利用智能技術(shù)改善半導(dǎo)體制造業(yè)

半導(dǎo)體制造設(shè)施不同于其他任何工廠。他們可以持有數(shù)億美元的投資，投資于人類有史以來(lái)用于商業(yè)用途的一些最小的產(chǎn)品。小到一點(diǎn)灰塵都會(huì)對(duì)最終產(chǎn)品造成無(wú)法彌補(bǔ)的損害。幾十年來(lái)，該行業(yè)開(kāi)創(chuàng)了許多開(kāi)創(chuàng)性的程序，其他工業(yè)制造商最終將在幾十年后采用這些程序。隨著越來(lái)越多的產(chǎn)品、設(shè)備和系統(tǒng)依賴計(jì)算能力和復(fù)雜的納米結(jié)構(gòu)來(lái)運(yùn)行，對(duì)這些薄晶圓的需求預(yù)計(jì)只會(huì)增長(zhǎng)。

但是，這種與工業(yè)制造業(yè)世界其他地區(qū)的區(qū)別，正不可避免地成為似乎永無(wú)止境的運(yùn)營(yíng)創(chuàng)新的壓力點(diǎn)，以獲得更高的投資回報(bào)。過(guò)去幾十年中取得的許多改進(jìn)都是非常有價(jià)值的，但它們的成功創(chuàng)造了一個(gè)收益遞減的旅程。這些改進(jìn)常常是以提高產(chǎn)量的名義進(jìn)行的。毫無(wú)疑問(wèn)，這是一個(gè)至關(guān)重要的指標(biāo)，但專注于單一的優(yōu)化因素可能會(huì)導(dǎo)致工程師將自己設(shè)計(jì)成一個(gè)角落。從這一立場(chǎng)來(lái)看，歷來(lái)有兩種選擇：投資于更小的節(jié)點(diǎn)或更大的晶圓。這兩者都是有利可圖的，但需要數(shù)十億美元的前期資本投資。

這使得除了最大的鑄造廠和制造廠之外，幾乎不可能與其他所有企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)。這就是智能制造的用武之地。在最簡(jiǎn)單的層面上，所有的生產(chǎn)設(shè)施都有三個(gè)調(diào)整旋鈕可以轉(zhuǎn)動(dòng)：成本、時(shí)間和質(zhì)量。智能制造所做的是改進(jìn)對(duì)這三個(gè)旋鈕的微調(diào)，從而使企業(yè)獲得更大的控制權(quán)。還有其他好處，如基于規(guī)則的規(guī)劃和流程優(yōu)化，將智能制造定位為走出收益遞減角落的一條受歡迎的道路。

集成電路發(fā)展的新時(shí)代

增長(zhǎng)速度加快

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備已成為半導(dǎo)體收入的最大驅(qū)動(dòng)力，無(wú)線通信、汽車和人工智能產(chǎn)品緊隨其后。這種廣泛的設(shè)備種類將給該行業(yè)帶來(lái)更多的變化，但為如此多樣化的產(chǎn)品優(yōu)化制造將成為一個(gè)更大的障礙。生產(chǎn)這些不同產(chǎn)品的最佳時(shí)間表是什么？生產(chǎn)是否會(huì)像一個(gè)黑匣子一樣對(duì)待，而不知道實(shí)時(shí)發(fā)生了什么？如果需要對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行更改，調(diào)整過(guò)程需要多長(zhǎng)時(shí)間？生產(chǎn)效率是否能與改革前相比？

跟蹤和跟蹤要求

許多半導(dǎo)體應(yīng)用也在社會(huì)上扮演著更重要的安全關(guān)鍵角色，對(duì)人類的健康負(fù)責(zé)。為了應(yīng)對(duì)原始設(shè)備制造商面臨的新風(fēng)險(xiǎn)，許多企業(yè)希望或要求嚴(yán)格的跟蹤和跟蹤協(xié)議。如果新車的高級(jí)駕駛員輔助功能比預(yù)期的更早發(fā)生故障，詳細(xì)的過(guò)程信息對(duì)于找到根本原因?qū)⑹欠浅氋F的。其他應(yīng)用，如安全和生物識(shí)別，需要保證沒(méi)有任何設(shè)計(jì)在制造過(guò)程中被修改或篡改。越來(lái)越多的消費(fèi)電子市場(chǎng)對(duì)他們購(gòu)買的產(chǎn)品的可持續(xù)性感興趣。客戶如何知道他們收到的是他們購(gòu)買的東西？

