由于產(chǎn)品特性的緣故，跟其他制造業(yè)相比，半導(dǎo)體制造相關(guān)產(chǎn)業(yè)的自動(dòng)化程度一直是名列前茅。 但從自動(dòng)化走向智能化，也就是從工業(yè)3.0走向工業(yè)4.0，實(shí)現(xiàn)數(shù)字轉(zhuǎn)型，則是另一個(gè)截然不同的故事。

對(duì)半導(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，由于業(yè)內(nèi)領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)想得夠遠(yuǎn)，加上產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)居中協(xié)調(diào)，早早就訂立了SECS/GEM這類(lèi)半導(dǎo)體設(shè)備專(zhuān)用的聯(lián)網(wǎng)通訊標(biāo)準(zhǔn)，因此工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)對(duì)相關(guān)業(yè)者來(lái)說(shuō)，不僅不是新概念，更已經(jīng)與日常運(yùn)作緊密結(jié)合。 然而，機(jī)臺(tái)互聯(lián)只是落實(shí)智能制造的第一步，各廠商在智能制造上的布局進(jìn)展，在這條起跑線之后，就呈現(xiàn)天差地遠(yuǎn)的局面。

持續(xù)改善成本結(jié)構(gòu) 智能制造勢(shì)在必行

據(jù)了解，智能制造進(jìn)展速度最快的臺(tái)積電，光是一條產(chǎn)在線平均就有7~8萬(wàn)個(gè)感測(cè)單元，讓臺(tái)積電的制造團(tuán)隊(duì)不只可以實(shí)時(shí)掌握生產(chǎn)線的一舉一動(dòng)，還有大量數(shù)據(jù)可以進(jìn)一步分析各制程步驟的細(xì)部狀況，找出良率問(wèn)題的成因或產(chǎn)能瓶頸所在， 進(jìn)而謀求改善對(duì)策。 但對(duì)于其他晶圓代工廠，甚至是封測(cè)相關(guān)供應(yīng)鏈業(yè)者而言，智能制造的推展進(jìn)度就存在相當(dāng)大的落差。

日月光半導(dǎo)體總經(jīng)理暨執(zhí)行長(zhǎng)吳田玉(圖1)表示，推動(dòng)智能制造，甚至進(jìn)一步導(dǎo)入人工智能來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)校、找出生產(chǎn)瓶頸所在并予以克服，或進(jìn)行生產(chǎn)排程等，將是整個(gè)封測(cè)產(chǎn)業(yè)未來(lái)必然要走的路。

圖1 日月光半導(dǎo)體總經(jīng)理暨執(zhí)行長(zhǎng)吳田玉

以日月光為例，目前該公司一共有超過(guò)2.5萬(wàn)臺(tái)打線機(jī)、9,000臺(tái)測(cè)試設(shè)備，只要有些許良率提升或生產(chǎn)成本撙節(jié)的效果出現(xiàn)，都能帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益，而且是留在自家口袋里的真金白銀。 因此，日月光對(duì)于推動(dòng)智能制造跟導(dǎo)入人工智能的態(tài)度一直相當(dāng)積極。

事實(shí)上，吳田玉認(rèn)為，近年來(lái)摩爾定律推進(jìn)速度越來(lái)越慢，不純?nèi)皇羌夹g(shù)問(wèn)題，更關(guān)鍵的是成本下降的執(zhí)行面出問(wèn)題。 先進(jìn)制程越來(lái)越昂貴，導(dǎo)致越來(lái)越多應(yīng)用芯片負(fù)擔(dān)不起，是拖累摩爾定律推進(jìn)速度的關(guān)鍵因素之一。 因此，如何降低制造成本，對(duì)半導(dǎo)體制造業(yè)者來(lái)說(shuō)，是十分重要的議題。

據(jù)了解，從2008年開(kāi)始，該公司就已經(jīng)啟動(dòng)工業(yè)4.0發(fā)展計(jì)劃，至今一共有400位系統(tǒng)工程師投入相關(guān)研發(fā)。 目前該公司在智能制造方面，共投入機(jī)械手臂、自動(dòng)搬運(yùn)、虛實(shí)整合、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)以及人工智能這六大領(lǐng)域。 并且從2014年開(kāi)始，就已開(kāi)始試行關(guān)燈工廠，并取得部分成果。 目前日月光已經(jīng)有3座關(guān)燈工廠，這些工廠除了巡邏員之外，沒(méi)有其他員工。

