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晶圆储运自动化先行
加快形塑半导体生态系

【作者: 陳念舜】2023年04月21日 星期五

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回顾自2019年以来,受到中美科技战加剧、後疫时期供应链瓶颈,让台积电也不得不陆续扩大在台湾及美、日等地设厂投资,并看好上下游设备与零组件、系统供应链荣景,又以能切入後段晶圆储运自动化系统者优先。



即使2022年下半年起因为市况骤变,库存去化不及,连累上游晶圆厂扩产作业同步降温。台湾也因为半导体厂商扩增先进制程、5G与绿能设施持续布建,加上国际科技大厂扩大投资及台商回流??注,带动台湾固定投资持续走升。依经济部统计至2022年突破6兆元,达6兆2,700亿元,实质成长6.2%,2018~2022年平均每年成长8.2%,成长力道明显优於2013~2017年间的3.3%。


最明显的差异在於,过去台湾投资大多以营建工程占比最高,机器及设备居次,惟近年来因半导体厂商及绿能产业持续??注,带动机器及设备投资成长力道强劲,占比逐渐攀升,2022年升至37.5%,超越营建工程的36.1%。


除了台湾高科技业者持续扩充设备及提升制程,加上台商回流投资效应,2022年资本设备进囗753亿美元创历年新高,年增9.2%为连续5年正成长。其中半导体相关设备进囗363亿美元、年增13.3%,约占资本设备进囗48.3%为历年最高。


现今台湾只要有针对半导体制程技术的投资,都会影响国内外半导体设备大厂如应用材料(Applied Materials ,Inc.)、科磊(KLA Corporation)、科林研发(Lam Research)及荷商艾斯摩尔(ASML Holding N.V.)、东京威力科创(TEL)的营运和市场规模。



图1 : 台湾半导体相关设备2022年进囗363亿美元、年增13.3%,占资本设备进囗48.3%为历年最高。(source:财政部)
图1 : 台湾半导体相关设备2022年进囗363亿美元、年增13.3%,占资本设备进囗48.3%为历年最高。(source:财政部)

2022年半导体设备销售再创新高 两岸市场成长不坠

根据国际半导体产业协会(SEMI)最新统计,受惠於上半年全球半导体景气仍维持热络状况,以及地缘政治压力下,促使晶圆代工厂开启扩产及新建厂房计画,仍旧让全球半导体制造设备全年销售金额达到1,076亿美元、年增5%,再度创下历史新高。


其中前三名依旧由中国大陆、台湾及南韩包办,显示大陆市场虽受到中美科技战造成半导体设备投资放缓、年减5%,却仍凭藉总额283亿美元连续3年拿下全球最大半导体设备市场宝座;其次为台湾市场增加8%、达268亿美元,已连续4年走扬;南韩设备销售则减少14%、降为215亿美元。


SEMI进一步剖析半导体设备在各个应用领域现况,2022年全球共计167座晶圆厂扩充产能,其设备支出比重约占整体设备支出超过84%,又以晶圆代工业者占53%最大宗、记忆体业者约占32%。其中全球晶圆制造设备销售额小涨8%、其他前段相关设备也小幅成长11%;晶片封装设备需求则未能延续2021年的强劲成长,在2022年出现19%跌幅、测试设备总销售额也较去年下降4%。


台湾半导体大老发声 期待打造半导体设备生态系

然而,面对美国近年来加强对半导体设备、原物料出囗管控,过去半导体零组件在中国大陆制造的生态可能发生转变。身兼台湾半导体产业协会(TSIA)理事长的台积电董事长刘德音,日前也公开呼吁政府应趁机投入更多奖励研发创新的经费与资源,引领产业升级,藉以掌握上游关键技术能力,建构半导体产业生态系。


刘德音进一步指出,台湾半导体产业虽然在生产制造的技术领先全球,但为了继续在晶片竞赛中保持领先优势,仍须积极发展产业生态系上游的自主关键技术;同时利用台湾坚实的电子、工具机、机械、塑化等相关产业的极高潜力发挥综效,於台湾生产更多对晶片制造至关重要的先进设备与高阶材料。


例如目前在矽晶圆上生产半导体的前段制程中的自动搬运机与机器人,就在制程的串接上发挥了很大的功用。包括从晶圆仓库到生产线、半成品晶圆在无尘室内不同制程间移载;或是於同一制程内,经过某装置装/卸载,甚至是将完成的晶圆搬运到下一个检验制程等作业。



图2 : 在半导体前段制程中的自动搬运机与机器人,在制程的串接上发挥了很大的功用。(source:达明机器人)
图2 : 在半导体前段制程中的自动搬运机与机器人,在制程的串接上发挥了很大的功用。(source:达明机器人)

依台湾电子设备协会(TEEIA)近期发表产业白皮书指出,2022年台湾电子设备产值已超过新台币4,000亿元,其中半导体设备产值1,424亿元、显示器设备产值1,011亿元。包括半导体自动化设备的京鼎、盟立、迅得;半导体湿制程设备的弘塑;半导体厂务系统与整合商的帆宣、信??科,前者还以EUV次系统代工获ASML认证。未来台湾半导体设备厂商朝向符合class 1等级高精度、耐震、防尘的目标迈进应是趋势,形成竞争力的关键。


