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在芯片制造的數(shù)千道工序中，使用了大量的半導(dǎo)體設(shè)備，如廣受關(guān)注的光刻機(jī)、刻蝕機(jī)等，還有一些則扮演了工業(yè)4.0下智能工廠的核心組成部分，它們可能沒有前述這些設(shè)備那么受關(guān)注，但在芯片制造環(huán)節(jié)中扮演了重要角色，AMHS設(shè)備就是其中之一。
AMHS（AMHS Automatic Material Handling System），全稱為自動物料搬運(yùn)系統(tǒng)，顧名思義它就是用來搬送物料的一套系統(tǒng)，其核心特點是高度自動化，高速運(yùn)轉(zhuǎn)，高可靠性和高安全性。在晶圓制造工廠中，規(guī)模化、生產(chǎn)系統(tǒng)效率最優(yōu)化、良率是最重要的指標(biāo)。其中通過設(shè)施布局和AMHS系統(tǒng)設(shè)計，可以達(dá)到人流、物流和信息流的暢通。
由于晶圓制造廠工藝流程復(fù)雜，區(qū)間布局非常重要。目前12吋晶圓廠已打通了全自動化物流搬運(yùn)，即通過傳輸設(shè)備（主要是OHT（天車）集群系統(tǒng)）達(dá)到tool to tool的高效搬運(yùn)；通過存儲設(shè)備設(shè)置緩沖區(qū)，存放待加工的晶圓盒或者光罩盒，提高設(shè)備利用率；通過凈化設(shè)備對晶圓盒或者光罩盒沖入特殊氣體，滿足先進(jìn)工藝節(jié)點進(jìn)一步提高良率的需求。
這一系列的設(shè)備都是通過MCS軟件完成高效的調(diào)度，通過集群調(diào)度盒數(shù)據(jù)不斷優(yōu)化，實現(xiàn)制造規(guī)劃、控制和運(yùn)行同步。
目前，隨著半導(dǎo)體晶圓廠、液晶面板廠等工廠的生產(chǎn)智能化、精細(xì)化程度的提高，傳統(tǒng)人力成本的提升，以及他們在各個機(jī)臺間進(jìn)行人力搬運(yùn)的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量都達(dá)到了一定的瓶頸，而AMHS系統(tǒng)所具有自動化、高效率、高穩(wěn)定性以及智能化等優(yōu)勢也越來越受現(xiàn)代工廠的青睞。
尤其在中國市場，隨著我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對于AMHS系統(tǒng)的需求也大幅增長。根據(jù)阿譜爾（APO Research）的報告《2022-2028年全球與中國半導(dǎo)體加工用AMHS市場：增長趨勢、競爭格局與前景展望》顯示，中國（含臺灣地區(qū)）市場在過去幾年變化較快，2021年市場規(guī)模為17.19億美元，約占全球的65.03%，預(yù)計2028年將達(dá)到31.48億美元，屆時在全球市場中占比將達(dá)到66.05%。
但目前的AMHS市場長期由日韓企業(yè)所壟斷，目前全球半導(dǎo)體行業(yè)使用的AMHS系統(tǒng)90%以上都來自日本大福和村田，這兩家公司占據(jù)了高端市場的絕大部分份額，特別是12英寸晶圓廠市場幾乎被他們所壟斷。
而隨著近幾年中美貿(mào)易摩擦的一再加劇，美國甚至聯(lián)合其盟友一起對我國高科技領(lǐng)域進(jìn)行封鎖，半導(dǎo)體供應(yīng)鏈安全問題也越來越受到重視。近幾年我國也加大了對于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的投資，并提倡關(guān)鍵設(shè)備的國產(chǎn)化替代，AMHS設(shè)備作為也被卡脖子的半導(dǎo)體設(shè)備之一，近幾年的國產(chǎn)化進(jìn)程也在不斷加快，同時也涌現(xiàn)出了一些可以初步實現(xiàn)國產(chǎn)替代的公司，彌費科技就是其中最具代表的公司之一。
打造四大“護(hù)城河”技術(shù)
