公開：2025年6月22日 /更新：2025年6月22日 - 著者： Konrad Wolfenstein
半導体およびエレクトロニクス製造の自動化ソリューション - 画像：Xpert.Digital
コストプレッシャーから競争上の優位性まで：チップ生産におけるガムチャンガーとしての自動化
半導体およびエレクトロニクス生産の自動化ソリューション
半導体およびエレクトロニクス業界は、Advanced Automation Solutionsを搭載した技術革命を経験しています。この開発は非常に重要です。なぜなら、精度、効率、製品の品質の要件は着実に増加し、コストを同時に削減する必要があるからです。進行中のAIブームと高性能半導体に対する需要の増加により、自動化は業界全体にとって戦略的義務となります。
現在の市場開発と傾向
2025年の成長予測
半導体業界は、並外れた成長年に直面しています。 2025年、市場研究者は、人工知能と高性能コンピューティングの需要の増加に伴い、15％以上の成長を予測しています。世界の半導体市場は、2025年に7167億ドルの量に達することであり、これは2024年と比較して13.8％の増加に相当します。
生産能力の計画された拡張は特に注目に値します。18の新しい半導体工場は2025年に建設を開始するはずで、そのほとんどは2026年から2027年の間に稼働します。これらの投資は、需要の増加に対処する際に自動化の中心的な役割を強調しています。
技術ドライバー
この開発に関連するドライバーは人工知能です。ハイパースケールは、複雑なAIアルゴリズムの開発に数十億米ドルを投資し、特にGPUおよび高帯域幅メモリ（HBM）の需要を増加させます。 HBMの売上高は、2024年に284％増加して123億ドルになると予想されています。
半導体生産における自動化のコアエリア
ウェーハの取り扱いとロボット工学
シリコンワーファーの正確な取り扱いは、半導体生産において最も重要なタスクの1つです。最新のウェーハハンドリングロボットは、最大40マイクロメートルの厚さと150〜300ミリメートルの直径で非常に薄いシリコンディスクを安全に輸送する必要があります。これらの高ゆるい材料は、最大1,200のプロセスステップを経て、カセットごとにミッドレンジ車の価値があることがよくあります。
ウェーハの取り扱いのためのロボットソリューションは、次の特性によって特徴付けられます。
- 汚染のない取り扱いのための真空ベースのグリッピングシステム
- マイクロメートル範囲の精度を備えた高精度の位置
- ISO 7基準までの純粋なスペースの互換性
- さまざまな機械メーカーの既存の生産ラインへの統合
自動テストシステム（ATE）
自動化されたテストシステムは、半導体生産における品質保証のバックボーンを形成します。これらのシステムは、スループット率が高いテストを可能にし、エラーの早期検出を確保し、製品の品質を改善し、厳格な産業基準が観察されることを保証します。
ATEシステムは、半導体生産のさまざまな段階で使用されます。
- 設計検証
- 生産テスト
- エラー分析
- 自動車、航空宇宙、防衛産業の業界固有のテスト
クリーニングマシンの自動化
クリーンルームの自動化には、最高の清潔さの基準を満たす特殊なソリューションが必要です。 Smart Semicon Fabrication Systemなどの最新のシステムは、パッケージングへの研磨プロセスのウェーハ生産全体の高精度自動化を提供します。
クリーンルームオートメーションの主な機能：
- 自動ウェーハ認識のためのカメラベースの位置決めシステム
- 最大の効率のための速いサイクル時間
- ISO 7標準適合性
- さまざまなウェーハサイズ（150〜300 mm）への柔軟な適応
電子生産における自動化
SMTラインとピックアンドプレイステクノロジー
Surface Mount Technology（SMT）ラインは、現代の電子生産の中心にあります。これらの生産ラインの自動化には、回路基板に顕微鏡コンポーネントを配置する高精度のピックアンドプレイスシステムが含まれます。コンピュータービジョンシステムは、正確な位置決めを可能にし、人的エラーを大幅に削減します。
最新のSMTオートメーション統合：
- AIサポートを備えた3D SPIおよびAOIシステム
- 信頼できる材料の流れのためのVegoハンドリングシリーズ
- トレーサビリティのためのレーザーマーカー
- マルチランプテクノロジーを備えた精密プリンター
品質管理と検査
自動光学検査（AOI）は、機械学習によって革新されます。新しい手順では、擬似折りたたみ速度を大幅に削減し、マニュアルフォローアップチェックを最小限に抑えます。 AIアルゴリズムの統合により、擬似エラーと実際のエラーを堅牢に区別できます。
高度な検査システムを提供する：
- ストリップ投影技術による3D画像記録
- 20 µmから150 µmの貼り付け高さの測定
- 粒子、ノッチ、穴の検出
- 速度 - 最適化されたカメラヘッド
リフロー制御とプロセスの自動化
リフローストーブの正確な制御は、解決された接続の品質に不可欠です。最新のリフローコントローラーは、最適なはんだ付けの結果を達成するために、複雑な温度プロファイルを自動的に監視および制御します。これらのシステムは、最大5つの異なるパラメーターセットを節約し、異なるはんだプロファイルを自動的に切り替えることができます。
電子生産における共同ロボット（コボット）
アプリケーションと利点の領域
