Опубліковано: 22 червня 2025 р. / Оновлено: 22 червня 2025 р. – Автор: Konrad Wolfenstein
Рішення для автоматизації у виробництві напівпровідників та електроніки – Зображення: Xpert.Digital
Від тиску цін до конкурентної переваги: автоматизація як переломний момент у виробництві мікросхем
Рішення для автоматизації у виробництві напівпровідників та електроніки
Напівпровідникова та електронна промисловість переживає технологічну революцію, зумовлену передовими рішеннями для автоматизації. Цей розвиток є надзвичайно важливим, оскільки вимоги до точності, ефективності та якості продукції постійно зростають, тоді як витрати необхідно знижувати. З огляду на постійний бум штучного інтелекту та зростаючий попит на високопродуктивні напівпровідники, автоматизація стає стратегічним імперативом для всієї галузі.
Поточні ринкові події та тенденції
Прогнози зростання на 2025 рік
Напівпровідникова галузь готова до виняткового року зростання. Дослідники ринку прогнозують зростання понад 15 відсотків у 2025 році, зумовлене зростанням попиту на штучний інтелект та високопродуктивні обчислення. Очікується, що світовий ринок напівпровідників досягне обсягу 716,7 мільярда доларів США у 2025 році, що на 13,8 відсотка більше, ніж у 2024 році.
Особливої уваги заслуговує заплановане розширення виробничих потужностей: будівництво 18 нових заводів з виробництва напівпровідників планується розпочати у 2025 році, більшість з яких, як очікується, запрацюють між 2026 і 2027 роками. Ці інвестиції підкреслюють центральну роль автоматизації у задоволенні зростаючого попиту.
Технологічні рушійні сили
Основною рушійною силою цього розвитку є штучний інтелект. Гіперскейлери інвестують мільярди доларів США в розробку надзвичайно складних алгоритмів штучного інтелекту, що різко збільшує попит, особливо на графічні процесори та високошвидкісну пам'ять (HBM). Прогнозується, що дохід від HBM зросте на 284 відсотки до 12,3 мільярда доларів США у 2024 році.
Ключові області автоматизації у виробництві напівпровідників
Обробка пластин та робототехніка
Точне оброблення кремнієвих пластин є одним із найважливіших завдань у виробництві напівпровідників. Сучасні роботи для обробки пластин повинні безпечно транспортувати надзвичайно тонкі кремнієві диски товщиною до 40 мікрометрів та діаметром від 150 до 300 міліметрів. Ці дуже крихкі матеріали проходять до 1200 етапів процесу та часто мають вартість автомобіля середнього класу на касету.
Роботизовані рішення для обробки пластин характеризуються такими властивостями:
- Вакуумні системи захоплення для безпечного поводження без забруднення
- Високоточне позиціонування з точністю в мікрометровому діапазоні
- Сумісність із чистими приміщеннями відповідно до стандартів ISO 7
- Інтеграція в існуючі виробничі лінії різних виробників машин
Автоматизовані тестові системи (ATE)
Автоматизовані випробувальні системи є основою забезпечення якості у виробництві напівпровідників. Ці системи дозволяють проводити високопродуктивне тестування та забезпечують раннє виявлення дефектів, тим самим покращуючи якість продукції та забезпечуючи відповідність суворим галузевим стандартам.
Системи ATE використовуються на різних етапах виробництва напівпровідників:
- Перевірка проекту
- Виробничі випробування
- Аналіз помилок
- Спеціалізовані галузеві випробування для автомобільної, аерокосмічної та оборонної промисловості
Автоматизація чистих приміщень
Автоматизація в чистих приміщеннях вимагає спеціалізованих рішень, що відповідають найвищим стандартам чистоти. Сучасні системи, такі як системи Smart Semicon Fabrication, пропонують високоточну автоматизацію всього процесу виробництва пластин, від полірування до упаковки.
