智能化、信息化-半導(dǎo)體制造發(fā)展的必然趨勢(shì)
作為支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和保障國(guó)家信息安全的戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性和先導(dǎo)性產(chǎn)業(yè)，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的加速發(fā)展是搶抓新一輪科技和產(chǎn)業(yè)革命機(jī)遇，培育發(fā)展新動(dòng)能的戰(zhàn)略選擇。中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)起步較晚，主要經(jīng)歷了起步探索→初步發(fā)展→加速發(fā)展→高速發(fā)展4個(gè)主要階段，2018年以來美國(guó)商務(wù)部將多家中國(guó)知名科技企業(yè)及實(shí)體列入“實(shí)體清單”，對(duì)中興、華為等企業(yè)進(jìn)行貿(mào)易制裁后，中國(guó)更加重視半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展，政府出臺(tái)多項(xiàng)政策促進(jìn)國(guó)產(chǎn)集成電路發(fā)展，國(guó)產(chǎn)集成電路進(jìn)入高速發(fā)展階段。
作為工業(yè)領(lǐng)域最尖端的技術(shù)之一，半導(dǎo)體的制造的過程極度復(fù)雜、漫長(zhǎng)，且每個(gè)制程步驟的良率都必須接近100%，才能確保最終生產(chǎn)良率維持在可接受的水平。因此，在提高企業(yè)研發(fā)和生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、提升良品率、降低人力依賴等方面有顯著性優(yōu)勢(shì)的智能制造無疑將成為半導(dǎo)體行業(yè)中的一項(xiàng)關(guān)鍵性技術(shù)。從整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)來看，其單機(jī)自動(dòng)化早已經(jīng)不是問題。實(shí)現(xiàn)整場(chǎng)的智能化、信息化，才是客戶的主要訴求。在半導(dǎo)體制造自動(dòng)化、智能化進(jìn)程中，機(jī)器人必不可少，隨著機(jī)器人變得更快、更精確和更智能，它們?cè)陔娮雍桶雽?dǎo)體制造中的作用將在世界各地增加。
復(fù)合移動(dòng)機(jī)器人價(jià)值被逐漸認(rèn)可
移動(dòng)機(jī)器人的價(jià)值近年來逐漸被半導(dǎo)體（FAB）工廠認(rèn)可，作為天車系統(tǒng)（OHT）的補(bǔ)充及替代，移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)一步提升了FAB工廠內(nèi)物流的柔性，很多移動(dòng)機(jī)器人廠商也都相繼開發(fā)了針對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)的產(chǎn)品。
在半導(dǎo)體領(lǐng)域應(yīng)用的多種AGV/AMR中，復(fù)合移動(dòng)機(jī)器人是應(yīng)用最多的產(chǎn)品，也是技術(shù)難度最高的。
復(fù)合移動(dòng)機(jī)器人是指由移動(dòng)平臺(tái)、操作機(jī)（以機(jī)械臂為主）、視覺模組、末端執(zhí)行器等組成，利用多種機(jī)器人學(xué)，傳感器融合定位與導(dǎo)航、移動(dòng)操作、人工智能等技術(shù)，集成了移動(dòng)機(jī)器人與操作機(jī)功能的新型機(jī)器人。
當(dāng)前，頭部的半導(dǎo)體企業(yè)幾乎都有導(dǎo)入復(fù)合機(jī)器人。
