從平替到創(chuàng)新引領(lǐng)，彌費科技用自研傳感控制設(shè)備推動AMHS系統(tǒng)升級

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/吳子鵬）作為與半導(dǎo)體CIM軟件結(jié)合最為緊密的自動化硬件，AMHS（Automatic Material Handling System，自動物料搬送系統(tǒng)）在晶圓制造、顯示面板、先進(jìn)封裝等高端制造場景里應(yīng)用廣泛。晶圓制造作為AMHS系統(tǒng)技術(shù)要求和可靠性要求最高的應(yīng)用場景，根據(jù)SEMI的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2022年全球AMHS系統(tǒng)在這一市場應(yīng)用的規(guī)模約為32億美金，預(yù)計到2025年將達(dá)37億美金。不過作為AMHS系統(tǒng)中最核心的天車系統(tǒng)，目前國產(chǎn)供應(yīng)商仍處于單個晶圓廠大規(guī)模天車系統(tǒng)的導(dǎo)入門檻期。目前，日本廠商大福和村田在全球AMHS市場占比超過90%，國產(chǎn)AMHS廠商的發(fā)展仍任重道遠(yuǎn)。

在這個大背景下，作為國內(nèi)領(lǐng)先的半導(dǎo)體AMHS系統(tǒng)及核心零部件供應(yīng)商，彌費科技在不斷引領(lǐng)突破晶圓廠整廠AMHS系統(tǒng)交付的情況下，也更為接近晶圓廠客戶的核心訴求-AMHS系統(tǒng)整體的可靠性和穩(wěn)定性。彌費科技基于對AMHS系統(tǒng)和相關(guān)零部件深刻的理解，從點至面，從零部件的自主可控和穩(wěn)定性著手，致力于打造具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的AMHS解決方案，并在方案精度和效率方面逐步塑造差異化競爭優(yōu)勢和技術(shù)壁壘，最終目標(biāo)是成為全球半導(dǎo)體AMHS領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)。

目前，彌費科技這一戰(zhàn)略正在穩(wěn)步推進(jìn)，自研的傳感控制類設(shè)備除了在自身的AMHS系統(tǒng)項目中交付使用外，也正式向全產(chǎn)業(yè)鏈推出。目前推出的第一代傳感控制類設(shè)備分別是RFID Reader、SmartTag Reader和E84傳感器。

用正向設(shè)計提升RFID Reader的長期可靠性

AMHS系統(tǒng)的主要特點包括高度自動化、高速運轉(zhuǎn)、高可靠性和高安全性等，在整個系統(tǒng)中，不僅是單一設(shè)備的運轉(zhuǎn)要穩(wěn)定可靠，設(shè)備與設(shè)備之間、設(shè)備與系統(tǒng)之間的信息交互同樣要長期可靠。RFID Reader系統(tǒng)便是AMHS系統(tǒng)中信息交互的主要零部件之一。

RFID Reader系統(tǒng)主要由標(biāo)簽、讀寫器和天線組成，常用于在半導(dǎo)體制造過程中對晶圓盒上的射頻標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫操作。彌費科技此次推出的RFID Reader遵循SEMI標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)通過CE認(rèn)證，兼容TI公司的CID載體，讀取距離最大可達(dá)到90mm。

彌費科技自研RFID Reader系統(tǒng)

彌費科技CTO李宏偉表示，RFID Reader是典型的嵌入式設(shè)備，在PCB板上會有控制器、存儲器、模擬器件、被動元件和天線等硬件，系統(tǒng)內(nèi)還會有很多固件和嵌入式軟件，整個軟硬件系統(tǒng)的可靠性是客戶比較關(guān)注的，尤其是長期可靠性。彌費科技通過正向設(shè)計打造出了擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的RFID Reader，并借助AMHS系統(tǒng)部署的實戰(zhàn)經(jīng)驗，讓這款RFID Reader具有行業(yè)領(lǐng)先的可靠性。

