Опубликовано: 22 июня 2025 г. / Обновлено: 22 июня 2025 г. – Автор: Konrad Wolfenstein
Решения по автоматизации в производстве полупроводников и электроники – Изображение: Xpert.Digital
От ценового давления к конкурентному преимуществу: автоматизация как фактор, меняющий правила игры в производстве микросхем
Решения по автоматизации в полупроводниковом и электронном производстве
Полупроводниковая и электронная промышленность переживает технологическую революцию, обусловленную передовыми решениями в области автоматизации. Это развитие имеет решающее значение, поскольку требования к точности, эффективности и качеству продукции постоянно растут, а затраты необходимо снижать. В условиях продолжающегося бума искусственного интеллекта и растущего спроса на высокопроизводительные полупроводники автоматизация становится стратегическим императивом для всей отрасли.
Текущие события и тенденции рынка
Прогнозы роста на 2025 год
Полупроводниковая промышленность готовится к исключительному росту. Исследователи рынка прогнозируют рост более чем на 15% к 2025 году благодаря растущему спросу на искусственный интеллект и высокопроизводительные вычисления. Ожидается, что объём мирового рынка полупроводников к 2025 году достигнет 716,7 млрд долларов США, что на 13,8% больше, чем в 2024 году.
Особого внимания заслуживает запланированное расширение производственных мощностей: в 2025 году планируется начать строительство 18 новых полупроводниковых фабрик, а ввод большинства из них в эксплуатацию ожидается в период с 2026 по 2027 год. Эти инвестиции подчеркивают центральную роль автоматизации в удовлетворении растущего спроса.
Технологические факторы
Основным драйвером этого развития является искусственный интеллект. Гиперскейлеры инвестируют миллиарды долларов США в разработку сложнейших алгоритмов искусственного интеллекта, что резко увеличивает спрос, особенно на графические процессоры и высокоскоростную память (HBM). Прогнозируется, что выручка от HBM вырастет на 284% до 12,3 млрд долларов США к 2024 году.
Ключевые направления автоматизации в производстве полупроводников
Обработка пластин и робототехника
Точная обработка кремниевых пластин — одна из важнейших задач в производстве полупроводников. Современные роботы для обработки пластин должны безопасно транспортировать сверхтонкие кремниевые диски толщиной до 40 микрометров и диаметром от 150 до 300 миллиметров. Эти чрезвычайно хрупкие материалы проходят до 1200 технологических этапов, и стоимость одной кассеты зачастую сопоставима с автомобилем среднего класса.
Роботизированные решения для обработки пластин характеризуются следующими свойствами:
- Вакуумные системы захвата для обработки без загрязнения
- Высокоточное позиционирование с точностью в микрометровом диапазоне
- Совместимость с чистыми помещениями по стандартам ISO 7
- Интеграция в существующие производственные линии различных производителей машин
Автоматизированные испытательные системы (ATE)
Автоматизированные испытательные системы составляют основу контроля качества в производстве полупроводников. Они обеспечивают высокопроизводительное тестирование и раннее выявление дефектов, тем самым повышая качество продукции и гарантируя соответствие строгим отраслевым стандартам.
Системы ATE используются на различных этапах производства полупроводников:
- Проверка дизайна
- Производственные испытания
- Анализ ошибок
- Специализированные испытания для автомобильной, аэрокосмической и оборонной промышленности
Автоматизация чистых помещений
Автоматизация в чистых помещениях требует специализированных решений, отвечающих самым высоким стандартам чистоты. Современные системы, такие как Smart Semicon Fabrication, обеспечивают высокоточную автоматизацию всего процесса производства пластин, от полировки до упаковки.