12寸的晶圓廠多數(shù)是用天車來運(yùn)輸晶圓盒，對(duì)天花板高度有一定要求，一般是4 到 4.5米。然后加復(fù)合移動(dòng)機(jī)器人輔助，有一些天車（OHT）覆蓋不到的范圍都開始逐漸使用復(fù)合移動(dòng)機(jī)器人。當(dāng)然，有些晶圓廠或是舊廠的設(shè)計(jì)沒有達(dá)到全方位的自動(dòng)化，還是需要用到自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)（Stocker），晶圓搬運(yùn)機(jī)器人加上復(fù)合移動(dòng)機(jī)器人。
大多數(shù)的8寸工廠沒有天車系統(tǒng)（OHT），只有少數(shù)新廠房會(huì)用到天車系統(tǒng)（OHT），舊的工廠一般不適宜裝天車，所以這些廠商一般會(huì)使用搬運(yùn)機(jī)器人+復(fù)合移動(dòng)機(jī)器人，搬運(yùn)機(jī)器人不一定100%使用，但是復(fù)合移動(dòng)機(jī)器人基本是標(biāo)配，因?yàn)榫A的制造程序更容易實(shí)現(xiàn)無人工廠，但8寸晶圓廠的設(shè)備很多需要改造來更好地與機(jī)器人對(duì)接。
全球大廠的8寸封測(cè)廠在中央?yún)^(qū)域車間傳送子系統(tǒng)(interbay)使用天車運(yùn)輸8寸晶圓盒，然后送到固定的開關(guān)盒設(shè)備，再由復(fù)合機(jī)器人取放搬運(yùn)至設(shè)備；生產(chǎn)完的晶圓內(nèi)盒，由復(fù)合移動(dòng)機(jī)器人取放回盒子里，再由天車系統(tǒng)（OHT）運(yùn)走。
有些新建的12寸廠已規(guī)劃導(dǎo)入天車系統(tǒng)。現(xiàn)有的12寸封測(cè)工廠基本上沒有用AMHS來運(yùn)送前開式晶圓傳送盒（FOUP），所以要做自動(dòng)化，都是需要用軟件系統(tǒng)配合倉(cāng)庫(kù)（Stocker）、電子貨架、搬運(yùn)機(jī)器人和復(fù)合機(jī)器人來生產(chǎn)。
可以看出，近幾年，復(fù)合移動(dòng)機(jī)器人的應(yīng)用價(jià)值在半導(dǎo)體行業(yè)已經(jīng)被逐步認(rèn)可，各大半導(dǎo)體公司都開始有復(fù)購(gòu)計(jì)劃。當(dāng)然，復(fù)合移動(dòng)機(jī)器人作為一個(gè)新興事物，在前期項(xiàng)目驗(yàn)證過程中可能會(huì)出現(xiàn)一些問題，這屬于正常現(xiàn)象，也是行業(yè)進(jìn)步的必經(jīng)之路。
優(yōu)艾智合助力半導(dǎo)體制造物流國(guó)產(chǎn)化
智能化升級(jí)是未來所有半導(dǎo)體廠商提高制造效率、實(shí)現(xiàn)精益化生產(chǎn)的必經(jīng)之路，作為上游智能設(shè)備的復(fù)合移動(dòng)機(jī)器人未來在半導(dǎo)體領(lǐng)域大有可為。
當(dāng)然，任何新事物的發(fā)展都要經(jīng)歷一個(gè)由小到大、由不完善到比較完善的過程。國(guó)內(nèi)首臺(tái)復(fù)合移動(dòng)機(jī)器人于2015年面世，但前期并沒有太多應(yīng)用，無論是產(chǎn)品成熟度還是市場(chǎng)認(rèn)知度都很低，此后隨著入局企業(yè)不斷增多開始進(jìn)一步推動(dòng)產(chǎn)品技術(shù)成熟度的提升，進(jìn)而推動(dòng)了相關(guān)應(yīng)用的深入，這些賽道先行者，為行業(yè)的發(fā)展做出了努力，值得尊敬。
由于復(fù)合機(jī)器人“手腳并用”的產(chǎn)品特性與半導(dǎo)體行業(yè)的搬運(yùn)需求十分契合，在此后的發(fā)展中，半導(dǎo)體行業(yè)逐漸成為復(fù)合機(jī)器人應(yīng)用的第一大市場(chǎng)。
