Fully Auto，还有多远？

2024-04-02 03:04

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Fully Auto是半导体制造厂的追求与命题。

伴随着全球工业智能化升级浪潮，传统以OHT（天车）作为主要运输系统的AMHS正在发生革新，兼具自主移动和操作能力的移动机器人（AMR）发展成为晶圆新建厂标配。空中高速运行、交错穿梭的OHT，与地面柔性灵活的AMR相互补充，共同铺开半导体智慧工厂的变革之路。

作为半导体“新质生产力”，AMR以极高的柔性和协同性见长，实现半导体制造在效率、柔性和投资回报率的有机协调，彻底完成全流程的无人化生产，让Fully Auto不再只是遥不可及的愿景。

AMR：柔性效率和ROI的最优解

成熟制程之战下，稳定的产能和良率的追求倒逼着工厂不断探寻智能化升级之路。拥有完善的自动化生产体系，决定着是否能在未来芯片竞争中拔得头筹。

在先进制程晶圆厂，OHT往往被作为主要物料搬运方式来实现全场运输、上下料的自动化。OHT行进速度可达3.5m/s，单一物料传输执行效率高，是晶圆厂内的物料输送“大动脉”。

不过，在物流高速运转的背后，多数晶圆厂却面临着颇为骨感的现实：依靠轨道铺陈的天车部署难度大，工程造价高昂，往往只有12寸及以上的尖端晶圆厂才能引入，而能够拥有覆盖整场OHT系统能力的工厂更是屈指可数。

同时，由于轨道布局和施工的限制，OHT往往在晶圆厂设计之初即开始规划，部分已建成的晶圆厂更是难以导入OHT系列。这让物流自动化对于多数半导体工厂成为了一个“可望不可及”的梦想。

全天车覆盖方案之外，晶圆厂亟待找到一个兼顾效率、柔性及投资回报周期的物流自动化方案。

相较于天车线性运输、轨道受限的特点，在地面兼具自主移动和操作能力的AMR具有更高的柔性和效率，作为AMHS系统的标配，正成为各大半导体厂实现整场物流自动化的新选择。

“通过AMR的多机协同作业，能够给工厂产线带来更高的物流效率。”深圳优艾智合机器人科技有限公司工业物流事业部总经理许瑨表示。在某全球头部半导体T企业的8寸FAB厂中，引入优艾智合23台AMR在Inter Bay两侧总计12个Intra Bay交汇处跑环线运送SMIF Pod。

“ATS20移动机器人车身有20个储位，人工搬送使用的推车一般是6储位，OHT是1个储位。虽然OHT速度是AMR的4倍，但是单次搬送量仅有1/20，根据项目的测算，搬运20个SMIF Pod行驶同样的距离情况下，在运输效率上，OHT综合效率仅有AMR方案的1/5。”

作为国内半导体领域出货量最大的移动机器人企业，优艾智合针对半导体生产打造了覆盖仓库到线边缓存、Inter Bay到Intra Bay，以及Intra Bay间自动化上下料等全场景的AMR物流自动化解决方案，服务了台积电、中芯国际、芯联集成等众多全球知名半导体厂商。

优艾智合自主研发的Fusion SLAM算法，让AMR在跨场景或复杂环境下以亚毫米级的精度保持稳定移动，并且能够不停机适配厂区扩容、设备更新、布局调整等实际变化，极大缩短部署周期，保障生产效益的同时，带来更柔性的场内物流模式。

同时，作为智慧物流中枢的YOUI TMS软件系统实时与RTD、EAP、MCS的数据交互，根据生产节奏智能生成和拆合物流订单，让物料集约化地流转，确保物流综合效率最优。

“无论是Fully Auto还是Semi Auto，本质上追求的还是产能的提升和良率的精进，AMR从产线物流环节为半导体厂提供了兼具柔性、高效和ROI的最优选择，让半导体生产真正实现Fully Auto。”许瑨表示。

打造半导体智慧物流毛细血管

对于AMR厂商来说，Fully Auto意味着整厂所有生产设备、料架都需要由机器人管控。在实际的整场改造实践中，一个车间满配的机器人数量往往在百台级别，并有多种形态的机器人并存，这对AMR的大规模集群全域调度能力也提出了极高的要求。

在全球某头部半导体企业的8寸FAB厂中，优艾智合50多台AMR协同搬运在制晶圆，覆盖生产全制程涉及从光刻到清洗全流程，SMIF POD在Intra-Bay和Inter-Bay之间反复流转，每天执行任务超12000个，保障工厂稳定连续的生产节拍。

“8寸FAB厂项目，本质上体现了AMR在OHT+AMR解决方案中的核心优势和难点——大规模集群调度。复杂工序中，移动机器人必须要拥有大规模集群调度能力，才能智能化适应厂内产线变化和环境变化，确保物料流转更加稳定、柔性、高效。”许瑨指出。

他进一步表示：“这一能力的实现并不容易，优艾智合自成立之初即在深耕机器人集群调度系统YOUI Fleet，目前，优艾智合已实现商业实践中最大调度单一集群机器人数量超过200台，仿真压力测试极限超过1000台。”

通过对移动机器人的集群式调度管理，以及异构移动机器人的集群协作，优艾智合实现了大规模AMR在工厂内的全域柔性调度，保障移动机器人集群作业的稳定安全，最终使机器人的工作效能达到最优。

半导体精密的生产工艺和严格的生产环境同样也对AMR性能提出了极高要求。

在AMR自身的硬件性能上，AMR需要充分考虑半导体的行业特性，既要符合洁净度等硬性指标的要求，最好能适配更多夹具，保证满足所有半导体生产设备的上下料需求，同时也需要足够的单体智能，使生产更具柔性，有效保证良率、提高产能。

在与设备、仓储系统等的协同上，AMR作为主要的搬运设备，需要符合SEMI的协议标准要求，同时也需要和主流的智慧生产系统协同打通。这也对AMR的软硬件系统的开放性提出了更高的要求。

以优艾智合历时两年打磨推出的OW系列机器人为例，这台机器人能够满足CLASS-1洁净车间等级要求，正常搬运时振动值在0.2G以内，优于国际SEMI标准规定的0.5G，有效避免搬运过程中产生振动导致裂片，保障晶圆稳定安全运转。

在Intra Bay中，优艾智合OW系列支持敏捷换装针对FOUP \ SMIF Pod \ Open Cassette \ Shipping Box \ Magazine等多种治具的套件，满足大多数半导体领域机台上下料需求。机器人工作于强辐射、高洁净等级、高震动等级要求的场景，具备高度的场景适配性。

凭借过往丰富的商业实践，优艾智合的软硬件系统在完全符合SEMI的协议标准要求基础上，可与主流的MCS、EAP、RTD等智慧生产系统协同打通，能够有机融入不同客户的自动化系统架构中，有效实现整场物流自动化。

许瑨表示：“在Stocker与E-Rack再到机台上下料环节，AMR就像生产物流的‘毛细血管’，用柔性、稳定、精密的网络通路，保障生产物质流与数据流的畅通。”

当下，AMR作为实现整场无人自动化的新选择，正成为半导体厂追求先进制造的标配。“未来优艾智合将长期深耕半导体行业，业务覆盖第一、二、三代半导体制造的衬底、外延、FAB、掩模、封测等细分领域的全生产环节，助力实现Fully Auto。”许瑨表示。

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