混合集成电路数字化制造技术研究论文

SCI论文（www.lunwensci.com）
 
 　　摘要：为进一步适应混合集成电路向多品种、变批量的生产模式转变以及满足快速、高质量交付的市场需求， 针对混合集成电路 制造领域的数字化转型进行了研究。首先， 实现数字化制造需要在建立企业整体业务架构的基础上综合考虑生产与管理、设计的 相互关系， 通过分析混合集成电路生产制造特点及三者之间的关系， 提出了智能工厂的整体架构和思路。其次， 数字化制造建立 的过程需要自动化和信息化双管齐下， 针对自动化集成本文提出了柔性自动化互连线体的设计方案， 结合先进的制造设备实现了 柔性制造; 针对信息化集成， 通过研究和开发制造运行系统， 运用大数据分析等实现数据实时传递、分析和快速响应。再次， 通 过数字孪生技术建立虚拟工厂， 实现虚拟世界和现实世界的互动和链接。最终， 通过分析数字化建设过程中的投入得出数字技术 研究关键是数字化团队的建立。通过研究混合集成电路数字化制造技术， 解决了企业需求， 同时为同行业的数字化转型提供了借 鉴意义。

　　关键词：数字化制造,自动化集成,信息化集成,数字孪生

　　Research on Digital Manufacturing Technology of Hybrid Integrated Circuit

　　Wang Teng， Zhou Changjian， Lei Ziwei， Yang Xujie

　　(The 43rd Research Institute of CETC, Heifei 230088. China)

　　Abstract: In order to further adapt to the transition of hybrid integrated circuits to multi variety and variable batch production mode and meet the market demand for fast and high-quality delivery, The digital transformation is studied in the field of hybrid integrated circuit manufacturing. Firstly, to achieve digital manufacturing, it is necessary to comprehensively consider the interrelationships between production, management, and design on the basis of establishing the overall business architecture of the enterprise . By analyzing the characteristics of hybrid integrated circuit manufacturing and the relationships among the three, the overall architecture and ideas of an intelligent factory are proposed. Secondly, the process of establishing digital manufacturing requires both automation and informatization . A design scheme for flexible automation interconnection lines is proposed for automation integration, which combines advanced manufacturing equipment to achieve flexible manufacturing. The integration of information technology is focused on by researching and developing manufacturing operation systems, utilizing big data analysis to achieve real-time data transmission, analysis, and rapid response. Once again, establish a virtual factory through digital twin technology to achieve interaction and connection between the virtual world and the real world . Finally, by analyzing the investment in the digital construction process, it is concluded that the key to digital technology research is the establishment of a digital team . Through the research of hybrid integrated circuit digital manufacturing technology . The needs of enterprises are solved and a reference for the Digital transformation of the same industry is provided.

　　Key words: digital manufacture; automatic integration; information-based integration; digital twin

　　引言

　　混合集成电路是高科技支柱的基础产业， 具有知识 技术密集、系统复杂、质量可靠性要求高等特点。我国 混合集成电路制造企业在工业化方面还存在一定不足， 相对于大环境下的“工业 4.0”浪潮有着较大的差距， 主 要表现在以下 3 个方面： (1) 制造技术基础薄弱， 制造 装备水平一般， 自动化程度低， 存在相当一部分操作仍 然主要依靠手工或一般装配完成[1]; ( 2) 制造装备柔性 化和智能化程度低， 大量采用专用工装和夹具， 难以适 应产品“多品种、小批量”的特性， 增加了企业的生产成本， 降低了企业的生产效率; ( 3) 数字化、信息化水 平不高，数字化基础环境、数字化标准体系不健全，现阶 段的标准规范多为通用性的软件使用要求， 层次较低[2]。

　　混合集成电路是多种组装工艺的集合， 是多类多种 元器件的二次集成， 组装流程长、工艺流程复杂。该类 电路主要用于航空、航天等高端领域， 对质量和可靠性 等要求较高， 同时该行业主要以“多品种、变批量”生 产模式为主， 快速交付的市场需求日益增长。在当前 “中国制造 2025”的大背景下， 全国制造业企业都在大 力发展智能制造[3]。提升产品质量、提高生产效率、降低生产成本， 是制造企业的最大需求， 同时又是企业一 直在不断追求的目标。要满足这一需求， 智能制造就要 在智能质量检测、人工、生产线等智能化分配和管理的 研究和投入上提档、加速， 使生产线的数字化管理、团 队中的信息传递与决策等能实现智能化经营和管理， 实 现制造业的可持续发展和现代化生产的多种需求[4]。同 样， 混合集成电路制造作为中国制造业重要的组成部分， 其对数字化化、柔性化和可靠性的要求尤为迫切。