其實(shí)，對(duì)制造業(yè)而言，人一直是影響生產(chǎn)良率的一個(gè)重要因素。 除了人為作業(yè)疏失是所有制造業(yè)都會(huì)遇到的問(wèn)題外，對(duì)半導(dǎo)體晶圓制造、封裝等必須在無(wú)塵室進(jìn)行生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，人還是主要的污染源之一。 因此，在生產(chǎn)在線，如果能用機(jī)器取代人力作業(yè)，對(duì)生產(chǎn)效率、質(zhì)量的提升，會(huì)帶來(lái)相當(dāng)大的幫助。

由人機(jī)協(xié)作走向全自動(dòng)

不過(guò)，目前全球封裝產(chǎn)業(yè)內(nèi)，能做到無(wú)人工廠的業(yè)者其實(shí)還非常稀少。 專(zhuān)攻晶圓搬運(yùn)應(yīng)用的賽思托機(jī)器人(Sesto Robotic)執(zhí)行長(zhǎng)梁漢清(圖2)就表示，雖然整體封裝產(chǎn)業(yè)的自動(dòng)化技術(shù)運(yùn)用確實(shí)比過(guò)去成熟，但整體來(lái)說(shuō)，該公司目前的主力銷(xiāo)售產(chǎn)品仍是不帶機(jī)器手臂的純自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)(AGV)， 而非帶有手臂的智能移動(dòng)機(jī)器人(IMR)。

圖2 賽思托機(jī)器人執(zhí)行長(zhǎng)梁漢清指出，目前封裝業(yè)者大多還停留在人機(jī)協(xié)作的階段，要做到全自動(dòng)化還需要一段時(shí)間。

梁漢清分析，這跟客戶(hù)生產(chǎn)線的自動(dòng)化基礎(chǔ)建設(shè)進(jìn)展有關(guān)，且事實(shí)上目前多數(shù)封裝業(yè)者的生產(chǎn)線，還是要靠作業(yè)員幫機(jī)臺(tái)進(jìn)行上下料作業(yè)，已經(jīng)達(dá)到全自動(dòng)化的客戶(hù)并不多見(jiàn)。

如果要實(shí)現(xiàn)無(wú)人封裝產(chǎn)線，則封裝機(jī)臺(tái)跟IMR之間的整合，大概需要1~3年的時(shí)間。 首先，封裝機(jī)臺(tái)本身必須能支持全自動(dòng)化作業(yè)，產(chǎn)線后端的軟件平臺(tái)，例如派車(chē)系統(tǒng)、制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)等，會(huì)需要進(jìn)行調(diào)整跟升級(jí);IMR跟機(jī)臺(tái)之間，也要有直接通訊的能力。 這也是該公司目前主力產(chǎn)品仍是AGV的原因，因?yàn)榘胱詣?dòng)化的作業(yè)流程，亦即AGV把晶圓搬到機(jī)臺(tái)前，再由作業(yè)員協(xié)助上下料，是比較容易實(shí)現(xiàn)的。

不過(guò)，產(chǎn)業(yè)的趨勢(shì)很明顯，封裝業(yè)者對(duì)全自動(dòng)化解決方案的詢(xún)問(wèn)度正在升溫，而這也是該公司選擇在本屆Semicon Taiwan展覽期間主打S200+七軸機(jī)器手臂方案(圖3)的原因。 該款整合了AGV跟七軸手臂的移動(dòng)機(jī)器人，可以在相當(dāng)狹小的空間內(nèi)作業(yè)，手臂荷重為20公斤。 AGV本身則搭載360機(jī)器視覺(jué)等多種感應(yīng)技術(shù)，不僅能偵測(cè)到平面上的工作人員或機(jī)臺(tái)，就連機(jī)臺(tái)上突出在外的屏幕、鍵盤(pán)等配件也能感測(cè)得到，讓AGV也具備繞過(guò)這些懸空障礙物的能力。

圖3 賽思托在本屆Semicon Taiwan期間展示的S200 AGV與七軸機(jī)器手臂整合方案。

事實(shí)上，為了適應(yīng)人機(jī)協(xié)作的需求，賽思托的AGV有許多安全防護(hù)機(jī)制，例如當(dāng)AGV偵測(cè)到附近有人員存在時(shí)，就會(huì)自動(dòng)減速;若發(fā)生碰撞，則是立刻停止。 至于手臂本身，雖然不是采用協(xié)作型手臂，但因?yàn)榫A盒、晶舟在取放時(shí)的速度本來(lái)就很慢，以免晶圓承受太大的加速度而破裂，因此該公司在評(píng)估之后認(rèn)為，采用協(xié)作型手臂的意義不大。 至于AGV本身，在移動(dòng)時(shí)會(huì)把加速度控制在晶圓可承受的范圍內(nèi)，以確保晶圓的安全。 而這也意味著AGV在有人環(huán)境下很難全速運(yùn)作，因?yàn)殡S時(shí)都可能要減速甚至緊急剎車(chē)。