成立于2014年的彌費科技最初主要為海外設(shè)備公司提供技術(shù)服務(wù)，而后在2018年開始自主研發(fā)AMHS系統(tǒng)，在短短六年的時間內(nèi)，就取得了不俗的成績，彌費科技首席技術(shù)官李宏偉表示：“這主要源于我們的四大“護(hù)城河”技術(shù)。
第一是正向設(shè)計研發(fā)體系，通過基于IPD的全價值鏈多代樣機(jī)正向設(shè)計體系。這種設(shè)計體系注重產(chǎn)品的整體規(guī)劃和設(shè)計，從產(chǎn)品的概念設(shè)計到詳細(xì)設(shè)計，再到樣機(jī)的制造和測試，每一步都是基于上一步的結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。這種設(shè)計體系的優(yōu)勢在于能夠更好地控制產(chǎn)品的設(shè)計過程，減少設(shè)計錯誤和返工，提高設(shè)計效率和質(zhì)量。并且完全自研可控，滿足順應(yīng)市場趨勢不斷優(yōu)化迭代的需求。”
第二個“護(hù)城河”是創(chuàng)新專利體系。在AMHS設(shè)備領(lǐng)域，日韓廠商因為起步較早，占據(jù)了先機(jī)，所以對于后來者可能需要有一些專利壁壘需要跨越。李宏偉表示：“我們對于專利的積累從一開始就下了很大的決心，從2018年開始研發(fā)的第一天起，就開始進(jìn)行專利的申請。我們非常重視在這一塊的布局，不僅是在國內(nèi)，我們在國外也進(jìn)行了積極的布局，如新加坡、馬來西亞、中國臺灣以及歐洲等。目前，通過短短五年的積累，我們的專利數(shù)量已經(jīng)接近240個，其中55%都獲得了授權(quán)，而且60%為發(fā)明專利，20%左右為海外專利?，F(xiàn)在我們每年都會保持大約50-60個的專利申請量。”
“另外，我們也將專利的檢索、分析、規(guī)避以及審查都融入到我們新產(chǎn)品的開發(fā)流程中，我們的專利部門會跟產(chǎn)品研發(fā)團(tuán)隊協(xié)作，從產(chǎn)品研發(fā)階段就規(guī)避可能產(chǎn)生的專利問題?！崩詈陚パa(bǔ)充到。
第三是基于先進(jìn)的數(shù)據(jù)和算法，開發(fā)智能化決策支持系統(tǒng)，為晶圓制造廠提供實時、精準(zhǔn)的決策支持。該系統(tǒng)能夠?qū)ιa(chǎn)過程中的各種異常情況進(jìn)行實時監(jiān)測和分析，預(yù)測潛在的風(fēng)險和問題，并提出解決方案，從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。
第四是開發(fā)全自研控制平臺，不僅實現(xiàn)了集成化統(tǒng)一嵌入式板卡控制，還通過更強(qiáng)大的計算和處理能力，能夠執(zhí)行復(fù)雜的算法和數(shù)據(jù)處理任務(wù)。大幅提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時降低故障率，提高設(shè)備的運(yùn)行效率。
國產(chǎn)化突破難點在哪？
在國內(nèi)半導(dǎo)體設(shè)備國產(chǎn)化替代的趨勢下，AMHS是具有替代潛力，也是增長潛力巨大的市場之一，根據(jù)阿譜爾（APO Research）的上述報告分析，AMHS是晶圓廠最大的單筆投資之一，約占固定投資的3%。一條8英寸產(chǎn)線AMHS投資約1000萬美元，12英寸產(chǎn)線投資高達(dá)3000萬美元。
無疑，這一塊市場蛋糕是誘人的，所以近幾年進(jìn)入這一領(lǐng)域的企業(yè)也越來越多，雖然完成了一些系統(tǒng)和零部件的國產(chǎn)替換，但同質(zhì)化問題依然嚴(yán)重，即“內(nèi)卷”激烈。