RFID Reader在工作的過程中，可以通過讀寫射頻標(biāo)簽上保存記錄的ID、制造批次、制造過程說明等信息，實現(xiàn)晶圓生產(chǎn)過程的追蹤和控制，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。不過，李宏偉指出，RFID Reader在晶圓制造廠里會隨著傳送設(shè)備到達(dá)不同的區(qū)域，將會受到各種各樣的電磁干擾，甚至?xí)鰧嶒炇业臏y試范疇。為了解決這個挑戰(zhàn)，彌費科技此次發(fā)布的RFID Reader在軟硬件方面均做了改進(jìn)以應(yīng)對各種各樣的電磁干擾。在硬件方面，彌費科技的RFID Reader優(yōu)化了產(chǎn)品的外觀和硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計，比如在外觀優(yōu)化上彌費科技已經(jīng)申請了10個知識產(chǎn)權(quán)專利，其中有2個是在海外申請；在軟件方面，彌費科技優(yōu)化了濾波處理的算法，可以幫助進(jìn)一步降低電磁干擾。

在交流中記者得知，彌費科技此次發(fā)布的RFID Reader產(chǎn)品早在去年就已經(jīng)完成了設(shè)計認(rèn)證，隨后相關(guān)產(chǎn)品在彌費科技自己的AMHS系統(tǒng)中進(jìn)行了可靠性驗證，并已經(jīng)在定向客戶的工廠進(jìn)行了提前驗證，隨后才在今年的8月份以零部件的方式發(fā)布，實現(xiàn)了產(chǎn)品的發(fā)布即可用。

在產(chǎn)品策略方面，彌費科技RFID Reader采取融合創(chuàng)新的方式，能夠兼容TI（德州儀器）、NXP（恩智浦）等國際廠商推出的符合SEMI標(biāo)準(zhǔn)的RFID芯片，也在尋找可用的國產(chǎn)RFID芯片，打造一個融合創(chuàng)新的RFID Reader硬件平臺，平替日系品牌的方案。同時，彌費科技將以“Total Solution”的方式為客戶提供RFID Reader方案，會將SEMI標(biāo)準(zhǔn)中提到的規(guī)則，以及一些底層協(xié)議直接封裝在方案里。為了方便用戶使用，彌費科技制定了一個彌費協(xié)議，可以直接對接彌費科技提供的，或者是第三方的上位機(jī)，客戶只需要按照彌費協(xié)議填寫信息就可以直接使用。

另外，針對擁有自己協(xié)議的晶圓廠客戶，比如國內(nèi)外頭部的晶圓制造廠以及IDM廠商，在自有協(xié)議和標(biāo)簽使用邏輯方面都很有特色，彌費科技RFID Reader也可以僅作為通訊傳感器平替使用，能夠“pin to pin”兼容日系廠商的方案，彌費科技提供了相關(guān)的可選項，用戶可以在彌費協(xié)議和自有協(xié)議之間自由地切換。也有國際廠商會要求將RFID Reader中的協(xié)議并入廠商自己的信息系統(tǒng)，彌費科技也能夠提供相關(guān)的服務(wù)。李宏偉稱：“彌費科技RFID Reader自底層軟硬件開始，均是由彌費科技自己正向研發(fā)，可以以靈活的方式滿足客戶的差異化需求。”

RFID Reader的基本性能主要包括功能、應(yīng)用場景、讀寫距離、數(shù)據(jù)傳輸速率、安全性以及存儲容量等方面。在數(shù)據(jù)傳輸速率方面，目前晶圓制造工廠所用的RFID標(biāo)簽容量最大為126個字節(jié)，彌費科技第一代RFID Reader已經(jīng)支持覆蓋。李宏偉表示，彌費科技在RFID Reader硬件選型升級上也會注重存儲容量、讀取速率方面的提升，如果客戶提出相應(yīng)的需求，彌費科技的RFID Reader也能夠滿足。

打造平臺級SmartTag Reader

本次彌費科技發(fā)布的第二款傳感控制設(shè)備是SmartTag Reader。在晶圓制造廠，SmartTag Reader是傳統(tǒng)8英寸（200mm）產(chǎn)線里的經(jīng)典方案，可以讀取SmartTag的信息，并通過無線通訊的方式向操作員和AMHS提供過程和狀態(tài)信息，可以被集成到上料口、存儲機(jī)I/O和WIP架等位置。