　　中国的数字化转型和智能制造在汽车制造业、 3C 制 造业、半导体制造业等已经成熟应用， 但在混合集成电 路领域， 国内仍处于自动化和半自动化的阶段， 生产效 率偏低。本文针对目前混合集成电路生产制造存在的现 状， 从混合集成电路数字化架构对整体制造过程涉及的 企业业务和流程进行分析， 首次针对数字化建设中涉及 的两个重点任务自动化集成和信息化集成分别进行了研 究和阐述， 同时针对现实制造和虚拟制造进行了简要论 述， 最后针对数字化制造技术的投入进行了分析， 确保 企业数字化制造的顺利达成。

　　1 混合集成电路数字化制造架构

　　数字化工厂建设的关键工作是流程再造， 流程再造 的本质是对企业经营活动过程进行重新设计， 其目的是 让企业获得更高的效益[5]。在数字化工厂建设的起步阶 段， 首先应该对现有流程进行分析， 找到影响现有绩效 的短板、并提出相应的解决方案， 然后再把解决方案固 化到信息系统或自动化设备中去， 从而实现经营效益的 整体提升[6]。

　　在企业数字化转型的过程中， 有两个重要的环节：信息化集成和自动化集成。之所以要集成， 是因为在实 际工作中， 有多个信息系统、多台自动化设备要协同工 作， 同时， 信息系统和自动化设备之间还要协同工作。 在这样复杂的体系中， 没有科学合理的流程， 整个体系 不可能高效运作[7]。

　　1.1 智能工厂架构
　　为满足混合集成电路数字化制造需求， 建立适合企 业发展的智能工厂， 拟建设覆盖计划、生产、物流、仓 储、质量、设备的智能一体化信息化系统建设[8]。借助 信息化技术、自动化技术、智能化技术打造以“集成化、 精益化、数字化、智能化”为特征的数字化智能工厂， 主要建设内容的框架如图 1 所示。 　　智能工厂整体框架基本包括五层应用， 以及相关的 智能制造支撑体系， 其中核心的 5 层应用， 具体如下。

　　( 1) 智能装备层： 即物理硬件层。智能化装备是未 来智能化工厂的基础， 是具备通讯与控制的硬件设施， 核心包括智能生产装备、智能物流装备、智能质检装备 和能源监测装备等。智能工厂必须要掌握智能装备的运 行状态， 必须具备对智能装备的数据采集和监控功能， 并与其他业务系统紧密融合。

　　( 2) 数据采集和监控层： 即设备数据采集控制层。 用以实现对所有底层智能化装备的集中化监测与控制， 采集所有底层智能化装备的核心运转数据， 如能源数据、 设备运行数据、质量检测数据、物料识别数据、物流数 据等， 实现对所有设备运行情况可视化、报警实时提示 与处理等， 并实现部分设备的远程操作与控制。同时构 建起底层控制数据层， 实现对异构业务数据与控制数据的统一规范化、标准化管理， 实现异构设备的统一管控， 并为的数据分析提供可靠的数据支撑。

　　( 3) 制造执行管理层： 是实现智能制造的核心系统， 其目标就是要实现优化运行、优化控制及优化管理， 起 承上启下、下情上传、运筹调度的中枢作用。制造执行 管理系统将基于多车间协同制造建模的基础上， 以生产 计划为主线， 通过计划管理的控制、指挥和协调， 以推 拉结合的方式进行供应商协同和物流配送， 确保按期、 保质交货。同时， 在任务执行的过程中进行质量数据采 集、产品履历和过程追溯， 形成计划、物流和质量的闭 环管理[9]。

　　( 4) 企业资源管理层： 主要是指生产调度指挥系统、 研发管理等， 生产调度指挥系统实现对销售、项目、主 计划、外协、库存等业务的信息化管理。研发管理系统 负责对设计、工艺文件的管理。

