眾所周知,，半導(dǎo)體芯片制造流程非常長(zhǎng)，需要用到數(shù)十種半導(dǎo)體設(shè)備,，經(jīng)過(guò)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(jī)屬于是高價(jià)值的核心設(shè)備,，也是被眾多網(wǎng)友關(guān)注最多的設(shè)備,。

然而，對(duì)于晶圓廠的制造產(chǎn)線來(lái)說(shuō),，光刻機(jī)之類(lèi)的關(guān)鍵設(shè)備發(fā)生故障可能并不是最嚴(yán)重的問(wèn)題,。畢竟這部分的制造流程中斷，短時(shí)間并不會(huì)影響到其后續(xù)制造流程,。比如前面已經(jīng)完成了光刻的晶圓,，可以繼續(xù)進(jìn)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(chǎn)線陷入癱瘓,。

AMHS是一個(gè)比較“小眾”的行業(yè),，全稱是Automatic Material Handling System,，即“自動(dòng)物料搬運(yùn)系統(tǒng)”。它不僅承載著晶圓,、硅片,、光罩等生產(chǎn)材料的自動(dòng)化運(yùn)輸任務(wù)，還通過(guò)精準(zhǔn)的物料管理和高效的物流調(diào)度,，保證Fab廠的生產(chǎn)線持續(xù)高效運(yùn)轉(zhuǎn),。

△晶圓廠天車(chē)運(yùn)作示意圖，與文章所指事故無(wú)關(guān)

目前AMHS系統(tǒng)在半導(dǎo)體晶圓制造環(huán)節(jié)應(yīng)用已經(jīng)非常普及,。從8英寸晶圓廠開(kāi)始,，AMHS的AGV（自動(dòng)導(dǎo)向車(chē)）地面方案和“空中走行式無(wú)人搬送車(chē)”（OHT天車(chē)）方案就已經(jīng)逐步導(dǎo)入，到了12英寸晶圓廠時(shí)代,，OHT天車(chē)方案已經(jīng)成了標(biāo)配,，成為了AMHS系統(tǒng)中的核心。隨著先進(jìn)封裝技術(shù)的發(fā)展,，AMHS也開(kāi)始逐步進(jìn)入了封測(cè)領(lǐng)域。

作為半導(dǎo)體從業(yè)人員,，我者曾進(jìn)入多家Fab廠中深度學(xué)習(xí)參觀,，對(duì)AMHS系統(tǒng)也有了較深的理解。目前該領(lǐng)域目前絕大部分市場(chǎng)仍舊被牢牢握在幾家日本廠商手里,，國(guó)產(chǎn)替代仍舊處于起步階段,，僅有少數(shù)的幾家企業(yè)擁有導(dǎo)入先例。

一個(gè)月前黎巴嫩BB機(jī)爆炸事件,，引發(fā)了公眾對(duì)于國(guó)外電子設(shè)備安全性的恐慌,，讓國(guó)產(chǎn)替代再次登上熱搜。很多朋友也曾問(wèn)過(guò)我AMHS的國(guó)產(chǎn)替代是否有大量機(jī)會(huì),，作為真正和這個(gè)行業(yè)打過(guò)交道的人,，我想先說(shuō)一句：AMHS國(guó)產(chǎn)替代，真的沒(méi)那么簡(jiǎn)單,。這個(gè)行業(yè),，太吃經(jīng)驗(yàn)了！

為什么說(shuō)AMHS國(guó)產(chǎn)替代難

筆者曾參觀某封測(cè)廠,，了解到其使用的某國(guó)產(chǎn)天車(chē)廠商提供的天車(chē)的4根皮帶全部斷裂,。據(jù)內(nèi)部人員闡述，該廠商還曾發(fā)生過(guò)天車(chē)著火的重大事故,。除此以外,，業(yè)內(nèi)也曾流傳有其他國(guó)產(chǎn)天車(chē)廠商發(fā)生天車(chē)冒煙事件。我們一直鼓勵(lì)國(guó)產(chǎn)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(wèn)，國(guó)產(chǎn)替代真的只能做到“簡(jiǎn)單替代”嗎,？