彌費科技的SmartTag Reader基于紅外技術(shù)，符合SEMI半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)，使用RS485通信接口，最大工作距離達(dá)7cm。李宏偉介紹說，彌費科技發(fā)布的SmartTag Reader是經(jīng)典的8英寸晶圓載具集成方案，基于紅外的傳輸方式，紅外傳輸速率為9600bit/s。整個硬件方案包括了顯示屏、電池和存儲器，能夠?qū)蛻衄F(xiàn)有8英寸晶圓廠里面的紅外傳輸SmartTag Reader進(jìn)行平替。

彌費科技SmartTag Reader

目前，SmartTag Reader的無線通訊方式主要包括紅外和射頻，兩者各有所長。對此，李宏偉指出，SmartTag Reader和RFID Reader的技術(shù)原理比較相似，因此基于射頻方案實現(xiàn)是完全可行的?；诩t外方式的RFID Reader，對于發(fā)射器和接收器的位置對齊要求嚴(yán)格，需要在特定的角度內(nèi)，但是抗干擾能力強；基于射頻方式的RFID Reader得益于射頻場形態(tài)的傳播方式，設(shè)備之間的傳輸會非常靈活，但由于整個制造環(huán)境內(nèi)無線傳輸?shù)姆桨副容^多，做好電磁干擾的防護(hù)是一個挑戰(zhàn)。

在第二代SmartTag Reader產(chǎn)品的規(guī)劃上，彌費科技將會從設(shè)備擴(kuò)展到平臺，將發(fā)射器和讀寫器都匯總到這個平臺上，提供紅外+射頻的通信方案。當(dāng)客戶應(yīng)用場景內(nèi)無線干擾比較少時，可以選擇射頻的方式；當(dāng)場景內(nèi)無線干擾比較多時，就選用經(jīng)典紅外的方式。

彌費科技第一代SmartTag Reader采用的是RS485接口，傳輸速率為9600bps，可以支持以菊花鏈的方式同時管理多臺設(shè)備。另外，彌費科技也可提供工業(yè)級以太網(wǎng)的傳輸方式，速率會有明顯提升，當(dāng)然成本也會更高一些。

用更高的性能冗余提升E84傳感器的可靠性

彌費科技發(fā)布的第三款傳感控制設(shè)備是E84傳感器。E84是一種通訊協(xié)議，基于該協(xié)議的傳感器和設(shè)備便以此命名。E84傳感器主要用于晶圓交接等場景，幫助AMHS設(shè)備和機(jī)臺裝載LP（Link Port）端口完成自動化信息交接。

此次彌費科技發(fā)布的E84傳感器是一款基于半導(dǎo)體SEMIE84協(xié)議而設(shè)計的并行8位光學(xué)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，利用IR（光）將主動端與被動端設(shè)備之間的SEMIE84 總線信號通過非接觸方式進(jìn)行收發(fā)，具有穩(wěn)定性強、抗干擾能力強的優(yōu)勢。

彌費科技E84傳感器

李宏偉表示，E84傳感器工作的場景要求其需要具備極高的可靠性，讀取成功率需要保證在99.99%以上，這個成功率首先是可靠性正向設(shè)計的結(jié)果，然后經(jīng)過了實驗室可靠性量化測試。彌費科技基于對晶圓制造場景的深刻理解，對E84傳感器進(jìn)行了失效分析，并通過正向研發(fā)、正向驗證測試的方式進(jìn)一步提升E84傳感器的性能冗余度，進(jìn)而提供行業(yè)領(lǐng)先的可靠性。

在產(chǎn)品設(shè)計方面，彌費科技E84傳感器采用了一款主頻為72MHz的32位MCU，搭載RTOS嵌入式實時操作系統(tǒng)，能夠執(zhí)行更加復(fù)雜的邏輯功能。彌費科技還專門升級了E84傳感器的抗干擾電路，加入了軟件濾波的功能，在系統(tǒng)出現(xiàn)異常時，能夠迅速做出響應(yīng)，不影響產(chǎn)線的運行。李宏偉稱，傳統(tǒng)E84傳感器的交互速度是40毫秒，彌費科技發(fā)布的第一代E84傳感器基于領(lǐng)先的處理器性能和領(lǐng)先的電路設(shè)計，可以做到20毫秒左右，進(jìn)而大幅提升系統(tǒng)的性能冗余度。

