AMHS國(guó)產(chǎn)替代，還需要經(jīng)驗(yàn)豐富的企業(yè)主導(dǎo)

如果讓你在芯片生產(chǎn)全流程設(shè)備中選出一個(gè)讓它發(fā)生故障，能對(duì)生產(chǎn)造成最嚴(yán)重的影響，你會(huì)選什么？
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相信大部分人都會(huì)選擇光刻機(jī)、刻蝕機(jī)等高價(jià)值前道設(shè)備，畢竟沒有這些，芯片生產(chǎn)就會(huì)在這中斷，但后續(xù)流程仍舊會(huì)正常運(yùn)行。要說一個(gè)故障甚至阻塞，能影響晶圓廠全線生產(chǎn)，甚至造成全流程中斷的，還要是AMHS系統(tǒng)，準(zhǔn)確來說，是晶圓廠上空數(shù)百到數(shù)千輛的天車。
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AMHS是一個(gè)比較“小眾”的行業(yè)，全稱是Automatic Material Handling System，即自動(dòng)物料搬送系統(tǒng)。它不僅承載著晶圓、硅片、光罩等生產(chǎn)材料的自動(dòng)化運(yùn)輸任務(wù)，還通過精準(zhǔn)的物料管理和高效的物流調(diào)度，保證Fab廠的生產(chǎn)線持續(xù)高效運(yùn)轉(zhuǎn)，其中OHT，我們通常稱為天車的設(shè)備，是系統(tǒng)中的核心。
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作為半導(dǎo)體從業(yè)人員，我曾進(jìn)入多家Fab廠中深度學(xué)習(xí)參觀，對(duì)AMHS系統(tǒng)也有了較深的理解。目前該領(lǐng)域目前絕大部分市場(chǎng)仍舊被牢牢握在幾家日本廠商手里，國(guó)產(chǎn)替代仍舊處于起步階段，僅有少數(shù)的幾家企業(yè)擁有導(dǎo)入先例。
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一個(gè)月前黎巴嫩BB機(jī)爆炸以及隨之而來公眾對(duì)于蘋果手機(jī)電池的質(zhì)疑，讓國(guó)產(chǎn)替代再次登上熱搜，很多朋友也曾問過我AMHS的國(guó)產(chǎn)替代是否有大量機(jī)會(huì)，作為真正和這個(gè)行業(yè)打過交道的人，我想先說一句：AMHS國(guó)產(chǎn)替代，真的沒那么簡(jiǎn)單。這個(gè)行業(yè)，太吃經(jīng)驗(yàn)了！
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為什么說AMHS國(guó)產(chǎn)替代難

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【事故現(xiàn)場(chǎng)還原圖片，某企業(yè)天車四根皮帶斷裂】

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要知道，晶圓制造是一個(gè)高度復(fù)雜且極度精細(xì)的過程，包含了從晶圓切片、清洗、光刻、蝕刻、沉積、金屬化到封裝測(cè)試的多個(gè)關(guān)鍵步驟。在這一過程中，AMHS負(fù)責(zé)將各種生產(chǎn)材料從一個(gè)工序精準(zhǔn)運(yùn)輸?shù)较乱粋€(gè)工序。據(jù)SEMI統(tǒng)計(jì)，每一個(gè)生產(chǎn)周期中，晶圓要經(jīng)過數(shù)百次的移動(dòng)，而這些移動(dòng)幾乎完全依賴AMHS完成。如果AMHS出現(xiàn)故障，晶圓無法被及時(shí)運(yùn)輸?shù)较乱还ば?，整個(gè)生產(chǎn)線將停滯。
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晶圓處于不穩(wěn)定環(huán)境下的時(shí)間越長(zhǎng)，其良品率就會(huì)越低，甚至?xí)?dǎo)致整批晶圓報(bào)廢，給Fab廠帶來不可挽回的損失。假如這次履帶斷裂發(fā)生在蝕刻或沉積等關(guān)鍵工序中，如果晶圓未能按時(shí)被轉(zhuǎn)移，表面的微結(jié)構(gòu)可能受到氧化、污染等影響，直接影響芯片性能。因此，AMHS的穩(wěn)定運(yùn)行不僅關(guān)乎生產(chǎn)效率，還直接影響到最終產(chǎn)品的質(zhì)量。
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VLSI的數(shù)據(jù)表示，在半導(dǎo)體制造的各個(gè)階段，AMHS系統(tǒng)的故障每次都可能引發(fā)價(jià)值百萬美元的損失，而生產(chǎn)中斷帶來的間接損失更是難以估量。尤其是在目前Fab廠追求高稼動(dòng)率的背景下，哪怕是幾分鐘的AMHS系統(tǒng)中斷，都可能導(dǎo)致晶圓在敏感環(huán)境下的時(shí)間超標(biāo)，最終帶來的是整個(gè)生產(chǎn)計(jì)劃的推翻與大量的重新調(diào)度。這次天車履帶問題便是一個(gè)典型的例子，履帶損壞直接導(dǎo)致Fab廠的天車無法正常運(yùn)行，生產(chǎn)線被迫停產(chǎn)數(shù)天，帶來的不僅是時(shí)間的浪費(fèi)，生產(chǎn)效率的大幅降低，還使得客戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性的信心受挫。
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從正常的生產(chǎn)節(jié)奏來看，晶圓制造的每個(gè)流程都有其嚴(yán)格的時(shí)間要求，AMHS的穩(wěn)定性決定了這些流程能否有序銜接。比如光刻之后的晶圓必須在特定時(shí)間內(nèi)完成蝕刻，延誤會(huì)導(dǎo)致晶圓表面的光刻膠失效。而在封裝測(cè)試階段，若AMHS故障，測(cè)試結(jié)果延遲反饋，出貨時(shí)間將大幅推遲。這種生產(chǎn)中斷不僅會(huì)影響單批次的生產(chǎn)，還可能使得整個(gè)Fab廠的生產(chǎn)計(jì)劃被迫重新調(diào)整，進(jìn)而影響到整條供應(yīng)鏈的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
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經(jīng)驗(yàn)至上的AMHS行業(yè)