△事故現(xiàn)場(chǎng)圖,。某封測(cè)廠內(nèi)，某國(guó)產(chǎn)天車(chē)四根皮帶斷裂,。（出于隱私考慮,，故對(duì)圖片進(jìn)行了模糊化處理）

要知道，晶圓制造是一個(gè)高度復(fù)雜且極度精細(xì)的過(guò)程,，包含了從晶圓切片,、清洗、光刻,、蝕刻,、沉積、金屬化到封裝測(cè)試的多個(gè)關(guān)鍵步驟,。在這一過(guò)程中,，AMHS負(fù)責(zé)將各種生產(chǎn)材料從一個(gè)工序精準(zhǔn)運(yùn)輸?shù)较乱粋€(gè)工序。據(jù)SEMI統(tǒng)計(jì),，每一個(gè)生產(chǎn)周期中,，晶圓要經(jīng)過(guò)數(shù)百次的移動(dòng)，而這些移動(dòng)幾乎完全依賴AMHS完成,。如果AMHS出現(xiàn)故障,，晶圓無(wú)法被及時(shí)運(yùn)輸?shù)较乱还ば颍麄€(gè)生產(chǎn)線將停滯,。

如果晶圓處于不穩(wěn)定環(huán)境下的時(shí)間越長(zhǎng),，其良品率就會(huì)越低，甚至?xí)?dǎo)致整批晶圓報(bào)廢,，給Fab廠帶來(lái)不可挽回的損失,。假如這次天車(chē)履帶斷裂發(fā)生在蝕刻或沉積等關(guān)鍵工序中，如果晶圓未能按時(shí)被轉(zhuǎn)移,，表面的微結(jié)構(gòu)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(yùn)行不僅關(guān)乎生產(chǎn)效率，還直接影響到最終產(chǎn)品的質(zhì)量,。

研究機(jī)構(gòu)VLSI的數(shù)據(jù)表示,，在半導(dǎo)體制造的各個(gè)階段，AMHS系統(tǒng)的故障每次都可能引發(fā)價(jià)值百萬(wàn)美元的損失，而生產(chǎn)中斷帶來(lái)的間接損失更是難以估量,。尤其是在目前Fab廠追求高稼動(dòng)率的背景下,，哪怕是幾分鐘的AMHS系統(tǒng)中斷，都可能導(dǎo)致晶圓在敏感環(huán)境下的時(shí)間超標(biāo),，最終帶來(lái)的是整個(gè)生產(chǎn)計(jì)劃的推翻與大量的重新調(diào)度,。

上述國(guó)產(chǎn)天車(chē)履帶斷裂問(wèn)題便是一個(gè)典型的例子，履帶損壞直接導(dǎo)致Fab廠的天車(chē)無(wú)法正常運(yùn)行,，生產(chǎn)線被迫停產(chǎn)數(shù)天,，帶來(lái)的不僅是時(shí)間的浪費(fèi)，生產(chǎn)效率的大幅降低,，還使得客戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性的信心受挫,。

從正常的生產(chǎn)節(jié)奏來(lái)看，晶圓制造的每個(gè)流程都有其嚴(yán)格的時(shí)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(shí)間內(nèi)完成蝕刻，延誤會(huì)導(dǎo)致晶圓表面的光刻膠失效,。而在封裝測(cè)試階段,，若AMHS故障，測(cè)試結(jié)果延遲反饋,，出貨時(shí)間將大幅推遲,。這種生產(chǎn)中斷不僅會(huì)影響單批次的生產(chǎn)，還可能使得整個(gè)Fab廠的生產(chǎn)計(jì)劃被迫重新調(diào)整,，進(jìn)而影響到整條供應(yīng)鏈的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

經(jīng)驗(yàn)至上的AMHS行業(yè)