Основные характеристики автоматизации чистых помещений:
- Системы позиционирования на основе камер для автоматического распознавания пластин
- Короткое время цикла для максимальной эффективности
- Соответствие стандартам ISO 7
- Гибкая адаптация к различным размерам пластин (150–300 мм)
Автоматизация в производстве электроники
Линии поверхностного монтажа и технологии захвата и установки
Линии поверхностного монтажа (SMT) являются основой современного производства электроники. Автоматизация этих производственных линий включает в себя высокоточные системы захвата и установки, которые позиционируют микроскопически малые компоненты на печатные платы. Системы компьютерного зрения обеспечивают точное позиционирование и значительно снижают вероятность ошибок, связанных с человеческим фактором.
Современная интегрированная автоматизация SMT:
- Системы 3D SPI и AOI с поддержкой ИИ
- Серия манипуляторов VEGO для надежного потока материалов
- Лазерные маркеры для отслеживания
- Прецизионный принтер с технологией MultiClamp
Контроль качества и инспекция
Автоматизированный оптический контроль (АОИ) претерпевает революцию благодаря машинному обучению. Новые методы значительно снижают уровень ложноположительных результатов и минимизируют необходимость ручных повторных проверок. Интеграция алгоритмов ИИ позволяет надёжно различать ложные и истинные дефекты.
Передовые системы контроля предлагают:
- Захват 3D-изображений с использованием технологии полосовой проекции
- Измерение толщины пасты от 20 мкм до 150 мкм
- Обнаружение частиц, выемок и отверстий
- Оптимизированные по скорости головки камеры
Управление оплавлением и автоматизация процессов
Точное управление печами оплавления припоя критически важно для качества паяных соединений. Современные контроллеры оплавления автоматически отслеживают и управляют сложными температурными профилями для достижения оптимальных результатов пайки. Эти системы могут хранить до пяти различных наборов параметров и автоматически переключаться между различными профилями пайки.
Коллаборативная робототехника (коботы) в производстве электроники
Области применения и преимущества
Коллаборативные роботы зарекомендовали себя как революционное решение в производстве электроники. Они обеспечивают безопасное взаимодействие человека и машины без дорогостоящих защитных устройств. В электронной промышленности коботы берут на себя точную сборку и пайку, а также тестирование и контроль качества продукции.
Типичные области применения коботов:
- Тестирование чипов с помощью вакуумных присосок
- Тесты сенсорных устройств
- Пайка печатных плат
- Автоматизированные функциональные тесты
- Процессы сборки и упаковки
Примеры успеха от практики
На заводе Siemens в Эрлангене более 70 коботов автоматизируют различные производственные процессы. Благодаря использованию коботов компания Frank Elektronik смогла удвоить свою производственную мощность — с 430–450 до более чем 800 единиц в смену. Эти примеры демонстрируют значительный потенциал коллаборативной робототехники для повышения эффективности.
Прогностическое обслуживание и мониторинг состояния
Мониторинг состояния в критически важных приложениях
Прогностическое обслуживание становится ключевым фактором минимизации незапланированных простоев оборудования. В производстве полупроводников медианные затраты на простой могут превышать 100 000 евро в час. Современные решения Интернета вещей используют акустические датчики и алгоритмы машинного обучения для раннего обнаружения повреждений.
Инновационные подходы включают в себя:
- Акустический анализатор для подвесных транспортных средств (OHV)
- Анализ шума при движении для выявления факторов беспокойства
- Edge AI для непрерывного мониторинга состояния
- Визуализированные панели мониторинга для технических специалистов
Датчики Интернета вещей и сбор данных
Датчики Интернета вещей играют центральную роль в современной автоматизации. Датчики LPWAN, BLE, NFC и WLAN позволяют собирать точные данные в режиме реального времени для различных приложений. В чистых помещениях специализированные датчики используются для мониторинга частиц, температуры, влажности и давления воздуха.
Индустрия 4.0 и цифровая трансформация
Умные фабрики будущего
Завод Bosch по производству полупроводников в Дрездене считается пионером Индустрии 4.0 и демонстрирует будущее производства микросхем. Высокоавтоматизированный, полностью сетевой завод сочетает в себе методы искусственного интеллекта, интегрированные процессы и самооптимизирующиеся системы.
