眾所周知,，半導體芯片制造流程非常長，需要用到數(shù)十種半導體設備,，經過數(shù)百道工序才能完成。其中,，前道制造環(huán)節(jié)所涉及的光刻機屬于是高價值的核心設備,，也是被眾多網友關注最多的設備。
然而,，對于晶圓廠的制造產線來說,，光刻機之類的關鍵設備發(fā)生故障可能并不是最嚴重的問題。畢竟這部分的制造流程中斷,，短時間并不會影響到其后續(xù)制造流程,。比如前面已經完成了光刻的晶圓，可以繼續(xù)進入到刻蝕,、清洗,、薄膜沉積等后續(xù)制造環(huán)節(jié)。
但是如果晶圓廠的“AMHS系統(tǒng)”發(fā)生故障甚至阻塞,，則可能將使得全產線陷入癱瘓,。
AMHS是一個比較“小眾”的行業(yè)，全稱是Automatic Material Handling System,，即“自動物料搬運系統(tǒng)”,。它不僅承載著晶圓、硅片,、光罩等生產材料的自動化運輸任務,，還通過精準的物料管理和高效的物流調度，保證Fab廠的生產線持續(xù)高效運轉,。
△晶圓廠天車運作示意圖,，與文章所指事故無關
目前AMHS系統(tǒng)在半導體晶圓制造環(huán)節(jié)應用已經非常普及。從8英寸晶圓廠開始,，AMHS的AGV（自動導向車）地面方案和“空中走行式無人搬送車”（OHT天車）方案就已經逐步導入,，到了12英寸晶圓廠時代，OHT天車方案已經成了標配,，成為了AMHS系統(tǒng)中的核心,。隨著先進封裝技術的發(fā)展，AMHS也開始逐步進入了封測領域,。
作為半導體從業(yè)人員,，我者曾進入多家Fab廠中深度學習參觀，對AMHS系統(tǒng)也有了較深的理解,。目前該領域目前絕大部分市場仍舊被牢牢握在幾家日本廠商手里,，國產替代仍舊處于起步階段，僅有少數(shù)的幾家企業(yè)擁有導入先例,。
一個月前黎巴嫩BB機爆炸事件,，引發(fā)了公眾對于國外電子設備安全性的恐慌,，讓國產替代再次登上熱搜。很多朋友也曾問過我AMHS的國產替代是否有大量機會,，作為真正和這個行業(yè)打過交道的人,，我想先說一句：AMHS國產替代，真的沒那么簡單,。這個行業(yè),，太吃經驗了！
為什么說AMHS國產替代難
筆者曾參觀某封測廠,，了解到其使用的某國產天車廠商提供的天車的4根皮帶全部斷裂,。據內部人員闡述，該廠商還曾發(fā)生過天車著火的重大事故,。除此以外,，業(yè)內也曾流傳有其他國產天車廠商發(fā)生天車冒煙事件。我們一直鼓勵國產替代多加嘗試,，突破“卡脖子”,、突破海外壟斷的局面，但我還是不禁有所疑問,，國產替代真的只能做到“簡單替代”嗎？
△事故現(xiàn)場圖,。某封測廠內,，某國產天車四根皮帶斷裂。（出于隱私考慮,，故對圖片進行了模糊化處理）
要知道,，晶圓制造是一個高度復雜且極度精細的過程，包含了從晶圓切片,、清洗,、光刻、蝕刻,、沉積,、金屬化到封裝測試的多個關鍵步驟。在這一過程中,，AMHS負責將各種生產材料從一個工序精準運輸?shù)较乱粋€工序,。據SEMI統(tǒng)計，每一個生產周期中,，晶圓要經過數(shù)百次的移動,，而這些移動幾乎完全依賴AMHS完成。如果AMHS出現(xiàn)故障,，晶圓無法被及時運輸?shù)较乱还ば?，整個生產線將停滯,。
如果晶圓處于不穩(wěn)定環(huán)境下的時間越長，其良品率就會越低,，甚至會導致整批晶圓報廢,，給Fab廠帶來不可挽回的損失。假如這次天車履帶斷裂發(fā)生在蝕刻或沉積等關鍵工序中,，如果晶圓未能按時被轉移,，表面的微結構可能受到氧化、污染等影響,，直接影響芯片性能,。因此，AMHS的穩(wěn)定運行不僅關乎生產效率,，還直接影響到最終產品的質量,。