但半導(dǎo)體行業(yè)生產(chǎn)要求嚴(yán)苛，因此對(duì)上游設(shè)備廠商設(shè)置了一定的“準(zhǔn)入門檻”。首先是移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)行平穩(wěn)性的要求，由于要搬運(yùn)晶圓等精密元件，機(jī)器人要防震、防抖動(dòng)；其次是精準(zhǔn)性要求，這是半導(dǎo)體封測(cè)廠對(duì)導(dǎo)入AGV/AMR一個(gè)非常大的考量點(diǎn)，工廠內(nèi)昂貴的半導(dǎo)體設(shè)備經(jīng)不起任何碰撞；第三則是設(shè)備的潔凈度要求。此外，半導(dǎo)體行業(yè)對(duì)機(jī)器人的柔性化要求很高。
作為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的復(fù)合移動(dòng)機(jī)器人企業(yè)，優(yōu)艾智合通過自主研發(fā)的激光SLAM導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn)化移動(dòng)機(jī)器人，搭載協(xié)同管控系統(tǒng)及業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，形成一體化的智能升級(jí)解決方案，深耕于半導(dǎo)體行業(yè)下的多個(gè)細(xì)分場(chǎng)景，在產(chǎn)業(yè)鏈上下游多點(diǎn)發(fā)力，助力工廠提升自動(dòng)化與信息化水平。
半導(dǎo)體生產(chǎn)車間潔凈等級(jí)高、布局復(fù)雜、空間狹小、設(shè)備種類繁多，優(yōu)艾智合通過移動(dòng)機(jī)器人多機(jī)協(xié)同可打通離散生產(chǎn)環(huán)節(jié)，高效助力企業(yè)柔性生產(chǎn)。同時(shí)，利用解決方案實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)備間的自動(dòng)傳送、存儲(chǔ)及分發(fā)，打通制程中的復(fù)雜工序，有效提升設(shè)備稼動(dòng)率、降低人工錯(cuò)誤發(fā)生率。從前期的晶圓制造、中期的封裝集成，到后期的組裝包裝、運(yùn)輸，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)物質(zhì)流與信息流的聯(lián)通，完美融合自動(dòng)化與信息化生產(chǎn)。
當(dāng)前，在半導(dǎo)體領(lǐng)域，優(yōu)艾智合已經(jīng)成為行業(yè)頭部供應(yīng)商，是眾多國(guó)內(nèi)外知名企業(yè)的合作伙伴。
事實(shí)上，整體來看，無論是整個(gè)移動(dòng)機(jī)器人行業(yè)復(fù)合機(jī)器人這一細(xì)分賽道，相對(duì)而言都還處于發(fā)展早期，行業(yè)在技術(shù)研發(fā)、項(xiàng)目拓展、人才建設(shè)等方面依然處于高投入階段。任何事物的發(fā)展都不可能“一蹴而就”，整個(gè)行業(yè)以及身處其中的企業(yè)，都還需要一些時(shí)間去繼續(xù)成長(zhǎng)。
附：半導(dǎo)體行業(yè)復(fù)合機(jī)器人典型應(yīng)用案例
優(yōu)艾智合-某全球知名晶圓廠智能搬運(yùn)項(xiàng)目
在某全球知名晶圓廠的晶圓無塵車間中，以往由多名工人進(jìn)行晶圓盒的轉(zhuǎn)運(yùn)工作，人工操作過程中的效率及穩(wěn)定性無法滿足需求擴(kuò)張下的產(chǎn)能需求，根據(jù)該客戶統(tǒng)計(jì)每天該廠約產(chǎn)生千分之二裂片。同時(shí)，人員的流動(dòng)、崗位調(diào)換等因素均為生產(chǎn)節(jié)拍的穩(wěn)定性帶來不利影響。
優(yōu)艾智合應(yīng)用17臺(tái)晶圓盒搬運(yùn)機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)“氧化-光刻-刻蝕-離子注入-沉積-機(jī)械拋光”全流程的晶圓物料流轉(zhuǎn)。