那目前在AMHS設(shè)備領(lǐng)域還有哪些系統(tǒng)還沒有完成國產(chǎn)化替代，需要突破呢？李宏偉表示：“首先，由于整個AMHS系統(tǒng)直接影響晶圓廠的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，晶圓制造廠只有達(dá)到了規(guī)?；a(chǎn)和365天，每天24小時不間斷的精度要求，晶圓制造廠才能在激烈的市場競爭中立于不敗之地。因此，晶圓制造廠對AMHS系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性有著極高的要求，客戶的信任和準(zhǔn)入是非常高的門檻。
其次，大集群搬運(yùn)的可靠性和效率實戰(zhàn)。AMHS系統(tǒng)需要保證眾多搬運(yùn)機(jī)器人或設(shè)備的協(xié)同作業(yè)，任何一個設(shè)備的故障或異常都可能導(dǎo)致整個搬運(yùn)過程的延誤甚至失敗。因此，系統(tǒng)必須具備強(qiáng)大的故障檢測與處理能力，確保整個集群的穩(wěn)定運(yùn)行。大集群搬運(yùn)的可靠性和效率實戰(zhàn)是一個綜合性的問題，需要我們在技術(shù)上進(jìn)行一系列的優(yōu)化和創(chuàng)新。
再次，面對國際廠商先發(fā)優(yōu)勢的專利布局和封鎖，我國企業(yè)需要繼續(xù)加大創(chuàng)新力度，突破關(guān)鍵技術(shù)，同時要在專利布局方面做好戰(zhàn)略規(guī)劃，以實現(xiàn)從“跟跑”到“并跑”乃至“領(lǐng)跑”的轉(zhuǎn)變。
李宏偉表示：“幸運(yùn)的是，近幾年，國家在政策上支持國產(chǎn)化，國內(nèi)的一些領(lǐng)先晶圓廠也都開始選擇使用一些國產(chǎn)化的設(shè)備，這是一個很好的發(fā)展契機(jī)?！?/p>
定制化方案，滿足不同產(chǎn)線需求
不同的工廠它們對于AMHS設(shè)備的需求也不同，即使是12寸晶圓廠和8寸晶圓廠，也不盡相同。李宏偉表示：“雖然工作原理是相同的，但他們的軌道架構(gòu)不太一樣，8寸晶圓廠的架構(gòu)相對來說簡單一點，特別是岔路的數(shù)量和類型，整體的搬運(yùn)效率比較低。而12寸晶圓廠軌道布局非常復(fù)雜，十幾種類型的岔路和彎軌，還有高低軌道搭配，并配置了升降機(jī)，對系統(tǒng)復(fù)雜程度提升很高的難度；另一個區(qū)別在于運(yùn)輸速度上，12寸晶圓廠的產(chǎn)能大幅提高，這對于搬運(yùn)效率的要求也更高了，這也讓整個系統(tǒng)的復(fù)雜度提升，需要配置更多的傳感器、激光雷達(dá)等產(chǎn)品，另外，對天車的調(diào)度算法也更加復(fù)雜了。”
彌費科技可以針對不同的工廠以及不同的產(chǎn)線提供定制化的產(chǎn)品。李宏偉表示：“現(xiàn)在大部分的工廠都要求分階段建設(shè)，所以我們需要給到客戶一個全局的規(guī)劃的同時，還要滿足他們不同發(fā)展階段的更新要求，實時調(diào)整合作方案，也及時解決他們一些訴求和問題，這是一個長期的服務(wù)客戶的過程?！?/p>
近期，彌費科技已在兩家12寸晶圓廠完成AMHS系統(tǒng)的驗收，成為了國內(nèi)首家在晶圓廠領(lǐng)域打破海外長期壟斷的國產(chǎn)AMHS供應(yīng)商。
寫在最后
毫無疑問，AMHS將是一個具有增長潛力的市場，且國產(chǎn)替代在未來幾年也會加速。李宏偉認(rèn)為，這一替代過程會在未來三年之內(nèi)完成。另外，人工智能也會在這一領(lǐng)域掀起第二波技術(shù)競爭，而這一競爭還是需要基于過去所積累的足夠的數(shù)據(jù)量，才能盡可能地進(jìn)行完善的訓(xùn)練，以提供真正智能化的產(chǎn)品和技術(shù)。
對于中國市場來說，國產(chǎn)替代化只是第一步，后續(xù)的競爭才是真正的主場。而彌費科技的雄心壯志不止于國內(nèi)市場，李宏偉表示：“我們的目標(biāo)是在2026年成為全球第三的AMHS系統(tǒng)提供商，能夠與國際領(lǐng)先廠商同臺競技?！?/p>
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