　　( 5) 管理驾驶舱层： 本层的应用主要面向公司的高 层领导， 是基于对底层业务数据的抽取、分析， 形成对 公司高层决策有帮助的可视化看板、报表、数字孪生虚 拟工厂等应用， 支持高层运营决策。

　　1.2 数字化系统之间的关系

　　依据智能工厂整体架构， 企业数字化建设过程需要 包含 5 大数字化系统， 即物联网数据采集系统 (IOT)、 仓库控制系统 (WCS)、制造执行系统 (MOM)、设计工 艺平台 (PDM) 及企业资源管理系统 (ERP)， 5 大系统 之间的关系如图 2 所示。IOT 作为底层系统需实时采集生产制造设备的核心 运转数据 (设备运行状态、加工参数信息等)， 并将数据 上传至 MOM 进行数据整理和分析， MOM 将分析后的结 果和生产技术指令发送至 IOT 进而达到控制智能设备的 目的[10] 。WCS 作为底层物料管理系统需实时监控库存物 料状态， 通过接收 MOM 发送的出入库指令完成实体物料 的出入库动作， 同时将出入库任务执行情况反馈至 MOM 完成闭环。 MOM 作为数字化制造的核心系统， 是企业管 理与实体制造的关键纽带， 是对制造执行环节人、及、 料、法、环等多元素的管控， 通过接收 ERP 下发的物料信息、生产计划、设备信息等以及 PDM 制定的技术文 件、技术更改等信息完成生产制造， 同时将收集的报工 信息、物料消耗情况及 WCS 的出入库信息反馈至 ERP， 用于企业的绩效管理和成本核算。
　　2 数字化制造之自动化集成

　　混合集成电路组装工艺复杂， 主要工艺包括再流焊、 粘接、键合、手工焊、功能调试、感性元件粘接、测试、 内部目检和封装等， 同时还包括物料存储、物料配送、 半成品及成品存储转运等环节。其中除手工焊、感性元 件粘接和内部目检三道工序需要人工作业外， 其他工序 均采用自动化设备、半自动化设备以及人工完成产品生 产; 仓储和物流等一般选择控氧柜和推车等传统方式实 现。实现数字化制造的过程中， 需经过流程再造， 优化 产品制造技术和方法， 将原有的生产效率低的手动和半 自动设备替代为高度自动化的设备实现产品的制造加 工。在自动化集成的实现过程中主要考虑以下 4 个方面 的问题： (1) 自动化设备的选型; ( 2) 设备硬件互连互 通; ( 3 ) 智能仓储物流; ( 4) 自动化设备及生产线的数 据采集。

　　2.1 自动化组制造设备

　　混合集成电路数字化制造主要由微组装设备、检测 设备、封装设备等自动化设备组成， 典型的设备如图 3 所示。
　　制造业如今在规模和水平上都有了很大发展， 但是 依然存在问题， 在核心技术、高端装备环节、基础研究 和集成配套能力以及大型企业集团方面都存在着不足， 严重制约着我国装备制造业的产业升级[11]。十二五及以 前相当长的一段时期， 微组装设备、检测设备及封装设备等主要以进口设备为主， 设备制造的核心技术被国外 垄断， 国产设备的市场占有率极低。十三五以来， 面对 国外对进口设备的禁运形势， 国家对实体制造业的支持 力度逐年增长， 同时大力推进自主可控， 打破技术垄断， 自主研发， 涌现处一大批拥有核心知识产权的优秀企业， 例如： 深圳轴心自控技术、宁波尚进自动化、上海炬子 科技、上海轩田科技、苏州路远智能装备、天津众望自 动化装备等。目前， 全自动点胶机、全自动裸芯片贴片 机、自动金丝键合机、自动光学检测设备等混合集成电 路制造的核心设备均可实现国产化替代。

