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封測廠的自動化 (一)功能 vs 設備能力

2021-12-0987人查看


      說起半導體自動化,就不得不提起 SECS/GEM (半導體通訊協議),這是一個 197x 年開始的標準(不知不覺就已經 50 年了)。雖然如此,但依然不是所有的半導體工廠(包括了6 寸/8 寸)都有完整的自動化系統。在介紹這個課題,免不了要科普一下名詞和歷史: 


1)SEMI。

SEMI=半導體協會的組織(http://china.semi.org.cn),是由各大公司發起的一個組織,他們最大的貢獻之一就是主導和制定了今天大家熟悉的 SEMI Standard (半導體業界標準),包括了從硬件至軟件,操作至安全的各項標準。其中注明的通訊標準包括了 SEMI-E04, E05, E37 等。記得在 199x -200x 年,每一年的 SEMICON,SEMI 都會召開 SECS/GEM 培訓班,每人 1500 美元 - 3000 美元不等。 



2)SECS/GEM 又或者稱之為GEM/SECS

其實 SECS/GEM 是兩個標準,SECS = Semiconductor Equipment Communication Standard 和 GEM = Generic Equipment Model.

SECS 包括了三個主要的文件 SECS-I (E04), SECS-II (E05), SECS-HSMS (E37), 其中 E04 是基于 RS232 (串口),E37 是針對 TCP/IP (網口)。而 E05 則是定義了 SECS 傳輸的內容規范。

 

GEM 則是定義了設備的模型和所提供的功能。

 

其中有名 SECS/GEM Driver 軟件有(你如果都用過,年紀肯定在 50 以上)

a)Brooks 的 Winsecs (最符合標準的軟件,當年我們遇到通訊問題時,一定用Winsecs 和設備進行測試,如果不行那一定是設備不滿足 SECS/GEM 標準),由于是用 VB 6.0 可以實現,所以當年是最多人使用。

b)GW Assosicate 的 SDR (這應該是最古老的),C 版本,所以大部分是設備商在使用。
 

3)EAP

全稱是 Equipment Automation Program,這就是設備連線主要程序,一邊用 SECS/GEM 和設備溝通,一邊用各種不同的 API 和 MES 溝通。

 

 

     EAP 和 SECS/GEM Driver 的差別在哪 ?SECS/GEM Driver 只提供了通訊接口 (API),而 EAP 則是提供了實現功能的框架。例如 Brooks 的 SECS/GEM Driver 是 Winsecs, 而 EAP 則是 Stationwork。

 

      所有的半導體自動化功能都是基于以上的基礎,實際上老板最關心的不是以上的資料,他們只關心能實現什么功能。在英飛凌和奇夢達的年代, 每一個地區的工廠都在較量誰家的自動化做的最好,當時有一個專家做了一個分析,把所有可以做的功能都整理了,完成了一個自動化評估方案。后來,我做了一個簡單的版本,提供給客戶做為半導體封測工廠半導體自動化的評估。

 

 

     如圖所示,這是一個標準的半導體封裝廠的主要生產步驟的站點和可實現的功能:
 



 

      其中“可以“的意思, 代表了設備提供了接口和參數,讓我們可以實現這個功能。當然在現實生活中,有些站點,實現某些功能的意義不大,例如貼片機的 recipe 上傳/下載和參數比對功能,因為 recipe 不具備可攜帶性,所以幾乎沒有人實現這個功能,所以在這樣沒有寫成“可以“。

 

以下是每一個功能的說明

 

1)設備實時狀態:實時的提供設備的實時狀態(紅綠燈)和 MES 的狀態(例如工程,保養,生產)等。需要 MES 狀態的原因是為了把不屬于生產(例如保養)的狀態排除在外。

2)設備實時報警:實時的記錄了設備的報警狀態和時間(一般稱之為小停機),這里的重點是報警開始和結束時間(用于提升效能)。后期也用來分析設備問題和原因。

3)Recipe 上傳/下載/選擇:配方管理,從配方選擇至上傳下載

4)Recipe/參數比對:配方管理只保證開始不出錯,設備開始生產后修改配方怎么辦 ?這就是生產監控另外一個重點了。

5)Wafer Map:貼片機專用功能,map 上下傳和更新。

6)實時SPC:這不是用來看 die sheer/wire pull,而是實時參數監控,例如烤箱的溫度,wirebond 的 bond force,molding 的溫度和壓力,這里關注的不是 cpk,而是西方電氣規則。

7)自動 UPH計算:結合 MES 生產資料,計算和記錄 UPH,例如 wire bonder/die bonder 的晶片數量,saw 的 wafer 數量等。

8)自動 MES過帳:根據設備事件,完成 MES 過程。

9)先進設備保養:結合自動 UPH 計算,設備報警和設備狀態,智能的判斷是否需要進行設備的保養。

 

1)、2)、3)、4)是最值得投資和可實現的功能,其中 1)、2)大約可以保證直接 5% -10% 的直接設備使用率效提升,3)、4)可以保證生產不會出錯。但 其他的幾項則是建立在較不容易實現和需要較大投入的。

實際上如果要評估,我們應該如何呢,以下是一個范例:

 

 
 

      我們會列出所有設備種類的型號,然后列出所有實現了功能的設備數量,例如 KNS802X, 50/100 的意思就是總共 100 臺設備,只有 50 臺實現了這個功能。

 

      所以案例中的 69.64% 就是工廠的自動化能力評估了。工廠可以這種方式,評估自動化能力的改進。


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