AMHS的復(fù)雜性往往不局限于機(jī)械和電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，反而是實(shí)際應(yīng)用與導(dǎo)入經(jīng)驗(yàn)，尤其在與Fab廠生產(chǎn)工藝的深度融合能力上，對(duì)于生產(chǎn)效率影響更多。也就是說，AMHS廠商不僅需要懂得如何設(shè)計(jì)一套自動(dòng)化系統(tǒng)，更重要的是，如何讓這套系統(tǒng)在極端復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。
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如今的AMHS設(shè)計(jì)中已經(jīng)引入了大量仿真技術(shù)，但這些還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到EDA工具在芯片設(shè)計(jì)中所起到的仿真模擬作用。宏觀視角看，AMHS涉及整個(gè)天車的運(yùn)行邏輯、軌道設(shè)計(jì)以及物料調(diào)度，而在微觀層面，從天車的電纜布線、分立器件的排布到電機(jī)和傳感器的選型，任何一個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)缺陷都可能導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定運(yùn)行。

【AMHS流程模擬圖】

相信這次履帶損壞能為AMHS國(guó)產(chǎn)替代提供重要教訓(xùn)，因?yàn)檫@一問題并非技術(shù)層面的創(chuàng)新不足，而是經(jīng)驗(yàn)不足導(dǎo)致設(shè)計(jì)中的瑕疵沒有被及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決。沒有足夠?qū)嶋H運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的廠商，即使擁有最先進(jìn)的技術(shù)，在遇到復(fù)雜且高強(qiáng)度的生產(chǎn)環(huán)境時(shí)也可能出現(xiàn)各種意想不到的問題，而這些問題往往會(huì)在實(shí)際生產(chǎn)中以更大的代價(jià)暴露出來。
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國(guó)產(chǎn)替代還要走多久

近年來，國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)大力推動(dòng)AMHS的國(guó)產(chǎn)替代，力爭(zhēng)減少對(duì)外部供應(yīng)鏈的依賴。然而，國(guó)產(chǎn)替代并不是簡(jiǎn)單的技術(shù)復(fù)制和模仿，它是一個(gè)長(zhǎng)期的技術(shù)積累和經(jīng)驗(yàn)沉淀的過程。雖然國(guó)內(nèi)一些廠商在技術(shù)研發(fā)上取得了顯著進(jìn)展，但與村田、大福等國(guó)際領(lǐng)先企業(yè)相比，仍存在較明顯的經(jīng)驗(yàn)差距。
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根據(jù)IC Insight報(bào)告分析，全球頂尖的AMHS供應(yīng)商在Fab廠中已積累了數(shù)十年的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，不僅對(duì)各類復(fù)雜生產(chǎn)流程了如指掌，還能迅速應(yīng)對(duì)生產(chǎn)中出現(xiàn)的突發(fā)情況。這種經(jīng)驗(yàn)是國(guó)內(nèi)很多新興企業(yè)所缺乏的。在推動(dòng)國(guó)產(chǎn)替代的過程中，我們不能一味追求低成本或短期效益，必須優(yōu)先選擇那些在國(guó)內(nèi)外擁有大量經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)，確保國(guó)產(chǎn)AMHS系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的穩(wěn)定性和可靠性。
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總而言之，國(guó)產(chǎn)AMHS替代的道路還需腳踏實(shí)地推進(jìn)，經(jīng)驗(yàn)的積累遠(yuǎn)比技術(shù)突破更加重要。也只有那些擁有深厚經(jīng)驗(yàn)、能與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)標(biāo)的企業(yè)，才能在這場(chǎng)國(guó)產(chǎn)替代的浪潮中立足，真正引領(lǐng)行業(yè)前進(jìn)。
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