產(chǎn)量?jī)?yōu)化越來(lái)越難

產(chǎn)量無(wú)疑是優(yōu)化盈利能力的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，但這一過(guò)程的大部分已經(jīng)被自動(dòng)化和優(yōu)化，特別是在最大的晶圓廠和最先進(jìn)的節(jié)點(diǎn)。智能制造不僅僅是優(yōu)化的第二條路線，它是一個(gè)地圖繪制者，它繪制了提高效率和盈利能力的所有其他可能路徑，并在更換制造設(shè)施中的傳感器之前測(cè)試其有效性。

批量?jī)?yōu)化

像許多其他學(xué)科一樣，半導(dǎo)體制造可能成為傳統(tǒng)的犧牲品。大多數(shù)生產(chǎn)小于300毫米晶圓的晶圓廠的批量約為25片晶圓，但在某些情況下，小批量晶圓可能更有效。但是批量?jī)?yōu)化與這些指標(biāo)無(wú)關(guān)。相反，它關(guān)注的是從這些晶圓組裝多芯片模塊所需的模具數(shù)量。

模具級(jí)可追溯性

許多產(chǎn)品可能還需要可追溯性，以了解模具何時(shí)進(jìn)行生產(chǎn)，當(dāng)時(shí)的狀況如何，或者該批次的故障率是否更高。但為了充分優(yōu)化批量和調(diào)度，需要一種更精確的跟蹤方法：模具級(jí)可追溯性。跟蹤單個(gè)模具的生產(chǎn)過(guò)程，進(jìn)入組裝階段，然后進(jìn)入真實(shí)世界，消除了生產(chǎn)效率和利潤(rùn)的許多障礙。

調(diào)度優(yōu)化

為了提高操作的清晰度，需要建立一些流程：

首先，需要一個(gè)有限的調(diào)度系統(tǒng)。一個(gè)能實(shí)時(shí)了解發(fā)生的一切的人。但這需要數(shù)字化轉(zhuǎn)型。對(duì)生產(chǎn)車間中每個(gè)流程的數(shù)據(jù)進(jìn)行隨時(shí)訪問(wèn)可以讓您更深入地了解整體效率，但如果沒(méi)有從機(jī)器、工人到管理和控制流程的連續(xù)數(shù)字線程，幾乎毫無(wú)用處。

第二，為了建立有限調(diào)度系統(tǒng)的數(shù)字線程，需要在整個(gè)制造設(shè)施中積極部署物聯(lián)網(wǎng)傳感器。幸運(yùn)的是，對(duì)于許多工廠來(lái)說(shuō)，他們的機(jī)器可能已經(jīng)產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)。這包括高度精確的溫度和濕度讀數(shù)，以確保半導(dǎo)體的穩(wěn)定和最佳生產(chǎn)環(huán)境。它甚至可以包括伺服系統(tǒng)在機(jī)器內(nèi)的速度或保持晶圓所需的力。

最后一個(gè)要求是整個(gè)工廠的地板需要精確模擬。理論過(guò)程時(shí)間與實(shí)際時(shí)間相比如何？過(guò)程中的各個(gè)步驟呢？換工具要多長(zhǎng)時(shí)間？為了使這些答案趨于一致并實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，需要將來(lái)自物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的真實(shí)世界數(shù)據(jù)反饋到仿真模型中。這就形成了一個(gè)閉環(huán)模型，使得最終支持機(jī)器學(xué)習(xí)等高級(jí)人工智能能力成為可能。

這三個(gè)步驟使生產(chǎn)更快、更高效。但還有一個(gè)更關(guān)鍵的因素：批量?jī)?yōu)化。如果這四個(gè)步驟在沒(méi)有這一能力的情況下實(shí)施，那么存儲(chǔ)率只會(huì)增加，因?yàn)樯a(chǎn)將比以前更超出需求。