共同ロボットは、エレクトロニクスの生産に確立されています。それらは、高価な保護装置なしで人間と機械の間の安全な協力を可能にします。エレクトロニクス業界では、コボットは、製品テストと品質管理だけでなく、正確に組み立てとはんだ付け作業を引き受けています。
典型的なコボットアプリケーション：
- 真空真空によるチップテスト
- タッチスクリーンデバイステスト
- はんだ付け回路基板
- 自動機能テスト
- アセンブリとパッケージングプロセス
練習からの成功例
エルランゲンのシーメンスでは、70を超えるコボットが異なる製造プロセスを自動化しています。フランク・エレクトロニクは、シフトあたり430〜450から800を超えるデバイスまで、コボットを使用して生産能力を2倍にすることができました。これらの例は、効率の向上のための共同ロボット工学のかなりの可能性を示しています。
予測メンテナンスと状態の監視
重要なアプリケーションでの状態監視
予測的なメンテナンスは、計画外のシステムの停止サイトを最小限に抑えるための重要な要素になりつつあります。半導体の生産では、中央値のダウンタイムコストは時速100,000ユーロを超えることがあります。最新のIoTソリューションは、早期の損傷検出のために音響センサーと機械学習アルゴリズムを使用します。
革新的なアプローチを含める：
- オーバーヘッド車両用の音響アナライザー（OHV）
- 破壊的な因子検出のための駆動騒音分析
- 連続状態監視のためのエッジキ
- 技術者向けの視覚化されたダッシュボード
IoTセンサーとデータ収集
IoTセンサーは、最新の自動化において中心的な役割を果たします。 LPWAN、BLE、NFC、およびWLANセンサーにより、さまざまなアプリケーションの正確なリアルタイムデータの記録が可能になります。クリーンルームでは、特殊なセンサーが粒子、温度、水分、空気圧の監視に使用されます。
業界4.0とデジタル変換
未来のインテリジェントな工場
ドレスデンのボッシュ半導体プラントは、Industry 4.0の先駆者と見なされており、チップフィアリングの未来を示しています。高度に自動化された、完全にネットワーク化された工場は、人工知能の方法と統合プロセスと自己最適化システムを組み合わせています。
インテリジェント半導体工場のコア特性：
- データ - 制御、自己最適化プロセス
- すべての生産ステップの完全なネットワーキング
- ウェーハ生産のAIベースの最適化
- RAW WAECH全体で完成したマイクロチップまで6週間
製造実行システム（MES）
MESシステムは、ERPシステムと生産レベルの間のブリッジを形成します。これらは、リソース計画、注文処理、品質管理など、本物の時間監視と生産プロセスの制御を可能にします。 MESシステムの統合は、異なる部門間の情報のシームレスな流れを促進します。
ネットワーク生産におけるサイバーセキュリティ
ネットワーキングの増加には、サイバーセキュリティの重要な課題もあります。ネットワーク化された自動化システムは、生産システムに大きな損害を与える可能性のあるサイバー攻撃のリスクの増加にさらされています。
重要なセキュリティ対策には次のものがあります。
- 通常のシステムの更新
- 攻撃を含むためのネットワークセグメンテーション
- 安全な認証と承認
- サイバーセキュリティ - オーワーネスのための従業員トレーニング
自動運転ロボット征服クリーンルームとデジタル双子は開発サイクルを大幅に短くします
機械学習とAI統合
機械学習は、ウェーハ生産の欠陥に革命をもたらします。畳み込みニューラルネットワーク（CNN）およびウェーブレット散乱変換（WST）モデルは、自動化された欠陥検出においてすでに96〜97％の精度を達成しています。これらのテクノロジーにより、手動介入の削減により、より正確な品質制御が可能になります。
デジタルツイン
デジタルツインは、製造プロセスを最適化するための強力なツールとして確立されています。物理的なプロトタイプなしで複雑なシステムの仮想シミュレーションを可能にし、開発サイクルを大幅に短縮し、コストを削減します。エレクトロニクス開発では、デジタルツインズは、コンポーネントから生産通りを完成させるために、ライフサイクル全体を最適化できます。
モバイルオートメーション
自律誘導車両（AGV）とモバイルロボットは、クリーンルームの輸送に革命をもたらします。 Hero Fab AGVなどのシステムは、確立されたロボットテクノロジーと、プロセスツール間の完全に自動的な輸送のための革新的な車両コンセプトを組み合わせています。これらのソリューションは、100〜150 kgの高ペイロードで24時間年中無休の操作を提供します。
製造からスマートファクトリーまで：自動化が成功を決定する理由
半導体および電子生産の自動化は、急速な発展の段階にあります。 AIの需要と技術革新によって推進された生産システムは、高度にネットワーク化された自己最適化システムに発展します。ロボット工学、AI、IoT、および予測メンテナンスの統合が成功することは、企業の競争力にとって非常に重要です。
業界は記録的な成長に向かっていますが、メーカーはサイバーセキュリティ、熟練労働者の不足、複雑さの増加などの課題を管理する必要があります。今日、Advanced Automation Solutionsに投資している企業は、明日の勝者となり、電子生産の未来を大幅に形成します。
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