Soluções de automação em fabricação de semicondutores e eletrônicos- Imagem: xpert.digital
Da pressão de custo à vantagem competitiva: automação como um gamuchanger na produção de chips
Soluções de automação na produção de semicondutores e eletrônicos
A indústria de semicondutores e eletrônicos passa por uma revolução tecnológica alimentada por soluções avançadas de automação. Esse desenvolvimento é de importância crucial, porque os requisitos de precisão, eficiência e qualidade do produto aumentam constantemente, enquanto os custos devem ser reduzidos ao mesmo tempo. Com o boom da IA em andamento e a crescente demanda por semicondutores de alto desempenho, a automação se torna um imperativo estratégico para toda a indústria.
Desenvolvimento e tendências atuais de mercado
Previsão de crescimento para 2025
A indústria de semicondutores enfrenta um ano de crescimento extraordinário. Para 2025, os pesquisadores de mercado prevêem o crescimento de mais de 15 %, impulsionados pela crescente demanda por inteligência artificial e computação de alto desempenho. O mercado global de semicondutores deve atingir um volume de US $ 716,7 bilhões em 2025, o que corresponde a um aumento de 13,8 % em comparação com 2024.
A expansão planejada das capacidades de produção é particularmente digna de nota: 18 novas fábricas de semicondutores devem começar a construir em 2025, com a maioria entrando em operação entre 2026 e 2027. Esses investimentos sublinham o papel central da automação ao lidar com o aumento da demanda.
Drivers tecnológicos
O fator relevante para esse desenvolvimento é a inteligência artificial. As hipercalas investem bilhões de dólares americanos no desenvolvimento de algoritmos complexos de IA, o que, em particular, aumenta a demanda por GPUs e memória de alta largura de banda (HBM). A rotatividade do HBM deve aumentar em 284 %, para US $ 12,3 bilhões em 2024.
Áreas centrais de automação na produção de semicondutores
Manuseio de bolacha e robótica
O manuseio preciso das gestas de silício é uma das tarefas mais críticas na produção de semicondutores. Os robôs modernos de manuseio de bolacha devem transportar com segurança discos de silício extremamente finos com até 40 micrômetros de espessura e diâmetros de 150 a 300 milímetros. Esses materiais de alto frágil passam por até 1.200 etapas do processo e geralmente têm o valor de um carro de gama média por cassete.
As soluções robóticas para manuseio de bolacha são caracterizadas pelas seguintes propriedades:
- Sistemas de preensão baseados em vácuo para manuseio sem contaminação
- Posicionamento de alta precisão com precisão na faixa de micrômetros
- Compatibilidade do espaço puro até os padrões da ISO 7
- Integração nas linhas de produção existentes de vários fabricantes de máquinas
Sistemas de teste automatizados (ATE)
Os sistemas de teste automatizados formam a espinha dorsal da garantia da qualidade na produção de semicondutores. Esses sistemas permitem testes com alta taxa de transferência e garantem a detecção precoce de erros, o que melhora a qualidade do produto e garante que os padrões industriais estritos sejam observados.
Os sistemas ATE são usados em diferentes fases da produção de semicondutores:
- Verificação do projeto
- Testes de produção
- Análise de erros
- Testes específicos para o setor para automotivo, aeroespacial e para a indústria de defesa
Automação de máquina de limpeza
A automação em salas limpas requer soluções especializadas que atendam aos mais altos padrões de limpeza. Sistemas modernos, como os sistemas inteligentes de fabricação de Semicon, oferecem automação de alta precisão para toda a produção de wafer de processos de polimento para embalagens.
Principais recursos da automação de salas limpas:
- Sistemas de posicionamento baseados em câmera para reconhecimento automático de bolacha
- Tempos de ciclo rápido para máxima eficiência
- Conformidade padrão da ISO 7
- Adaptação flexível a diferentes tamanhos de bolacha (150-300 mm)
Automação na produção eletrônica
Linhas SMT e tecnologia de pick-and-place
As linhas de tecnologia de montagem de superfície (SMT) estão no centro da produção eletrônica moderna. A automação dessas linhas de produção inclui sistemas de escolha e lugar de alta precisão, que colocam componentes microscópicos nas placas de circuito. Os sistemas de visão computacional permitem o posicionamento preciso e reduzem significativamente os erros humanos.
Automação SMT moderna integrada:
- Sistemas SPI e AOI 3D com suporte de IA
- VEGO LIDADE SERIENT
- Marcadores a laser para rastreabilidade
- Impressora de precisão com tecnologia multiclamp
Controle e inspeção de qualidade
A inspeção óptica automática (AOI) é revolucionada pelo aprendizado de máquina. Novos procedimentos reduzem significativamente a taxa de pseudo -dobra e minimizam as verificações manuais de acompanhar. A integração dos algoritmos AI permite uma distinção robusta entre pseudo e erros reais.
Ofereça sistemas de inspeção avançada:
- Gravação de imagem 3D por tecnologia de projeção de tira
- Medição de alturas de pasta de 20 µm a 150 µm
- Detecção de partículas, entalhes e buracos
- Cabeças de câmera otimizadas para velocidade
Automação de controle e processo de reflexão
O controle preciso dos fogões de refluxo é crucial para a qualidade das conexões resolvidas. Os controladores de refluxo modernos monitoram e controlam automaticamente os perfis complexos de temperatura, a fim de obter resultados ideais de soldagem. Esses sistemas podem economizar até cinco conjuntos de parâmetros diferentes e alternar automaticamente entre diferentes perfis de solda.