後段储运自动化设备先行 台厂进囗替代有成

近年来半导体制程设备商为了让自己的产品更有竞争力,也会朝向提供半导体制造商更为整合功能的解决方案。如盟立自动化公司的自动化设备品项众多、产业应用层面广,则主要提供无尘室制程间的搬运、输送和储存的物流设备与资讯系统控制器。


基於制程间搬运距离长,为了确保在高速移载过程中不致产生灰尘、振动、噪音等状况,通常会采用磁浮动力驱动的空中走行式无人搬运车(Overhead Hoist Transfer;OHT)、空中无人搬运车(Over Head Shuttle;OHS)、空中自动搬运(Over Head conveyor;OHCV)、移动机器人(Mobile Robot;MR),以及洁净自动化立库、光罩洁净立库等,藉此在站点之间搬运晶圆盒,但是OHT在前端制程属於固定型式,必须占用一定空间来架设轨道运行。



图3 : 为了确保在高速移载过程中不致产生灰尘、振动、噪音等状况,通常会采用磁浮动力驱动的OHT系统,必须占用一定空间来架设轨道运行。(source:muratec-usa.com)
图3 : 为了确保在高速移载过程中不致产生灰尘、振动、噪音等状况,通常会采用磁浮动力驱动的OHT系统,必须占用一定空间来架设轨道运行。(source:muratec-usa.com)

盟立因为看好半导体自动化市场发展性高,潜在市场规模是面板自动化设备的10倍以上,近年来也积极发展半导体自动化解决方案,包含无尘室晶圆仓储自动化系统、自动导引运输车、机器人应用系统等,主要搭配制程自动化设备,包含晶圆卡匣取放系统,具备高洁净度,以/避免人工作业污染及作业风险;电脑作业料帐清楚,上下游资料传送精确等好处。


自2019年下半年始将重心转移到半导体上,以取代面板业遗失的订单产能。其中半导体自动化设备以OHT、工业机器人为主,可配合客户制程搬运。在台湾半导体龙头大厂自2020年宣布率先开发全球首创「晶圆仓储自动化搬运系统」,并陆续导入所属不同晶圆厂应用,即是由盟立包下,并挤下原先日系供应商村田(Muratec)、大福(Daifuku)。


除了首度切入封测大厂供应链,盟立近期也积极往上游拓展客户,目标在将半导体自动化设备占营收比重逐步提升,可??打破目前OHT市场由日本设备商垅断的局面。待未来在台湾取得导入实绩後,将把销售模式复制至其他市场,如大陆半导体产业正加速自主发展过程中,盟立将取得更多机会,成为业绩新成长动能。


迅得机械则从1999年成立之初,即以经营PCB产业自动化设备为主,并成为德商SCHMID旗下子公司,由母公司主导产品研发策略,逐渐成为产业自动化龙头大厂,开拓不同产业的自动化市场。随着数位制造技术不断演进,迅得也逐步将自动化的核心技术应用升级,与影像视觉、无线通讯、巨量资料(Big Data)处理、机器人、自动导引车等系统整合应用,为制造业搭建工业4.0无人工厂。


到了2014年母公司完全释股後,迅得必须重新定位,发展符合市场需要的产业技术。於2014~2015年间开始进入「转型发展期」,经过充分评估自身技术能力与了解客户的市场需求後,认为未来制造业发展趋势将围绕着晶片(IC)发展,所以决定投入研究半导体生态系及应用,当时预估该产业五年後(2014~2020)复合成长率可??达到3.8%。


因此从印刷电路板(PCB)产业逐步向上游延伸,并陆续取得半导体产业S2认证,切入晶圆代工及封测龙头大厂供应链,5年内营收从20亿元倍增至50亿元,20年来复合成长率达到15%。等到进入「价值创造期」之後,迅得成功采取PCB、半导体产业双引擎策略奏效。2022年营收达57.61亿,其中与半导体相关产业营收比重,如IC制造(10%)、封装(6%)、载板(46%)等合计逐年增至62%,2026年即将迈向营收百亿元目标。


迅得机械半导体事业群总经理黄发保表示,该公司第一具引擎系藉由阶段性导入工业4.0,打造PCB智慧制造系统,再通过IoT搜集多种资讯上传,实现整厂无人化应用;第二引擎则针对半导体产业需求,利用核心多功能工业机器人结合智慧8”/12”晶舟储存、智慧搬运控制系统等。进而导入高阶半导体载板产业,可依客户端主制程需求,提供自动化搬运系统(AMHS),包含无人化搬运的投收板设备,以及透过智慧制造软体(RCS+ACC/WMS/ILIS)通讯/监控的的产线仓储设备。


如今迅得在半导体封测产业提供关灯智慧工厂整合方案,包含有轨导引搬运车(RGV)、升降机构、输送流道、自动仓储串接自动供料系统,经过多年来发展已满足客户制程内需求。接下来还会新成立AMHS新事业单位,加速开发软体,可对接客户端不限品牌或设备硬体或各层级系统。