梁漢清認(rèn)為，某方面來(lái)說(shuō)，這也是封裝業(yè)者為何要走向全自動(dòng)化的原因--在人機(jī)協(xié)作的環(huán)境里，移動(dòng)機(jī)器人通常無(wú)法將其效率完全發(fā)揮。 在無(wú)人產(chǎn)在線，移動(dòng)機(jī)器人才能發(fā)揮其真正的實(shí)力。

iNEMI標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展值得關(guān)注

封裝設(shè)備大廠Kulicke& Soffa(K&S)則認(rèn)為，封裝產(chǎn)業(yè)如果要實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0或智能制造，最應(yīng)該優(yōu)先厘清的問(wèn)題其實(shí)不是怎么做，而是要做什么，為什么做。

K&S資深副總裁張贊彬(圖4)認(rèn)為，就技術(shù)層面來(lái)說(shuō)，透過(guò)機(jī)臺(tái)聯(lián)網(wǎng)來(lái)監(jiān)控生產(chǎn)參數(shù)、機(jī)臺(tái)健康狀況等，是相對(duì)很容易做到的;在虛擬環(huán)境進(jìn)行產(chǎn)線規(guī)畫(huà)、調(diào)試，也不是太大的問(wèn)題。 真正困擾封裝業(yè)者的，其實(shí)是對(duì)智能制造的問(wèn)題意識(shí)不夠清晰。 每家封裝業(yè)者擁有的資源、遭遇的挑戰(zhàn)跟企業(yè)文化都不一樣，因此每家公司營(yíng)運(yùn)上面臨的課題也不盡相同，封裝廠必須先厘清自己到底要解決哪些問(wèn)題，排定優(yōu)先次序，之后才能評(píng)估到底要導(dǎo)入什么技術(shù)方案來(lái)解決。 換言之，每家封裝業(yè)者的智能制造發(fā)展路線圖，都會(huì)是獨(dú)特的。

圖4 K&S資深副總裁張贊彬表示，對(duì)封測(cè)業(yè)者來(lái)說(shuō)，實(shí)踐智能制造最重要的關(guān)鍵在于厘清自己的真正需求。

不過(guò)，就設(shè)備供貨商的角度來(lái)觀察，確實(shí)有些共通的技術(shù)元素是所有封裝業(yè)者都需要的，因此K&S提出了智能打線機(jī)(Smart Wirebonder)的概念， 希望讓打線機(jī)能夠更輕松地融入各家封測(cè)廠的智能制造發(fā)展路線規(guī)畫(huà)中。

另一方面，封裝業(yè)者身居電子產(chǎn)業(yè)鏈的中段，前有晶圓生產(chǎn)，后有電子組裝。 因此，封裝業(yè)者的智能制造發(fā)展路線，要如何和整個(gè)電子產(chǎn)業(yè)鏈的智能制造發(fā)展進(jìn)程銜接，也是每家封裝業(yè)者必須考慮的問(wèn)題。

事實(shí)上，目前電子業(yè)界已有一個(gè)匯集產(chǎn)業(yè)鏈上中下游，名為iNEMI的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，正試圖推動(dòng)整個(gè)電子產(chǎn)業(yè)朝向智能制造邁進(jìn)。 目前該聯(lián)盟有意利用IDM業(yè)者在馬來(lái)西亞所建立的封測(cè)基礎(chǔ)，在當(dāng)?shù)赝苿?dòng)OSAT的工業(yè)4.0示范案場(chǎng)，預(yù)計(jì)在2~3年之后就能看到成果。

根據(jù)iNEMI的規(guī)畫(huà)，要實(shí)現(xiàn)芯片到終端產(chǎn)品的智能制造，數(shù)據(jù)流(Data Flow)、資安與數(shù)字建構(gòu)要素(Digital Building Blocks)的對(duì)接，是最重要的環(huán)節(jié)(圖6)。 目前iNEMI正試圖集結(jié)產(chǎn)業(yè)鏈上下游之力，突破相關(guān)障礙。