Robótica colaborativa (Cobots) na produção eletrônica
Áreas de aplicação e vantagens
Robôs colaborativos se estabeleceram na produção eletrônica. Eles permitem cooperação segura entre humanos e máquinas sem dispositivos de proteção caros. Na indústria de eletrônicos, os COBOTS assumem o trabalho de montagem e solda com precisão, bem como testes de produto e controles de qualidade.
Aplicações típicas de Cobot:
- Teste de chip com aspiradores de vácuo
- Testes de dispositivo de tela de toque
- Placas de circuito de solda
- Testes de função automatizados
- Processos de montagem e embalagem
Exemplos de sucesso da prática
Na Siemens em Erlangen, mais de 70 cobots automatizam diferentes processos de fabricação. Frank Elektronik conseguiu dobrar sua capacidade de produção usando Cobots, de 430-450 a mais de 800 dispositivos por turno. Esses exemplos demonstram o potencial considerável da robótica colaborativa para aumentos de eficiência.
Manutenção preditiva e monitoramento de condições
Monitoramento de condições em aplicações críticas
A manutenção preditiva está se tornando o fator -chave para minimizar sites não planejados do sistema. Na produção de semicondutores, os custos de inatividade na mediana podem ter mais de 100.000 euros por hora. As soluções modernas da IoT usam sensores acústicos e algoritmos de aprendizado de máquina para detecção de danos precoces.
Inclua abordagens inovadoras:
- Analisador acústico para veículos aéreos (OHV)
- Análise de ruído de direção para detecção de fatores disruptivos
- Edge-KI para monitoramento contínuo de estado
- Painéis visualizados para técnicos
Sensores de IoT e aquisição de dados
Os sensores de IoT desempenham um papel central na automação moderna. Os sensores LPWAN, BLE, NFC e WLAN permitem a gravação de dados precisos em tempo real para diferentes aplicativos. Em salas limpas, sensores especializados são usados para monitorar partículas, temperatura, umidade e pressão do ar.
Indústria 4.0 e transformação digital
Fábricas inteligentes do futuro
A fábrica de semicondutores de Bosch em Dresden é considerada pioneira para a indústria 4.0 e demonstra o futuro do chipFearing. A fábrica altamente automatizada e totalmente em rede combina métodos de inteligência artificial com processos integrados e sistemas auto -otimizadores.
Características centrais das fábricas inteligentes de semicondutores:
- Dados -processos controlados e auto -otimizadores
- Rede completa de todas as etapas de produção
- Otimização baseada em IA da produção de wafer
- Seis semanas durante toda a bolacha crua para o microchip acabado
Sistemas de execução de fabricação (MES)
Os sistemas MES formam a ponte entre os sistemas ERP e o nível de produção. Eles permitem o monitoramento real e o controle dos processos de produção, incluindo planejamento de recursos, processamento de pedidos e gerenciamento da qualidade. A integração dos sistemas MES promove o fluxo contínuo de informações entre diferentes departamentos.
Segurança cibernética em produção em rede
A crescente rede também possui desafios significativos de segurança cibernética. Os sistemas de automação em rede estão expostos a um risco aumentado de ataques cibernéticos que podem causar danos significativos aos sistemas de produção.
As medidas críticas de segurança incluem:
- Atualizações regulares do sistema
- Segmentação de rede para conter ataques
- Autenticação e autorização seguras
- Treinamento de funcionários para segurança cibernética-Auxuneidade
Robôs autônomos conquistam salas limpas e gêmeos digitais reduzem drasticamente os ciclos de desenvolvimento
Aprendizado de máquina e integração de IA
O aprendizado de máquina revoluciona o defeito na produção de wafer. Os modelos convolucionais de redes neurais (CNN) e transformação de dispersão de wavelet (WST) já atingem precisão de 96-97 % na detecção automatizada de defeitos. Essas tecnologias permitem controle de qualidade mais preciso em intervenções manuais reduzidas.
Gêmeos digitais
Os gêmeos digitais são estabelecidos como ferramentas poderosas para otimizar os processos de fabricação. Eles permitem a simulação virtual de sistemas complexos sem protótipos físicos, o que reduz significativamente os ciclos de desenvolvimento e reduz os custos. No desenvolvimento eletrônico, os gêmeos digitais podem otimizar todo o ciclo de vida, desde componentes até ruas de produção completas.
Automação móvel
Veículos guiados autônomos (AGV) e robô móvel revolucionam o transporte em salas limpas. Sistemas como o herói Fab AGV combinam a tecnologia robô estabelecida com conceitos inovadores de veículos para transporte totalmente automático entre ferramentas de processo. Essas soluções oferecem operação 24/7 com cargas altas de 100-150 kg.
Da fabricação à fábrica inteligente: por que a automação decide sobre o sucesso
A automação na produção de semicondutores e eletrônicos está em uma fase de desenvolvimento rápido. Impulsionados pela demanda de IA e inovação tecnológica, os sistemas de produção se desenvolvem em sistemas altamente em rede e auto-otimizadores. A integração bem -sucedida da robótica, IA, IoT e manutenção preditiva será crucial para a competitividade das empresas.
Enquanto o setor está indo para o crescimento de registros, os fabricantes também devem gerenciar desafios como segurança cibernética, escassez de trabalhadores qualificados e crescente complexidade. As empresas que investem hoje em soluções avançadas de automação serão os vencedores de amanhã e moldarão significativamente o futuro da produção eletrônica.
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Konrad Wolfenstein
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