺寸的减小和设计复杂度的增加，对于晶圆检验(即在起始晶圆或基板或成品器件中寻找缺陷)的要求越来越苛刻、挑战性不断增加，且成本日益高昂，这些使得半导体晶圆检测工艺中亟需采用高精密运动控制技术以及具有严格速度调节的同步多轴动态性能方案，同时借助缺陷检验分步扫描技术，帮助半导体制造商通过早期缺陷检测来防止成品率的损失，并降低成本——而这也正是PI高精密运动平台的应用优势所在。

针对这一特定应用场景，PI高精密运动控制平台在θZ轴采用直驱力矩电机，负责晶圆或基板的精细旋转分度和对准，力矩电机高精度且可重复360度旋转，无空回;磁性直接驱动器可实现高速度和加速度;直接驱动、无槽、无刷力矩电机可提供非常低的齿槽转矩，并实现平稳的速度和低误差运动。

在Z轴，系统运用无铁芯直线电机，做精密晶圆对准，电机具有的零齿槽效应可确保平滑的扫描速度或精密的增量步进;搭配高分辨率编码器可实现运动平台的纳米级定位。 此外，在XY轴，系统采用高动态无铁芯直线电机，可在长行程内实现快速、精密的轮廓加工;搭配绝对编码器，确保运行期间的安全性;低外形刚性平台可减少阿贝偏移;优化的集成电缆管理，可减少运动阻力并延长使用寿命;花岗岩底座进一步保证了运动系统的较高性能。

而在驱控部分，PI高精密运动控制平台结合集团内部ACS Motion开发的支持EtherCAT协议标准的运动控制和驱动模块，为客户提供了开放式网络连接方式，同时先进的驱控算法也为快速步进和稳定、高就位稳定性以及出色的恒定扫描速度提供了保障，且控制器具有自动聚焦功能，可实现动态聚焦调整，前瞻功能还可调整速度以保持精度，并支持广泛的编程环境及高级语言，助力用户轻松编程运动路径，包括G代码等等。

// 磁悬浮创新突破极限 //

全球半导体产业链在近几年发生的剧烈震荡以及供应链重构，有目共睹，这也为中国本土半导体产业提供了的一个良好的发展机遇。在PI走过的五十多年发展历程中，公司在半导体设备领域具有丰富的实际开发经验与积累，身处于中国半导体制造的新一轮高速发展期，除了晶圆检测之外，PI直驱技术方案也正朝着半导体制造的前道工艺迈进。据悉，目前PI已和国内部分半导体设备行业的龙头企业结为了紧密的合作伙伴关系，并已有产品批量供应客户。卢进灯介绍道：

半导体制造的工艺流程较长，目前大部分国内厂商主要集中在后道制程上，而在光刻、刻蚀、沉积、掺杂/离子植入等半导体前道制程方面，基本上还是由少数几家欧美大公司所主导，近些年中国半导体企业加大了对前道工艺制程的研发投入，在这一过程中，PI也非常愿意与国内客户携手攻关，助力中国半导体设备技术实现升级突破。

除了在测试机部分发力之外，据了解，PI研发推出的一些新技术也正在半导体制造领域崭露头角。例如，PI创新开发的磁悬浮技术使用纯磁场支持的非接触式平台，可在空间中以六个自由度自由定位，结合特有的驱动和传感器技术，该磁悬浮技术可将分辨率降至纳米精度甚至皮米级别精度，同时具有高动态性，且不会产生粉尘颗粒，特别是能够满足在高洁净空间中的加工要求。

与通常采用的气浮平台相比，PI磁悬浮技术几乎无磨损，即使在高负荷周期和高动态条件下，也能保证整个使用寿命内的优良性能，并且无振动，能够在超高真空或高级洁净室等精细环境中实现零颗粒操作。据介绍，这项新技术在半导体前道制程光刻设备、检测计量等环节上会有非常好的应用前景。

// 建立本地化生产基地 //

早在2019年，PI就开始备筹备建立位于常州的生产基地，2021年，PI常州工厂正式投产，为中国本土市场客户提供了稳定的产品供应货期和品质保障。目前，PI中国工厂的产能正稳步提高，生产规模逐步扩大，并且还在上海增设了应用技术实验室，以便于能够结合实际需求，开发出真正满足中国用户使用要求的产品和技术方案。

针对现阶段直驱市场“内卷”现象升级的状况，卢进灯认为，行业“内卷”是一把“双刃剑”，它一方面可以为中国自动化用户带来许多低成本的技术解决方案;但另一方面，仅仅围绕产品价格展开的竞争，也在不断压缩企业的利润空间，使得企业没有充足的资金和动力去投入到产品研发中，开发更加创新型的产品、方案，因此，从长期来看，弊大于利，尤其是不利于企业和整体行业的健康、良性发展，甚至有可能会成为行业进步的一个阻力。卢进灯说，

市场竞争确实在所避免，但最重要的是首先要明确企业自身的市场定位，PI始终聚焦在半导体生产和检验、高精度工业制造、光学对准和计量、显微镜和生命科学等高端应用领域，同时通过我们本地化工厂和研发团队，为中国客户提供品质优秀且具有差异化特点的产品和技术方案。

在全球工业加速迈向数字化、网络化、智能化的当下，制造业对于光通讯、纳米级加工等前沿技术的需求愈发凸显，凭借在压电控制、马达驱动控制、磁性驱动控制、传感器、运动控制等技术组合上的丰富经验，PI将针对各种实际应用场景，力争为客户带来完整的、定制化的高精密运动控制及定位系统解决方案，协助中国企业提升研发和生产效率。

审核编辑：刘清