　　数字化制造对自动化设备的要求除能够实现自动化 组装、自动化检测及自动化封装之外， 还需要其能够将 制造过程中产生的数据进行共享， 即开放数据接口， 将 设备状态信息、设备参数信息及生产制造信息经数据采 集系统反馈至制造执行系统， 以用于上层对底层设备的 监控。目前设备数据接口/协议的形式主要有 SECS/GEM 通讯、 OPC、日志文件、三色灯、压力表模拟量及定制 数据接口方式。其中 SECS/GEM 通信协议 (图 4) 是半导 体组装设备应用最多的协议， 该协议可实现设备的运行 状态采集、工艺数据、设备故障信息的采集， 同时可以 实现设备的远程起停控制以及运行程序/配方的名称并能 够实现程序自动切换[12]。
　　对于混合集成电路数字化制造而言， 自动化设备的 选型至关重要， 根据自身工艺流程选择合适的自动化设 备， 能够有效地提升组装效率。

　　2.2 设备互连

　　传统的设备互连主要通过线体、接驳台等通过 SME⁃ MA 接口的形式将设备串联在一起， 形成一条自动化流 水线如图 5 所示。

　　该形式在 SMT 生产线及大批量生产的微组装生产线 中采用较为广泛， 其特点是设备之间互连路径较短， 产 品在设备之间可以完成快速传递， 产品类似流水的形式 以固定的节拍流出产线， 产品在线体内转运时间短， 相 对于设备离线形式而言， 可大大提升生产效率。

　　混合集成电路组装是多种组装工艺的组合， 组装流 程长且工艺流程复杂。同时， 其生产模式主要以多品种、 多批次、小批量的形式进行。针对混合集成电路的工艺 和生产特点， 传统的直连线体形式无法满足生产需求， 需建立一种柔性的、可根据不同产品工艺快速切换设备 的生产线形式。经研究， 考虑采用主线体加支线体的形式进行 U 型生产线设计， 即主线体负责产品的主流程传 递， 与设备之间不相连; 支线体负责与设备互连， 起到 将产品导入、导出设备的作用， 如图 6 所示。设备单机 的线体形式如图 7 所示。
　　U 型生产线是精益生产的核心模块， 是适应多品种 小批量、频繁插线和变线的生产方式的生产线， 以减少 人力、物力的浪费为首要目标。 U 型生产线和直线流水 生产线都可以定义为单件流， 但是前者比后者的优点更 加明显[13]。直连线体和 U型线体的特点对比如表 1 所示。
　　针对混合集成电路的工艺和生产特点， U 型线体更 适合该产业的发展形势， 也更适用于数字化技术在生产 中的应用。

　　2.3 智能仓储物流

　　产品的生产制造， 除了拥有先进的制造设备和合适 的线体之外， 更重要的是物料的存储、配送与回收。传 统的仓储物流是在中心库或线边库等为区域采用控氧柜、 货架、简易料仓等设施进行存储， 采用手推车或人工搬 运的形式进行配送和回收， 人工核对物料信息， 人工盘 库， 在此过程中极易出现信息丢失、物流混淆及账物不 符的问题。在数字化制造的过程中需要采用智能仓储设备、智能物流配送设备的方式取代原有效率低下、出错 率高的人工方式。

　　目前先进的仓储设备主要有智能料塔、 AI 智能料 架、智能循环货柜、智能盘料库等。混合集成电路组装 元件主要包括阻容盘带料、华府盒装裸芯片、外壳、金 属盖板、感性元件、过渡片及结构件等， 各类元件型号 多、批次多， 由于产品对物料必须具备可追溯性， 所以 物料的存储必须根据型号、批次进行区分保存。因此， 目前智能盘料库的形式 (图 8) 能够较好地满足上述 需求。目前先进的物料配送方式有地面 AGV (自动导引 车) 配送、地面 RGV (有轨制导车) 配送和空中穿梭车 配送等形式， 如图 9 所示。 AGV 是一种以电能作为动力， 通过电磁或光学等非接触式自动导引装置， 在无人操控 的情况下沿着预定路径行驶到指定的地点， 实现自动移 栽、搬用等功能的小车， 该方式无固定式轨道; RGV 使 用中轨道托盘搬运小车， 有一个运行机构和一台链式或 辑式输送机两部分， 负责把货物分送到指定位置， 该方 式有固定式轨道。空中穿梭车， 顾名思义， 是通过在车 间顶层建立行车轨道， 运输车悬挂于轨道上， 高度集成 物料抓取、升降、行走等动作， 将物料配送至固定位置， 该方式有固定式轨道。
　　在混合集成电路组装中， 中心库货柜、线边库货柜、 上下料机、贴片机等多个位置节点均需进行物料的收取、 发放， 各节点所操作的物料种类、数量均不同， 这就需 要一种灵活的、可按照需求随时进行响应的物流方式， 对上述几种方式的特点而言， 无固定轨道形式的 AGV 配 送方式更加适合于混合集成电路的组装物料需求。