Ключові характеристики автоматизації чистих приміщень:
- Системи позиціонування на основі камер для автоматичного розпізнавання пластин
- Швидкий час циклу для максимальної ефективності
- Відповідність стандартам ISO 7
- Гнучка адаптація до різних розмірів пластин (150-300 мм)
Автоматизація у виробництві електроніки
Лінії поверхневого монтажу (SMT) та технологія «захоплення та розміщення»
Лінії поверхневого монтажу (SMT) є основою сучасного виробництва електроніки. Автоматизація цих виробничих ліній включає високоточні системи захоплення та розміщення, які позиціонують мікроскопічно малі компоненти на друкованих платах. Системи комп'ютерного зору забезпечують точне позиціонування та значно зменшують людські помилки.
Сучасна інтегрована автоматизація поверхневого монтажу (SMT):
- 3D SPI та AOI системи з підтримкою штучного інтелекту
- Серія маніпуляційних систем VEGO для надійного потоку матеріалів
- Лазерні маркери для відстеження
- Прецизійний принтер з технологією MultiClamp
Контроль якості та інспекція
Автоматизований оптичний контроль (AOI) зазнає революції завдяки машинному навчанню. Нові методи значно знижують рівень хибнопозитивних результатів та мінімізують ручні подальші перевірки. Інтеграція алгоритмів штучного інтелекту дозволяє чітко розрізняти хибні та справжні дефекти.
Передові системи інспекції пропонують:
- Захоплення 3D-зображень за допомогою технології смугової проекції
- Вимірювання товщини пасти від 20 мкм до 150 мкм
- Виявлення частинок, надрізів та отворів
- Головки камери з оптимізованою швидкістю
Контроль оплавлення та автоматизація процесів
Точне керування печами паяння має вирішальне значення для якості паяних з'єднань. Сучасні контролери паяння автоматично контролюють та керують складними температурними профілями для досягнення оптимальних результатів паяння. Ці системи можуть зберігати до п'яти різних наборів параметрів та автоматично перемикатися між різними профілями паяння.
Колаборативна робототехніка (коботи) у виробництві електроніки
Галузі застосування та переваги
Колаборативні роботи зарекомендували себе як революційні роботи у виробництві електроніки. Вони забезпечують безпечну співпрацю між людьми та машинами без дорогих пристроїв безпеки. В електронній промисловості коботи виконують завдання точного складання та паяння, а також тестування продукції та контроль якості.
Типові застосування коботів:
- Тестування чіпів за допомогою вакуумних присосок
- Тести сенсорних пристроїв
- Пайка друкованих плат
- Автоматизовані функціональні тести
- Процеси складання та пакування
Приклади успіху з практики
У компанії Siemens в Ерлангені понад 70 коботів автоматизують різні виробничі процеси. Завдяки використанню коботів компанія Frank Elektronik змогла подвоїти свої виробничі потужності — з 430-450 до понад 800 одиниць за зміну. Ці приклади демонструють значний потенціал колаборативної робототехніки для підвищення ефективності.
Прогнозне технічне обслуговування та моніторинг стану
Моніторинг стану в критично важливих сферах застосування
Прогнозне технічне обслуговування стає ключовим фактором у мінімізації незапланованих простоїв виробництва. У виробництві напівпровідників середні витрати на простої можуть перевищувати 100 000 євро на годину. Сучасні рішення Інтернету речей використовують акустичні датчики та алгоритми машинного навчання для раннього виявлення пошкоджень.
Інноваційні підходи включають:
- Акустичний аналізатор для підвісних транспортних засобів (OHV)
- Аналіз шуму під час руху для виявлення факторів перешкод
- Штучний інтелект на периферії для безперервного моніторингу стану
- Візуалізовані інформаційні панелі для технічних спеціалістів
Датчики Інтернету речей та збір даних
Датчики Інтернету речей відіграють центральну роль у сучасній автоматизації. Датчики LPWAN, BLE, NFC та WLAN дозволяють збирати точні дані в режимі реального часу для різних застосувань. У чистих приміщеннях спеціалізовані датчики використовуються для моніторингу частинок, температури, вологості та тиску повітря.