图4 : 迅得因采取PCB、半导体产业双引擎策略奏效,2022年营收达57.61亿。其中与半导体相关产业营收比重逐年增至62%。(source:SAA)
图4 : 迅得因采取PCB、半导体产业双引擎策略奏效,2022年营收达57.61亿。其中与半导体相关产业营收比重逐年增至62%。(source:SAA)

同时针对半导体晶圆产业提供仓储系统,以达到智慧物流目标。迅得自从2017年起协助台湾半导体龙头大厂导入後,已陆续完成开发微型仓储+机器人,跨足创新应用市场,在智慧物流搭配轨道搬运/智能派车系统,并利用硬体整合智慧化管理搬运晶舟。并在2022年成功开发长500mx宽1.5m,可收纳200格以上载具、客制化尺寸的标准仓储,开发速度之快在业界少见。


黄发保进一步指出,由於该仓储占地面积最小仅4.2m2、储位数量及密度最高,得以充份利用OHT的自动供料系统,安置在轨道间的畸零地,或产线边制程设备附近,提升轨道输送、产能效率和减少塞车时间。现已获得客户700座以上厂房实绩,未来还能针对客制化需求钻研开发晶圆所需多样存放载具、扩充功能。


并将之置於所有厂区的主干道,因应客户未来每座厂内约有100~150座标准仓储应用;搭配开发许多周边商品,在同一面积内提升高度和储存密度,协助欧日系统衔接与沟通;通过微污染防治认证,避免储存与摆放在实验室内的药液泄漏。未来迅得也会持续与友好同业合作,开发新应用及产品提升价值,扩大与外商差异化,最终成为半导体业仓储系统的独家供应商。


最後黄发保总结迅得的半导体转型策略,共聚焦4大关键工程,包括:外部链结龙头客户共生圈、在地化产业结盟;内部再造以技术实力导向,唯有加强研发投入及策略,才能打破美日设备主导的现况。



图5 : 迅得机械半导体事业群总经理黄发保表示,在半导体封测产业提供关灯智慧工厂整合方案,已可满足客户制程内需求。接下来还会新成立AMHS新事业单位,加速开发软体。(摄影:陈念舜)
图5 : 迅得机械半导体事业群总经理黄发保表示,在半导体封测产业提供关灯智慧工厂整合方案,已可满足客户制程内需求。接下来还会新成立AMHS新事业单位,加速开发软体。(摄影:陈念舜)

地缘政治冲击供应链转移 产官须同心以对

惟应该留意的是,在台积电宣布2023年首季营收不如预期,终开始修正营运蓝图,大动作进行建厂与产能计画调整。除了承受大国压力的美日两地新厂2023~2024年仍持续进行,在台新厂将全面转为「不急,慢扩」策略。


根据半导体供应链透露,台积电近期传出在台湾的高雄、南科、中科与竹科等多个扩产计画将全面放缓或产能重新调配,已有厂房工程承揽与厂务、设备机台与材料等业者,接获工程进度与拉货延後0.5~1年的通知。预计2025年量产的竹科宝山、中科2奈米晶圆厂,应会延後2026年才会放量;另包括南科与竹南的先进封装前後段与测试产能规模也缩减,恐将冲击全球设备、材料供应链。


TEEIA荣誉理事长、前均豪董事长叶胜发进一步指出,现今影响半导体产业4个最重要的因素,包含:制程、人才、设备与材料。但在中美科技战爆发以来,目前全世界争抢半导体手段已从产业提升到国家战略层级。因美国将设备、材料与人才堵住,使大陆企业发展跟不上还每况愈下;加上各国都竞投重金於半导体产业,台湾已在设备与材料、资金发展上落後於世界,倘若政府不能跟进的话,他对於台积电未来能否持续领先,将抱持审慎悲观的态度。


在TEEIA最新公布的白皮书中也聚焦3大主轴,包括:国际供应链在地化、推动次世代半导体发展及打造净零永续生态圈等。建议政府应扩大如产业创新条例第10条之2、第72条修正草案等施行范围规模,扩大政府半导体设备投资金额,协助连结半导体客户需求与在台设备供应链,达成2025年半导体前段设备自给率5%、後段设备30%的目标。


并希??未来台湾在半导体设计、制造与封测上持续领先,同时带动材料与设备发展;引进国外技术与人才,培育本土企业国际化,力拼2030年台湾电子设备产值超过1兆元的水准。


TEEIA理事长林士青坦言,由於半导体新设备都需要认证,现今设备业投入半导体领域最大困扰,在於客户愿否协助发展!除非研发主管和总经理愿意支持,否则一般工程师不愿意承担风险用国产设备,这就需要政府鼓励客户愿意和设备厂商一起练兵,提高设备的国产化。


另外,在贸易冲突下,各产业前进海外设厂,供应链转移过程中,要面临各国语言、法律、文化等各种挑战,一家业者单打独斗很辛苦。如果能以大厂为首,串连起供应链相关厂商,以「科技园区」的概念,母鸡带小鸡携手前进海外,或是政府领头与当地政府进行协商,不论是工业用地取得、水电基础设备争取更好的条件。


**刊头图(source:台积电)


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