·移動(dòng)靈活、定位精度高。優(yōu)艾智合解決方案基于AMR定位導(dǎo)航算法在高精度和高穩(wěn)定性方面的強(qiáng)大技術(shù)支撐，定位精度達(dá)可達(dá)到±2mm。
·潔凈等級(jí)滿足Class-1。優(yōu)艾智合移動(dòng)機(jī)器人在客戶現(xiàn)場(chǎng)，200米長(zhǎng)度主要通道來回10趟測(cè)試。輪子旁邊發(fā)塵量7趟小于10顆，3趟0顆。潔凈等級(jí)完全滿足Class-1要求。·移動(dòng)時(shí)震動(dòng)數(shù)值低。根據(jù)國(guó)內(nèi)某知名晶圓客戶反饋需求，移動(dòng)機(jī)器人在1m/s運(yùn)動(dòng)時(shí)，震動(dòng)數(shù)值需要低于0.1G，才能有效避免裂片情況。優(yōu)艾智合移動(dòng)機(jī)器人在該客戶現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，1m/s運(yùn)動(dòng)時(shí)，震動(dòng)數(shù)值最低可達(dá)0.04G、遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于客戶需求的0.1G與SEMI標(biāo)準(zhǔn)0.5G。
該廠2021年通過導(dǎo)入優(yōu)艾智合專為半導(dǎo)體晶圓廠現(xiàn)場(chǎng)定制化的這款高階抗震的晶圓盒傳送AGV后，在實(shí)現(xiàn)晶圓盒的無人化轉(zhuǎn)運(yùn)和精準(zhǔn)上下料的同時(shí)，減小無塵車間污染帶來的風(fēng)險(xiǎn)，提升良品率，避免人工搬運(yùn)帶來的損壞問題，至今完全排除因人員傳送薄片晶圓盒的高震動(dòng)而導(dǎo)致裂片的情況。
減少操作員30%無效行走；作業(yè)高度覆蓋0.3-2.5米，提高電子料架利用率66%；整廠實(shí)現(xiàn)了2%的效率提升，每年節(jié)省人力成本300萬元，ROI僅2年左右。
優(yōu)艾智合-國(guó)際頭部半導(dǎo)體封測(cè)A公司車間物料配送自動(dòng)化項(xiàng)目
A公司是國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體封測(cè)企業(yè)頭部，在全球芯片短缺的背景下，亟需通過物流智能化改造實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率和效益的提升。針對(duì)該封測(cè)廠，優(yōu)艾智合引入12臺(tái)復(fù)合移動(dòng)機(jī)器人及YOUI TMS智慧物流管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)物質(zhì)流與數(shù)據(jù)流的打通。機(jī)器人主要應(yīng)用在半導(dǎo)體封測(cè)前端FOL工藝，自動(dòng)對(duì)接料架，實(shí)現(xiàn)Wafer cassatte、 Magazine、Leadframe、切割刀、焊針、焊線、加熱塊、銀漿、吸嘴等物料或載具的轉(zhuǎn)運(yùn)。
·能在高架地板上穩(wěn)定運(yùn)行 精度不低于±3mm；·運(yùn)行效率能滿足5min/框匹配產(chǎn)線節(jié)拍水平；·不產(chǎn)生粉塵 滿足Class100潔凈要求；·機(jī)臺(tái)對(duì)接精度最高達(dá)0.01mm 最低不超過0.3mm。
每臺(tái)機(jī)器人2年節(jié)約人力成本120萬，僅計(jì)算人工成本，ROI<2年。緩存、轉(zhuǎn)運(yùn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)在線；相關(guān)工藝段節(jié)拍穩(wěn)定庫(kù)存水位下降；手推車搬運(yùn)導(dǎo)致1.5‰的不良率測(cè)算，降低損失573.1萬美元；每片晶圓價(jià)格按684美元計(jì)算，彌補(bǔ)產(chǎn)能約967.8萬美元。