　　2.4 数据采集

　　在数字化制造过程中， 大量的数据是来源于底层的 实时数据， 随着业务发展， 产线对管理的颗粒度以及信 息化管理的需求也越来越强烈， 一方面， 需要掌握产线 设备实时运行状态以及工艺参数， 另一方面也需要完整 地采集产品生产过程数据， 以便能随时调阅产品生产履 历数据。因此需要通过数据采集的方式将制造过程中涉 及的“人、机、料、法、环”产生的数据信息进行收集 和汇总， 并发送至上层 MOM 系统进行处理[14]。混合集成 电路制造过程中需要采集的数据包括设备数据、工序数 据、物料数据及环境数据等。各类数据的采集方式如下。

　　( 1) 设备数据采集技术主要包括： SECS/GEM 通信 采集; 三色灯采集; 日志文件读取; 工控协议 ( S7-200/ 三菱 FX5U) 采集; OPC/Socket 通信采集等。对于支持 SECS/GEM 通信的设备通过 SECS/GEM 通信的方式来采集 设备运行状态和数据对支持的设备是最佳的方案。该协 议可实现设备的运行状态采集、工艺数据、设备故障信 息的采集， 同时可以实现设备的远程起停控制以及运行 程序/配方的名称并能够实现程序自动切换[15]。

　　( 2) 工序数据采集主要通过线体及设备前后端的扫 码枪， 将产品的过站信息、工序的制造时间信息等等进 行采集。

　　( 3) 物料数据采集是通过二维码扫描， 获取物料信 息的物资代码和批次号， 匹配应用系统中对应的物料属 性， 实现现场物料数据的收集。

　　总之， 在混合集成电路数字化制造过程中， 自动化 集成是数字化技术研究的基础， 选择合适的设备、建立 适用于自身生产模式的柔性连线方式、规划便捷快速的 仓储物流形式以及个性化的数据采集系统， 最终达到适 应多品种、变批量的硬件集成架构系统。

　　MOM 系统以生产计划为主线， 通过计划管理的控 制、指挥和协调， 以推拉结合的方式指导生产和物流配 送/领用， 确保按期、保质交货。同时， 在生产任务执行 的过程中进行质量数据采集、产品履历和过程追溯， 形 成计划、物流和质量的闭环管理， MOM 系统运行架构如 图 10 所示。
　　根据业务需求， 系统内部应包含计划管理、生产运 行管理、质量管理、设备管理以及仓储物流管理等模块。具体研究内容如下。

　　3.1 计划管理

　　生产计划管理包括根据上级系统下达的主生产计 划， 自动生成车间计划， 也可以结合工厂生产现状和 生产准备进展， 对车间作业计划进行插单、变更、下 达、跟踪、分批、调整等全过程的管理以及工序计划 全过程等。

　　考虑到计划排程的灵活性， 手工分解的功能依然需要保留， 即 MOM 系统需满足手工排程和 APS 智能排程 两种模式。生产计划排程的主要业务流程规划如图 11 所示。
　　3.2 生产运行管理

