半导体晶圆产线也是工业自动化生产的一种，然而条件更严苛。

半导体厂如何迈向工业4.0，是一个需要面对的重要挑战。

除了制造过程高度自动化，还需要精密控制，以保持竞争优势。

半导体厂迈向工业4.0已经势在必行。对於半导体厂商生产晶圆的产线来看，似??也是一种工业自动化的制造产线，只是条件更严苛，需要全程在无尘室里进行，并且导入更多高科技设备。既然也是制造业的一环，就必须先来了解一下制造业目前面临到的一些状况。

智慧制造提升企业韧性

透过一份洛克威尔自动化所发布的《智慧制造概况》报告，研究显示制造业注重维持品质并推动营利成长，强调充分发挥数据潜力、增加技术应用，打造企业韧性、实现敏捷性、提升永续性以因应劳动力挑战。这份调查主要发现：

●相较於2022年，全球增加约两倍的制造商认为，目前缺乏超越竞争对手的技术，80%制造商仍缺乏端点供应链规划解决方案。亚太区制造商部署和整合新技术时，面临最大挑战为「平衡品质与成长」和「追踪或量化永续性实践」。

●全球落实规划的最大障碍为员工抵制技术采用和变革、缺乏管理智慧制造所需技能，以及对智慧制造价值及投资回报率缺乏明确定义。44%亚太区制造商计画於明年内导入智慧制造，其中，中国有80%、澳大利亚有60%和印度有59%皆已部分导入。

●受惠於技术导入，88%亚太区制造商计划维持或增加员工、其中39%则认为因技术提升而得以重新运用现有员工，而质量管理系统（QMS）是亚太区企业使用後投资回报率最高的智慧制造系统，其次为制造执行系统（MES）和企业资源规划（ERP）。

●在94%已有正式或非正式ESG政策的亚太区制造商中，有48%将「竞争优势」列为推行ESG政策的主要动机。而网路资安风险是企业期??透过智慧制造计划优化的首要项目。

洛克威尔自动化认为，制造商持续寻求获利机会的同时，也意识到可用劳动力的不确定性将影响品质及应对客户多元需求的能力。调查发现，智慧制造技术得以让各规模的制造商提升韧性、敏捷性和永续性解决方案，进而加速转型进程，从过去的经验学习到，动荡时期仍持续投资创新并积极采取行动的企业，往往能超越竞争对手。

走向工业4.0之路

半导体产业是现代化的工业中非常重要的一个产业，对於全球经济体系扮演举足轻重的作用。而在半导体产业，如何迈向工业4.0，是一个需要面对的重要挑战。

首先，半导体产业与一般工业厂房有所不同。一般工业厂房的生产过程通常是流水线式的，而半导体产业的制造过程则是高度自动化，需要精密的控制技术和高度的生产可靠性。此外，半导体产业的产品更新速度较快，需要不断地提升产品质量和生产效率，以保持竞争优势。

图1 : 台积电的晶圆制造系统整合了AI、大数据和机器学习技术（source：TSMC）

在这样的过程中，必须将生产过程中的大量数据进行收集和分析，以优化生产过程并提高生产效率。这需要具备资料分析和处理的技术能力。另外对於系统的整合和联网，半导体产业的设备和系统都需要具备联网和智能化的特点，以实现更高的自动化程度和生产效率，因此系统整合和物联网技术就不可或缺。

而针对安全和风险管理方面，半导体产业特别需要处理大量机密数据和知识产权，同时还需要防范安全风险和生产故障。这需要具备安全和风险管理的能力。当然背後的人才培养和转型也都必须同步进行，半导体产业需要具备数位化、智能化和自动化的技术能力，因此需要加速培养相应的人才，同时还需要实现转型和调整生产模式，以符合工业4.0的要求。

数位管理平台的重要性

数位管理平台对半导体产业来说非常重要，因为它可以帮助半导体企业实现生产过程中的数位化和智能化，提高生产效率和品质，降低生产成本，并且有助於提高企业的竞争力。具体来说，数位管理平台可以实现包括数据分析、生产自动化、库存管理、资源调配到生产规划等细节。