研究機構VLSI的數(shù)據表示，在半導體制造的各個階段,，AMHS系統(tǒng)的故障每次都可能引發(fā)價值百萬美元的損失,，而生產中斷帶來的間接損失更是難以估量。尤其是在目前Fab廠追求高稼動率的背景下,，哪怕是幾分鐘的AMHS系統(tǒng)中斷,，都可能導致晶圓在敏感環(huán)境下的時間超標，最終帶來的是整個生產計劃的推翻與大量的重新調度,。
上述國產天車履帶斷裂問題便是一個典型的例子,，履帶損壞直接導致Fab廠的天車無法正常運行，生產線被迫停產數(shù)天,，帶來的不僅是時間的浪費,，生產效率的大幅降低，還使得客戶對產品質量和穩(wěn)定性的信心受挫,。
從正常的生產節(jié)奏來看,，晶圓制造的每個流程都有其嚴格的時間要求，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間內完成蝕刻,，延誤會導致晶圓表面的光刻膠失效。而在封裝測試階段,，若AMHS故障,，測試結果延遲反饋，出貨時間將大幅推遲,。這種生產中斷不僅會影響單批次的生產,，還可能使得整個Fab廠的生產計劃被迫重新調整，進而影響到整條供應鏈的正常運轉,。
經驗至上的AMHS行業(yè)
AMHS的復雜性往往不局限于機械和電子系統(tǒng)的設計上,，反而是實際應用與導入經驗,，尤其在與Fab廠生產工藝的深度融合能力上，對于生產效率影響更多,。也就是說,，AMHS廠商不僅需要懂得如何設計一套自動化系統(tǒng)，更重要的是,，如何讓這套系統(tǒng)在極端復雜的生產環(huán)境中實現(xiàn)長期穩(wěn)定運行,。
如今的AMHS設計中已經引入了大量仿真技術，但這些還遠遠達不到EDA工具在芯片設計中所起到的仿真模擬作用,。宏觀視角看,，AMHS涉及整個天車的運行邏輯、軌道設計以及物料調度,。而在微觀層面,，從天車的電纜布線、分立器件的排布到電機和傳感器的選型,，任何一個環(huán)節(jié)的設計缺陷都可能導致系統(tǒng)的不穩(wěn)定運行,。
△AMHS流程模擬圖
相信這次國產天車履帶斷裂事件能為AMHS國產替代提供重要教訓，因為這一問題并非技術層面的創(chuàng)新不足,，而是經驗不足導致設計中的瑕疵沒有被及時發(fā)現(xiàn)并解決,。沒有足夠實際運行經驗的廠商，即使擁有最先進的技術,，在遇到復雜且高強度的生產環(huán)境時也可能出現(xiàn)各種意想不到的問題,，而這些問題往往會在實際生產中以更大的代價暴露出來。
國產替代還要走多久,？
近年來，國內半導體行業(yè)大力推動AMHS的國產替代,，力爭減少對外部供應鏈的依賴,。然而，國產替代并不是簡單的技術復制和模仿,，它是一個長期的技術積累和經驗沉淀的過程,。雖然國內一些廠商在技術研發(fā)上取得了顯著進展，但與日本村田機械和日本大福等國際領先企業(yè)相比,，仍存在較明顯的經驗差距,。
第三方機構的數(shù)據顯示，目前在半導體領域,，全球AMHS市場規(guī)模在20億美金左右,，主要被日本村田機械和日本大福所壟斷，市占率達95%以上,。
根據IC Insight報告分析,，全球頂尖的AMHS供應商在Fab廠中已積累了數(shù)十年的實戰(zhàn)經驗,，不僅對各類復雜生產流程了如指掌，還能迅速應對生產中出現(xiàn)的突發(fā)情況,。這種經驗是國內很多新興企業(yè)所缺乏的,。
因此，在推動國產替代的過程中,，我們不能一味追求低成本或短期效益,，必須優(yōu)先選擇那些在國內外擁有大量經驗的企業(yè)，確保國產AMHS系統(tǒng)在實際應用中的穩(wěn)定性和可靠性,。
總而言之,，AMHS國產替代的道路還需腳踏實地推進，經驗的積累遠比技術突破更加重要,。也只有那些擁有深厚經驗,、能與國際標準對標的企業(yè)，才能在這場國產替代的浪潮中立足,，真正引領行業(yè)前進,。