AMHS的復(fù)雜性往往不局限于機(jī)械和電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上,，反而是實(shí)際應(yīng)用與導(dǎo)入經(jīng)驗(yàn),，尤其在與Fab廠生產(chǎn)工藝的深度融合能力上，對(duì)于生產(chǎn)效率影響更多,。也就是說(shuō),，AMHS廠商不僅需要懂得如何設(shè)計(jì)一套自動(dòng)化系統(tǒng)，更重要的是,，如何讓這套系統(tǒng)在極端復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行,。

如今的AMHS設(shè)計(jì)中已經(jīng)引入了大量仿真技術(shù)，但這些還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到EDA工具在芯片設(shè)計(jì)中所起到的仿真模擬作用,。宏觀視角看,，AMHS涉及整個(gè)天車(chē)的運(yùn)行邏輯、軌道設(shè)計(jì)以及物料調(diào)度,。而在微觀層面,，從天車(chē)的電纜布線、分立器件的排布到電機(jī)和傳感器的選型，任何一個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)缺陷都可能導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定運(yùn)行,。

△AMHS流程模擬圖

相信這次國(guó)產(chǎn)天車(chē)履帶斷裂事件能為AMHS國(guó)產(chǎn)替代提供重要教訓(xùn),，因?yàn)檫@一問(wèn)題并非技術(shù)層面的創(chuàng)新不足，而是經(jīng)驗(yàn)不足導(dǎo)致設(shè)計(jì)中的瑕疵沒(méi)有被及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決,。沒(méi)有足夠?qū)嶋H運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的廠商,，即使擁有最先進(jìn)的技術(shù)，在遇到復(fù)雜且高強(qiáng)度的生產(chǎn)環(huán)境時(shí)也可能出現(xiàn)各種意想不到的問(wèn)題,，而這些問(wèn)題往往會(huì)在實(shí)際生產(chǎn)中以更大的代價(jià)暴露出來(lái),。

國(guó)產(chǎn)替代還要走多久？

近年來(lái),，國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)大力推動(dòng)AMHS的國(guó)產(chǎn)替代,，力爭(zhēng)減少對(duì)外部供應(yīng)鏈的依賴。然而,，國(guó)產(chǎn)替代并不是簡(jiǎn)單的技術(shù)復(fù)制和模仿,，它是一個(gè)長(zhǎng)期的技術(shù)積累和經(jīng)驗(yàn)沉淀的過(guò)程。雖然國(guó)內(nèi)一些廠商在技術(shù)研發(fā)上取得了顯著進(jìn)展,，但與日本村田機(jī)械和日本大福等國(guó)際領(lǐng)先企業(yè)相比,，仍存在較明顯的經(jīng)驗(yàn)差距。

第三方機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)顯示,，目前在半導(dǎo)體領(lǐng)域,，全球AMHS市場(chǎng)規(guī)模在20億美金左右，主要被日本村田機(jī)械和日本大福所壟斷,，市占率達(dá)95%以上,。

根據(jù)IC Insight報(bào)告分析，全球頂尖的AMHS供應(yīng)商在Fab廠中已積累了數(shù)十年的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn),，不僅對(duì)各類(lèi)復(fù)雜生產(chǎn)流程了如指掌,，還能迅速應(yīng)對(duì)生產(chǎn)中出現(xiàn)的突發(fā)情況。這種經(jīng)驗(yàn)是國(guó)內(nèi)很多新興企業(yè)所缺乏的,。

因此,，在推動(dòng)國(guó)產(chǎn)替代的過(guò)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(guó)內(nèi)外擁有大量經(jīng)驗(yàn)的企業(yè),，確保國(guó)產(chǎn)AMHS系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的穩(wěn)定性和可靠性。

總而言之,，AMHS國(guó)產(chǎn)替代的道路還需腳踏實(shí)地推進(jìn),，經(jīng)驗(yàn)的積累遠(yuǎn)比技術(shù)突破更加重要。也只有那些擁有深厚經(jīng)驗(yàn),、能與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)標(biāo)的企業(yè),，才能在這場(chǎng)國(guó)產(chǎn)替代的浪潮中立足,，真正引領(lǐng)行業(yè)前進(jìn)。