Індустрія 4.0 та цифрова трансформація
Розумні фабрики майбутнього
Завод напівпровідників Bosch у Дрездені вважається піонером Індустрії 4.0 та демонструє майбутнє виробництва мікросхем. Високоавтоматизований, повністю мережевий завод поєднує методи штучного інтелекту з інтегрованими процесами та самооптимізуючими системами.
Ключові характеристики інтелектуальних напівпровідникових заводів:
- Процеси, що базуються на даних та самооптимізуються
- Повна мережа на всіх етапах виробництва
- Оптимізація виробництва пластин на основі штучного інтелекту
- Шість тижнів, від початку виробництва необробленої пластини до завершеного мікрочіпа
Системи управління виробництвом (MES)
Системи MES усувають розрив між системами ERP та рівнем виробництва. Вони дозволяють здійснювати моніторинг та контроль виробничих процесів у режимі реального часу, включаючи планування ресурсів, обробку замовлень та управління якістю. Інтеграція систем MES сприяє безперебійному потоку інформації між різними відділами.
Кібербезпека в мережевому виробництві
Зростання зв'язку також створює значні проблеми кібербезпеки. Мережеві системи автоматизації піддаються підвищеному ризику кібератак, які можуть завдати значної шкоди виробничим об'єктам.
Критичні заходи безпеки включають:
- Регулярні оновлення системи
- Сегментація мережі для стримування атак
- Безпечна автентифікація та авторизація
- Навчання співробітників з питань кібербезпеки
Автономні роботи завойовують чисті приміщення, а цифрові двійники різко скорочують цикли розробки.
Машинне навчання та інтеграція штучного інтелекту
Машинне навчання революціонізує виявлення дефектів у виробництві пластин. Моделі згорткових нейронних мереж (CNN) та вейвлет-розсіювання (WST) вже досягають точності 96-97 відсотків в автоматизованому виявленні дефектів. Ці технології дозволяють точніший контроль якості зі зменшенням ручного втручання.
Цифрові близнюки
Цифрові двійники зарекомендували себе як потужні інструменти для оптимізації виробничих процесів. Вони дозволяють віртуально моделювати складні системи без фізичних прототипів, значно скорочуючи цикли розробки та знижуючи витрати. У розробці електроніки цифрові двійники можуть оптимізувати весь життєвий цикл компонентів аж до повних виробничих ліній.
Мобільна автоматизація
Автономно керовані транспортні засоби (AGV) та мобільні роботи революціонізують транспортування в чистих приміщеннях. Такі системи, як HERO FAB AGV, поєднують усталену технологію робототехніки з інноваційними концепціями транспортних засобів для повністю автоматизованого транспортування між технологічними інструментами. Ці рішення пропонують цілодобову роботу з високим корисним навантаженням 100-150 кг.
Від виробництва до розумної фабрики: чому автоматизація визначає успіх
Автоматизація у виробництві напівпровідників та електроніки переживає швидкий розвиток. Завдяки попиту на штучний інтелект та технологічним інноваціям, виробничі потужності перетворюються на високомережеві, самооптимізуючі системи. Успішна інтеграція робототехніки, штучного інтелекту, Інтернету речей та прогнозного обслуговування матиме вирішальне значення для конкурентоспроможності компаній.
Оскільки галузь прямує до рекордного зростання, виробники повинні одночасно вирішувати такі проблеми, як кібербезпека, нестача кваліфікованих кадрів та зростаюча складність. Компанії, які інвестують у передові рішення для автоматизації сьогодні, стануть переможцями завтра та суттєво впливатимуть на майбутнє виробництва електроніки.
Підходить для цього:
Ваш глобальний партнер з маркетингу та розвитку бізнесу
☑ Наша ділова мова - англійська чи німецька
☑ Нове: листування на вашій національній мові!
Konrad Wolfenstein
Я радий бути доступним вам та моїй команді як особистого консультанта.
Ви можете зв’язатися зі мною, заповнивши тут контактну форму або просто зателефонуйте мені за номером +49 89 674 804 (Мюнхен) . Моя електронна адреса: Вольфенштейн ∂ xpert.digital
Я з нетерпінням чекаю нашого спільного проекту.