　　生产运行管理须包括生产任务的分派与接收、任务 的执行与汇报、以及生产数据的查询与统计等。

　　( 1 ) 分派与接收： 根据混合集成电路生产特点， 任 务分派与接收应支持现场作业派工管理， 支持派工到班 组、个人、设备等多种派工方式。现场作业时， 通过扫 描随工单条码、工牌或点击系统按钮接收派发的作业任 务， 完成开工、完工、报检等工作， 并能够实现电子化 作业指导书的推送和查询。支持根据手工装配、柔性产 线等不同生产模式来实现计划编制、派工执行、数据采 集与汇报， 如图 12 所示。 　　( 2) 执行与汇报： 作业执行期间， 操作人员可以根 据实际情况进行问题和异常情况的反馈和处理， 并根据 异常处理情况进行下游业务的关联和处理闭环通知。系 统应对人、机、料、法、环、测各要求完整全面的生产 过程记录跟踪[18]。支持物料的防呆防错管理， 以及产品 各类质量数据的追溯记录 (如元器件批次记录)， 同时具 备外协加工、装配、试验产品质量数据包的导入功能。 支持与智能量具、智能工装集成， 从而来自动获取并上 传检验数据信息。如图 13 所示。
　　( 3) 根据业务需求， 系统需支持对现场在制品的统 计查询管理，可按照车间、产线、班组、产品信息、设备 信息等进行查询与统计。同时支持现场问题反馈与跟踪管 理，支持对生产现场一线报警信息的处理和跟踪，对工位 报警信息的录入、发布、呼叫和流转、问题跟踪记录。

　　3.3 质量管理

　　3.3.1 质量管理架构

　　根据混合集成电路数字化制造模式和业务需求， 质 量管理分 3 层 (决策层、管理层、执行层) 结构运行， 每层管理内容和界面不同， 如图 14 所示。
　　( 1) 根据需求报检， 管理层会生成相应的检验计划， 进行检验派工、选取抽样规则。

　　( 2) 执行层接收任务后， 执行检验任务， 采集数据 上报管理层， 结果判断/评审后， 再进行合格证管理或不 合格品处理。

　　( 3) 决策层最后看到的是统计分析数据与可视化图 表， 便于进行决策支持。

　　3.3.2 质量管理模块

　　质量管理模块需包含质量检测模型管理、质量缺陷库管理、防差错管理、质量检验与记录、不合格品处理、 返工返修及报废处理等。

　　( 1) 建立质量检测模型是质量控制的基础， 通过检 测模板、检测类型、检测项、工艺参数及其关系的定义， 构建结构化质检体系和检验标准。

　　( 2) 通过定义缺陷类型、缺陷名称、不良报废明细、 责任代码、工序不良报废明细等信息完成缺陷库建立以 用于快速缺陷录入和缺陷统计分析。

　　( 3) 防错防呆是企业质量预防、提高产品质量的重 要手段。通过建立物料防错、工序/工步防错以及工艺防 错等措施， 设置预定值， 超出预定值时由系统发出预警， 实现数字化制造整体过程的质量一致性。

　　( 4) 人工检验或设备自动化检测等方式形成的检验 信息可通过人工批量数据和自动数据采集的方式进行收 集和记录， 以用于质量数据分析。

　　( 5) 如检验出质量问题， 判定不合格， 则通过现场 终端录入权限信息， 并发起质量异常， 有系统完成不合 格品处理流程。

　　( 6) 在产品生产过程中， 根据不符合项目判定处理结果是否需要返工、返修或报废， 可在系统中对工单进 行返修/报废隔离标识。如返工返修， 系统应提供在线返 修和离线返修处理。如报废， 需记录报废信息， 制定报 废审理流程， 完成报废品的处置。

　　3.4 设备管理

　　自动化设备管理离不开系统的支持， MOM 系统中需 建立设备管理模块， 已对设备档案、工具工装以及预防 性维护等实行数字化管控。

　　( 1) 设备档案需包括包括设备编号、设备名称、类 型、设备状态、供应厂商、所在产线、工位、负责人、 设备的常用参数、尺寸等信息， 建立设备台账， 做到账 物一致。

　　( 2) 建立工具工装的台账管理、工具工装的定检、 维修管理、出入库管理等。通过对工具工装的出入库、 维修、报废等信息的管理， 合理安排其关联的相关生产 活动。

　　( 3) 预防性维护管理， 包括设备运行管理、设备预 防性维护管理、突发性维修管理、设备监控、备件管理 等。需对设备运行的状况在线进行监测结果登记。通过 对设备的维修、维护等信息的管理， 合理安排维修计划 及相关生产活动。

　　3.5 仓储物流管理

　　MOM 系统需要具备完整的仓储管理功能， 能够实现 在线入库管理、货位管理、出库管理、拣配管理、盘点 管理、库龄管理、库存查询、物料超期预警、安全库存 预警、物料呆滞时间管理及追溯等功能。