数位管理平台可以收集生产过程中的数据，并对数据进行分析，帮助企业实现生产过程中的数位化转型，这数据分析的结果对於半导体厂的智慧制造之路来说非常重要。而对於生产自动化，数位管理平台也可以将生产过程中的各个环节自动化，进一步提高效率，降低生产成本。

生产後的库存管理也是一个重点，数位管理平台可以帮助企业管理库存，实现智能化的库存管理，减少库存风险，提高库存周转率。并针对资源进行调配，透过数位管理平台进行资源调配，可以快速实现智能化的资源分配。另外对於生产计划，也可以利用数位管理平台来帮助企业制定生产相关计划，实现智能化的生产排程，提升生产效率和品质。

人工智慧不可或缺

在自动化的半导体厂房中，人工智慧（AI）扮演着至关重要的角色。一般来说，AI可以透过许多方式对半导体厂房实现自动化，包括了资料分析与预测、自动调节与优化、智能监控和控制，以及自主决策与产线优化等。

资料分析和预测是藉由AI来分析大量的数据，并预测机器故障、生产瓶颈和产品缺陷，来提高生产效率和产品质量。AI可以利用自主学习算法，根据生产数据自动调节生产叁数，实现生产过程的优化，提高产品品质和生产效率，达到自动调节和优化的效果。在这样的过程中，机器学习的能力也扮演了很重要的关键。

而利用AI实现对生产过程的智能监控和控制，自动进行生产线异常状况的侦测，并对生产线进行自动控制和调整，可达到更高效率的生产管理。并进行自主决策，对生产过程进行智能优化和自主控制，进一步实现生产过程的自动化和智能化。透过AI，生产过程进行自动化、智能化和优化，提高产品质量和生产效率，也可控制并降低生产成本，有助於提高半导体晶圆生产的竞争力。

加速导入工业4.0

半导体厂生产的是高科技的晶圆，其生产设备当然更需要先进技术的导入。近年来，许多半导体厂商更加速跨入工业4.0的智慧生产，目前许多国际半导体大厂，包括台积电、英特尔、意法半导体、中芯国际等知名厂商也都已经有导入智慧生产的相关策略。

晶圆生产最重要的当属其晶圆的良率高低。例如全球最大的半导体制造商台积电，透过工业4.0的智慧生产，建置了一套自动化的晶圆制造系统。这种智慧制造系统整合了AI、大数据和机器学习技术，可以自动监控、分析和调整生产过程，以提高产品品质和生产效率。而美国大厂英特尔也在美国奥勒冈州的晶圆厂引入了工业4.0技术，建立了一个智慧化的晶圆厂。该工厂也透过了物联网、大数据分析和AI等技术，实现了设备的智能化、自动化生产和实时监控等能力功能，成功提高了产品良率。

意法半导体是欧洲最大的半导体制造商之一，透过导入智慧工厂的概念，让晶圆的生产更有效率。透过机器人自动化的使用，搭配大数据分析和AI等技术，实现了生产自动化、设备监控、资源管理和产品追溯等功能。通过智慧工厂的建设，意法半导体除了提升生产效率，并且增强了企业的创新能力和市场竞争力。

德州仪器也为其自有的晶圆厂导入工业4.0，透过物联网技术实现制造过程的实时监控和数据分析。同时也引进了各种自动化技术，例如自动化生产线和机器人等。这些技术可以减少人为干预，提高生产线的效率和稳定性，同时还可以降低劳动力成本。另外包括包括物料的运输、储存和处理，也透过智能物流管理系统来实现自动化运输和管理，提高物流效率和降低物流成本。

图2 : 德州仪器位於犹他州Lehi的12寸晶圆厂计画图。（source：TI）

结语

半导体厂迈向工业4.0是势在必行的方向，其驱动力当然是透过智慧化的产线，让生产过程效率更好，产出的产品良率也更高。然而半导体厂迈向工业4.0的过程，仍然存在着许多挑战，需要企业加强自身的技术创新和人才培养，同时积极与供应商及合作夥伴合作，共同推进半导体产业的智能化和自主化发展。

（刊头图来源：TSMC）