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半导体行业的瓶颈:如何提高生产自动化的效率?

柔性物流赋能柔性生产,AMR助力自动化、信息化发展已是未来趋势。

受疫情和国际形势影响,中长期内半导体芯片缺货、供小于求的状况还将延续。而如何进一步释放现有产能,提高生产效率,一直是整个产业链的头等大事。

区别于传统制造,泛半导体行业具备高精细度、高集成度的特征,同时也面临生产过程离散、生产柔性高等挑战。因此,半导体相关制造企业的生产自动化水平远高于一般企业。而相较于大张旗鼓引入更高规模的生产自动化方案,又或者在已经武装到牙齿的产线上“查漏补缺”,是否存在更经济、更高效、更有弹性的改进方式,无疑是萦绕在众多企业管理者脑海中的疑问。

“粮草先行”,柔性物流赋能柔性生产

兵马未动,粮草先行——工业4.0时代,仓库和各个产线、车间不再是离散的孤岛,与其重仓生产本身,不如提升各环节信息、物料以及制品的流通效率——通过提升仓储、生产物流的效率来促进整体效率的提升。

许多泛半导体行业生产厂家尝试引入AGV(自动导引小车)来实现自动化物流搬运,但由于车间设备集群式分布造成的车间空间紧促、设备对接需求多样等难点,依靠磁条、二维码等物理辅助物实现运行的AGV在实际应用中局限较大;当产线发生调整,AGV如不能及时完成改造部署,甚至会延误生产,造成更大的经济损失——柔性物流又从何谈起?

其实,AGV发展至今已经历了三次技术变革。行业内普遍依据导航方式的不同将其划为:第一代磁导航AGV,第二代二维码/信标导航AGV,以及第三代自然导航AGV,又称AMR(自主移动机器人)。

AMR使用激光雷达、视觉等多传感器技术感知周围环境。此外种种特点让AMR在提高物流自动化的基础上更加适应柔性生产的需要,近几年也受到了除半导体以外,诸如3C、光伏、锂电等行业的广泛青睐。

大势所趋,AMR助力自动化与信息化同步提升

根据新战略移动机器人产业研究所预测,未来五年工业应用移动机器人(AGV/AMR)销售的复合增长率将保持在20%左右。考虑到技术进步带来的每年约5%的降价水平,中国移动机器人市场将在2022年超过100亿元,具有巨大的产业发展空间。而主要增长来源为人力成本的不断增长,对生产效率和要求的不断提高,以及更多新兴行业的应用普及。2020年,我国电子信息制造业“逆势增长”,规上电子信息制造业增加值同比增长7.7%,营收同比增长8.3%,利润总额同比增长17.2%;降本增效仍是众多行业企业追逐的话题,许多半导体企业也已开始柔性物流的引入布局。

以半导体封测为例,常见的AMR应用场景有:晶圆盒搬运与上下料,制程间弹夹搬运与上下料,辅料配送等等;其中搬运配送主要通过AMR搭载顶升背负装置对料车或移动料仓进行移载来实现,上下料则可通过AMR搭载协作机械臂而成的复合机器人来完成。

但是,AMR企业想要为半导体客户创造更大价值,不光要满足高效率的自动化物流需求,还在于提供数字化的运营管理支持。

不少OSAT厂商在进一步自动化改造过程中通常会面临这些挑战:部分设备并非为适应自动化材料处理而设计,难以实现WIP的自动化管理以及数据的读取;部分工厂没有配备自动化所需的基础设施(旧设备不符合SECS/GEM标准等);同时还存在托盘、magazine等载具差异化大等问题。因此,对于半导体行业来说,一家优质的AMR供应商还需要具备强大的软件系统能力及自动化方案集成能力。