　　通过 MOM 生成的物料配送计划， 生成物料配送指 令， 仓库配料完成后， 调度 AGV 的运行， 通过与仓库 管理系统的集成， 实现物料配送出库过程管理， 并生 成实际配送清单。对于直通件直接在直通接收工位接收物料， 并进行配料， 配料完成后， 直接配送到需求 工位。

　　总之， 作为数字化制造技术核心之一的信息化集成 是根据业务发展需求， 通过梳理业务架构、数据架构从 而完成软件应用架构的建设。信息化是数字化制造的灵 魂， 面对多品种、小批量生产模式的混合集成电路数字 化制造， 信息化的集成与应用显得更为重要。

　　4 数字孪生技术

　　基于数字孪生 (Digital Twin) 技术， 实现虚拟世界 和现实世界的互动和链接[19]。即对整个生产现场及设备 进行三维数字化建模， 实现对工厂和车间的场景重现， 建立和物理车间高度接近的三维数字化虚拟工厂。同 时， 可以定义设备交互属性及数据驱动模型， 建立数字 化虚拟车间与实际生产现场的实时数据驱动， 在虚拟现 实场景基础上全面、直观、精确地展示生产业务信息， 实现虚拟车间的实时可视化监控[20]。另外， 通过先进的 AR 或 VR 等虚拟技术的应用实现生产现场的虚拟漫游， 构建基于高仿真模拟场景的“一体化智能工厂业务互动 及控制平台”， 如图 15 所示。 　　将数字孪生系统与机器学习框架相结合， 数字孪生 系统可以根据多重的反馈源信息数据进行自我学习， 从 而实时地在数字世界里呈现物理实体的真实状况， 并能 够对即将发生的事件进行推测和预演， 实现制造的物理 空间和信息空间的互联互通[21]。

　　5 数字化制造投入分析

　　混合集成电路数字化制造不仅需要硬件和软件方面 的投入， 还需组建专业的数字化技术团队。数字化硬件 即自动化集成的投入大都是由设备供应商根据技术人员 提出的性能指标需求生产制造出相关设备， 含标准设备 和定制设备; 数字化软件即信息化集成则大都是软件开发商根据生产业务和流程需求搭建软件架构和模块。上 述两种投入均是固定的、一时的， 大部分工作是由外部 企业进行的， 其产生的价值仅是建立起数字化制造生产 线的基础。

　　为进一步挖掘生产线的能力， 使混合集成电路数字 化技术不断更新迭代， 最终是在人才方面的投入， 培养 一支既掌握工艺理论、又熟悉批产技术， 还能够进行软 件开发的综合型人才队伍， 在前期建立的基础上， 跟随 业务发展需求， 不断挖掘产线存在的问题， 通过优化设 备、工装夹具等硬件以及建立标准化的流程和表单， 使 得数字化的整体架构逐步完善， 形成具有核心竞争力的 混合集成电路数字化制造平台。

　　6 结束语

　　面对竞争越来越激烈的市场， 用户对产品的交付时 间需求、质量需求越来越迫切， 企业唯有制造出低成本、 高质量的产品才能在当今市场占据一席之位。作为制造 业的混合集成电路行业面临着同样的形势， 同时随着该 行多品种、变批量的特点凸显， 数字化技术在混合集成 电路制造过程中的应用显得尤为重要。在数字化建设及 数字化技术研究过程中， 流程再造是贯穿始终的关键思 路， 自动化集成和信息化集成是开展数字化的两大核心 抓手。

　　本文通过分析混合集成电路自身业务需求， 建立了 混合集成电路数字化制造整体架构， 通过选择合适的设 备、柔性的线体互联方式实现自动化集成; 通过建立底 层数据采集 IOT、核心层制造执行系统 MOM 与企业 ERP 和设计 PDM 形成信息交互通道实现信息化集成， 最终通 过数字孪生技术实现虚拟与现实的同步。在建设和研究 过程中需建立综合性的人才队伍， 根据自身业务不断更 新迭代， 在通往智能制造的路上不断迈进。

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　　第一作者简介：王 腾 (1983- )， 男， 学士， 高级工程师， 研 究领域为混合集成电路数字化制造技术， 已发表论文 20 篇。
 
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