用平臺化產(chǎn)品推動AMHS系統(tǒng)升級

通過上述內(nèi)容不難看出，彌費科技第一代傳感控制設(shè)備的出發(fā)點是解決客戶目前現(xiàn)有的需求，能夠?qū)崿F(xiàn)對原有國際品牌設(shè)備的平替。不過，從產(chǎn)品性能來看，彌費科技的傳感控制設(shè)備不僅僅是做平替，在產(chǎn)品靈活性方面有了明顯的改善，讓客戶在使用時有了更多的選擇，同時“Total Solution”的方式保證了這些選擇和配置并不復(fù)雜。

彌費科技第一代傳感控制設(shè)備的發(fā)布，也讓我們能夠得見該公司在AMHS零部件方面的平臺化思維。首先是以設(shè)備為平臺，如SmartTag Reader和E84傳感器，彌費科技致力于基于單一設(shè)備融合更多的通信方式，兼容更多的協(xié)議，進(jìn)一步提升客戶裝配相關(guān)設(shè)備的靈活性和效率。

其次是設(shè)備之間相互配合的平臺，正如李宏偉談到的彌費科技專門打造的信息切換平臺，這個平臺擁有自己的上位機(jī)，可以兼容彌費科技自研的設(shè)備和客戶原有的設(shè)備，這個平臺可以被應(yīng)用于晶圓倒片環(huán)節(jié)，實現(xiàn)整個倒片的完全自動化。

李宏偉表示，彌費科技希望用平臺化的產(chǎn)品推動客戶AMHS系統(tǒng)升級。以通信協(xié)議為例，目前AMHS系統(tǒng)總線上會加入各種不同的協(xié)議，彌費科技認(rèn)為未來工業(yè)級以太網(wǎng)統(tǒng)一是大趨勢，通過使用統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，晶圓制造廠可以更好地統(tǒng)籌設(shè)備，更好地分?jǐn)傁到y(tǒng)成本。

面向未來，彌費科技傳感控制設(shè)備有四大升級方向：

·基礎(chǔ)功能升級
彌費科技將進(jìn)一步改進(jìn)傳感控制設(shè)備的基礎(chǔ)性能，包括通過集成的方式優(yōu)化產(chǎn)品的外觀設(shè)計，進(jìn)一步增強濾波功能電路以提升設(shè)備抗干擾能力等。

·全面平臺化
彌費科技希望以融合創(chuàng)新的方式打造AMHS零部件，將底層的控制器和天線等基礎(chǔ)單元做成統(tǒng)一平臺，然后讓客戶在通信協(xié)議和系統(tǒng)協(xié)議方面有更大的自由度。

·提升性價比
隨著彌費科技AMHS系統(tǒng)和零部件出貨量增加，尤其是海外市場的需求量上升之后，彌費科技將會有更強的供應(yīng)鏈管理能力，進(jìn)一步提升系統(tǒng)和零部件的性價比。

·支持更多私有協(xié)議
AMHS是一個競爭非常激烈的領(lǐng)域，客戶資源和技術(shù)儲備是主要競爭壁壘，兩者缺一不可。目前，晶圓制造客戶集中度非常高，彌費科技將全面適配這些大客戶的專用協(xié)議。

李宏偉在介紹時講到，目前全球五大晶圓廠中的三家都已經(jīng)是彌費科技的客戶，雙方在AMHS系統(tǒng)和零部件方面有著深入的交流和互動。同時，彌費科技也在和國際頭部IDM合作，打造定制化屬性更高的AMHS系統(tǒng)，目前已經(jīng)進(jìn)入產(chǎn)品前期驗證階段。在出海方面，彌費科技在新加坡和馬來西亞不僅有自己的研發(fā)中心，還建立了工廠，有完整的方案供應(yīng)能力。彌費科技的傳感控制產(chǎn)品是一個全球推廣的產(chǎn)品系列，擁有巨大的市場空間。

結(jié)語

AMHS是晶圓生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，能顯著提高效率、減少人工成本。在AMHS系統(tǒng)中，傳感控制設(shè)備是信息交互的關(guān)鍵，彌費科技第一代RFID Reader、SmartTag Reader和E84傳感器能夠平替國際廠商的方案，但又不是簡單的平替，而是帶來了更高的裝配靈活性。隨著越來越多的客戶使用到彌費科技的傳感控制設(shè)備，該公司的平臺化理念將推動AMHS系統(tǒng)升級，解決傳統(tǒng)AMHS系統(tǒng)歷史性遺留問題。