Основные характеристики интеллектуальных полупроводниковых заводов:
- Самооптимизирующиеся процессы, основанные на данных
- Полное сетевое взаимодействие всех этапов производства
- Оптимизация производства пластин на основе ИИ
- Шесть недель от сырой пластины до готового микрочипа
Системы управления производством (MES)
MES-системы заполняют пробел между ERP-системами и уровнем производства. Они позволяют осуществлять мониторинг и контроль производственных процессов в режиме реального времени, включая планирование ресурсов, обработку заказов и управление качеством. Интеграция MES-систем обеспечивает бесперебойный обмен информацией между различными подразделениями.
Кибербезопасность в сетевом производстве
Рост взаимосвязанности также создаёт серьёзные проблемы кибербезопасности. Сетевые системы автоматизации подвержены повышенному риску кибератак, которые могут нанести значительный ущерб производственным объектам.
К критически важным мерам безопасности относятся:
- Регулярные обновления системы
- Сегментация сети для сдерживания атак
- Безопасная аутентификация и авторизация
- Обучение сотрудников по вопросам кибербезопасности
Автономные роботы завоевывают чистые помещения, а цифровые двойники радикально сокращают циклы разработки.
Интеграция машинного обучения и ИИ
Машинное обучение производит революцию в области обнаружения дефектов при производстве пластин. Свёрточные нейронные сети (CNN) и модели на основе вейвлет-преобразования рассеяния (WST) уже достигают точности 96–97% при автоматизированном обнаружении дефектов. Эти технологии обеспечивают более точный контроль качества с минимальным ручным вмешательством.
Цифровые двойники
Цифровые двойники зарекомендовали себя как мощный инструмент оптимизации производственных процессов. Они позволяют виртуально моделировать сложные системы без физических прототипов, значительно сокращая циклы разработки и снижая затраты. В разработке электроники цифровые двойники позволяют оптимизировать весь жизненный цикл компонентов вплоть до целых производственных линий.
Мобильная автоматизация
Автономные управляемые транспортные средства (AGV) и мобильные роботы производят революцию в области транспортировки в чистых помещениях. Такие системы, как HERO FAB AGV, сочетают в себе проверенные робототехнические решения с инновационными концепциями транспортных средств для полностью автоматизированной транспортировки между технологическими инструментами. Эти решения обеспечивают круглосуточную работу и высокую грузоподъёмность до 100–150 кг.
От производства к умной фабрике: почему автоматизация определяет успех
Автоматизация в производстве полупроводников и электроники переживает бурное развитие. Благодаря спросу на искусственный интеллект и технологическим инновациям производственные мощности превращаются в высокоинтегрированные, самооптимизирующиеся системы. Успешная интеграция робототехники, искусственного интеллекта, Интернета вещей и предиктивного обслуживания будет иметь решающее значение для конкурентоспособности компаний.
По мере того, как отрасль движется к рекордному росту, производителям приходится одновременно решать такие проблемы, как кибербезопасность, нехватка квалифицированных специалистов и растущая сложность. Компании, которые сегодня инвестируют в передовые решения для автоматизации, завтра станут победителями и сыграют значительную роль в будущем производства электроники.
Подходит для:
Ваш глобальный партнер по маркетингу и развитию бизнеса
☑️ Наш деловой язык — английский или немецкий.
☑️ НОВИНКА: Переписка на вашем национальном языке!
Konrad Wolfenstein
Я был бы рад служить вам и моей команде в качестве личного консультанта.
Вы можете связаться со мной, заполнив контактную форму или просто позвоните мне по телефону +49 89 89 674 804 (Мюнхен) . Мой адрес электронной почты: wolfenstein ∂ xpert.digital
Я с нетерпением жду нашего совместного проекта.
