打破半导体行业转运“僵局”

撰文 | 张浩程

过去两年受紧张国际关系、疫情、自然灾害影响，全球半导体产能不足，我国半导体供应受限情况愈发严重，但与此同时，5G、人工智能、云计算等新技术发展以及消费电子增量市场的持续爆发，我国芯片需求进一步增加。

随着芯片紧缺的情况进一步凸显，芯片已成为与石油同等重要的“战略物资”，半导体行业的扩产势在必行，亟需新建高效的智能工厂。

这样的背景下，「高工移动机器人」采访了优艾智合半导体自动化事业部总经理黄建龙，就目前半导体行业扩产的难点以及移动机器人在其中的机遇展开了探讨。

挑战

超大型的厂房，严苛的生产条件，超过1000道的生产工序，紧凑的生产任务，各种物料频繁的上下料以及往来运输，人、设备和各系统间的紧密协同，如何有效转运才能使生产安全高效地进行？

这也同样是半导体行业扩产尤其是晶圆扩产需要面对的生产难点。

第一，相比于传统的工业场景，晶圆车间生产条件严苛，洁净度要求达到CLASS100等级，部分工序甚至达到CLASS1等级。同时在转运过程中，晶圆十分精密，对静电、震动有着严格的要求，然而人工转运过程难免出现抖动、粗暴作业等情况，容易导致产品良率降低。

第二，由于晶圆的密度高，单个晶圆盒重量可达5-10kg，又因为洁净等级等要求，工人需身着全身包裹的防护服进行一整天的高强度搬运工作，人员流失情况严重。同时工厂内操作人员大部分为女性，工作强度大的问题更进一步突出，用人愈发成为难题。

近两年，部分半导体厂商已将招聘范围从所在省份延伸至甘肃、云南等中西部地区，但并未取得很好的招聘效果。同时，员工离职率仍持续走高，某晶圆厂高层告诉「高工移动机器人」，他们某一工厂现场操作员2020年的离职率在70%以上。

第三，晶圆生产多数工序由专机设备完成，但生产各环节设备间的数据离散，生产物料信息无法追踪，生产节拍严重受影响。

新物种出现

在过去，晶圆厂转运用到的“物种”是天车系统，通过“吊顶”的方式将晶圆从空中进行转运，其部署难度大，工程造价高，同时施工过程中需要停工停产，这对于企业来说并不是一个划算的选择。

这样的情况下，移动机器人走入了晶圆厂厂商的视线范围。

移动机器人应用于晶圆生产中，可以有效担起生产过程中物料的转运工作，且可以完成上下料等作业，同时24小时连续工作，其成本相对天车系统大幅较低。

但移动机器人要应用于晶圆的生产，仍有较多的限制。黄建龙指出：“移动机器人要进入半导体行业并不简单，存在着多个难点。移动机器人要充分考虑半导体的行业特性，既要符合洁净度等硬性指标的要求，同时所提供的机器人要足够智能，可以使生产更具柔性，有效保证良率、提高产能。”

具体来看，首先，由于行业特性，移动机器人自身的洁净度等级至少需要达到CLASS100，同时需要尽可能避免机身的震动。

其次，工序繁多、设备布局集中导致移动机器人需要在各工序之间频繁、重复地进行转运工作，这也就要求移动机器人要“走得快”、“走得准”，即需要拥有足够快、足够稳定的运行速度以及精确到毫米级别的定位精度。

同时，移动机器人还需要兼顾上下料等作业，必须要拥有“明亮的双眼”、“灵活的手”，即拥有可靠的视觉定位系统以及可以有效执行抓取动作的末端执行器。

最后，移动机器人进入晶圆生产最重要的任务就是要提高产能，这就要求移动机器人必须要保证稳定的生产节拍。

黄建龙表示：“在种种严苛要求下，入局半导体行业的国产移动机器人企业并不多。”

优艾智合正是其中“战绩”优秀的一家，经过持续的打磨产品，优艾智合的移动机器人已为业内领先水平，洁净等级可满足CLASS100要求，在1m/s运动时震动数值最低可达0.04G、远远低于SEMI标准0.5G。

在晶圆生产环节，优艾智合以智慧工业物流作为切入点，将移动机器人作为一个物理连接设备，为其加上智慧物流系统，使之成为一个基础设施，帮助打通场内信息、优化生产。

在硬件上，优艾智合打造了针对晶圆搬运的复合型移动操作机器人，不仅能完成晶圆盒在工厂各设备间的转运，还能完成线边仓到生产线的自动上下料，彻底打通从仓库到产线所有环节的物料流转。

在软件上，优艾智合的YouiTMS场内物流管控系统，采用订单与运单管理、兼具人工跨平台操作和系统对接双重输入端口，同时配有独有的人工智能算法、关联机器人转运过程中的诸多信息流，打通各生产环节的数据孤岛，建立产品生产过程中的物流信息闭环，融合企业MES、ERP等应用系统，可以有效保证生产过程的最优效率。

落地提速

当前，优艾智合的复合型移动操作机器人已与多家知名海内外半导体厂顶尖企业达成合作，积累了丰富的应用案例。

以优艾智合为某晶圆厂所提供的上下料解决方案为例。该方案通过配置多台优艾智合晶圆盒搬运机器人以及搭载YOUIFLEET调度管理系统、YOUITMS物流管控系统，有效完成机台与电子料架之间的自动化上下料和车间物流数据全流程精细化管理，实现晶圆车间柔性化智能化生产。

在实现效果上，该方案实现了晶圆盒的精准上下料，共节省人力60余人，同时减小无尘车间污染带来的风险，提升了良品率；洁净等级可符合Class 100环境要求；避免人工搬运带来的损坏问题，以1m/s速度移动时震动数值最低仅0.04G远低于SEMI标准0.5G；减少操作员30%无效行走；提高电子料架利用率66%；同时稳定生产节拍，整厂生产效率提高2%。

黄建龙指出：“优艾智合目前的移动机器人解决方案，1台移动机器人可以完成4位操作工人的工作量，投资回报周期在2.63年以内，且随着人工成本的持续提高，投资回报周期还在持续减短。”

凭着对行业的持续调研分析、自身软硬件产品的技术优势、根据客户需求迅速响应的服务能力以及有优势的投资回报周期，优艾智合在半导体行业迅速建立起了壁垒，所提供的场内物流解决方案已被国内头部半导体企业广泛采用，同时，优艾智合的产品已走出国门，与国外一线厂商同台竞技。

“过去的四年时间，优艾智合已成为半导体行业场内物流解决方案首屈一指的企业，至今为止我们的专注点虽仍以晶圆厂为主，但目前也成功布局硅片、封测等芯片行业。我们期待和更多的合作伙伴、行业专家共同探索半导体行业移动机器人场内物流的未来，让移动机器人助力半导体行业更好发展”，黄建龙讲道。