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智慧工廠與自動化

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智慧工廠

為提升工廠效率、精進製程品質、滿足客戶交期要求,日月光半導體自2015年始投入自動化關燈工廠規劃,以「自動化」、「高異質性機器設備整合」與「高異質性微系統封裝整合」三大主軸推動工廠智慧化/ 智能化的數位轉型,期望以先進的資訊科技贏得客戶信任。日月光半導體在2011年成立自動化委員會,由各事業單位的自動化團隊(導線架封裝、球格陣列封裝、覆晶封裝、晶圓級封裝、系統級封裝與測試服務)以及資訊管理中心共同組合而成。歷經九年的淬鍊,於2020年完成了18座智慧工廠,培育超過500位自動化工程師.累計超過45件產學技研專案。

智慧工廠創新與突破作法

挑戰 面臨問題 因應作法
設備連線能力不足
  • 要達到智慧工廠的境界,首先要將生產設備的資訊收集到中央資料庫中,才有辦法進行即時分析與管理。
  • 早期封測產業的生產設備具備半導體設備通訊標準(Semiconductor Equipment Communication Standards, SECS)能力的比例相當低,設備連線能力成為首要挑戰。
  • 第一步:與採購單位合作跟設備供應商洽談,在新生產設備的採購規範中要求生產設備必須具備SECS能力。
  • 第二步:針對既有生產設備進行研究,找到自動連線的方法,並轉換成SECS格式。經過幾年的努力,使日月光的生產設備完全具備SECS能力。
產品追蹤複雜度高
  • 以車用電子的客戶為例,基於安全的理由,必須清楚地記錄每一部車子上的每一顆晶片的生產履歷,以便發現問題時可以追蹤。
  • 半導體前段晶圓製程的產品追蹤方式,透過晶圓刻號進行辨識,待晶圓製程完成後,會將晶圓切割成一顆顆晶粒(Die),再針對晶粒進行加工,此時晶粒上不具備任何刻號可以進行辨識與追蹤。
  • 運用2D碼與RFID技術,確實記錄每一顆晶粒來自哪一片晶圓的哪個位置、每一顆晶粒位於載板上的位置、以及每一個載具跟載板的位置。
  • 每個位置資訊都被完整保存在圖檔系統(MAP System)的資料庫,可隨時追查,不僅是客戶可以追查生產履歷,同時工程團隊也可以運用此生產履歷進行品質與良率分析。
缺乏自動化在地供應鏈
  • 建置智慧工廠初期,自動化設備供應商多為國外大廠,面臨價格高、反應效率低、備料時間長等因素,影響智慧工廠建置時程與成效。
  • 積極尋找在地自動化設備供應商,包含自動搬運系統、自動倉儲、機器手臂等,近幾年已培植約30家自動化供應商,強化台灣在地自動化產業鏈。
人才培育不易
  • 自動化委員會成立之初,具備自動化建置能力的工程師僅有30位,求才若渴。
  • 透過自動化學院、產學技研與人工智慧學院等作法,已累積培育超過500位的智慧工廠自動化工程師。

智慧工廠重要里程碑

2011

導入配方管理系統(Recipe Management System, RMS)

作為產品量產前的控管措施,機台自動化程式(Equipment Automatic Program, EAP)透過SECS/GEM與設備機台進行資料溝通,確保數據的有效性,提升整體設備效率(OEE)。

2013

自製標準化機台連線程式(SECS EAP)

為降低機台連線程式開發技術門檻,自製標準化機台連線程式開發平台,解決流程設計問題,簡化程式開發複雜度、提升人機比及時間。

導入失效偵測與分類系統(Fault Detection and Classification, FDC)

利用即時收集機台生產參數,系統自動進行異常偵測,對機台立即發出警訊措施,快速回報機台狀況,避免持續生產不良品,即時偵測產品異常,建立異常通報機制。

2015

導入機器手臂與無人搬運車技術

整合無人搬運車(AGV)與機器手臂(Robot),推出自主移動機器(AMR-Autonomous Mobile Robot),自主移動機器人具有自主、靈活運用的特點,可進行搬運作業,節省線上作業人力,藉此提升封裝產能。

2018

啟動AI元年

運用人工智慧異常偵測技術,辦識可能會造成資安漏洞的資訊設備在發生資安事件前即可主動偵測並攔截,以自有技術減少資安風險並降低建置成本。

2019

導入預測保養系統(Predictive Maintenance, PdM)

透過智慧型預測保養機制來判斷是否需要執行實際保養行為,即時偵測設備組件故障與預測異常,並主動通知維修人員處理減少機台故障時間。

2020

全球首座5G mmWave企業專網智慧工廠

聯手中華電信與高通(Qualcomm),建置5G mmWave企業專網提供數據高速傳輸和即時回傳資料,導入產線自動巡檢(AI+AGV智慧無人搬運車)、AR遠端維護協作與綠科技教育館AR體驗環境三大應用,展現未來智慧工廠及自動化可以涵蓋的範圍及複雜度。

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智慧工廠永續影響力

我們的智慧工廠從自動化開始扎根,實踐客戶、供應商與自己製造流程的三維度的異質整合,帶動整個半導體產業鏈的升級與創新,加速科技產業的技術進步,使封裝測試扮演超越摩爾定律(More than Moore)的關鍵角色。

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2020年自動化技術與特色

技術 問題 解決方案
產線關鍵資訊即時監控 為整合不同的生產流程繁雜的作業程序 透過在所有生產設備裝設感測器,即時監控產線的生產資料,並透過自動光學檢測(Automatic Optical Inspection;AOI)系統自動記錄不良品,結合製造執行系統(MES , Manufacturing execution systems)之自動化過帳功能,達到產線關鍵資訊的即時監控與收集,進而提升工廠效率。
自主移動式機器人之封膠清模應用 過去作業人員需長時間需忍受高溫進行封膠清模作業 運用自主性研發自動化科技以機械手臂結合自動導航搬運車,使機械手臂具備清模作業功能,有效降低作業員職業傷害機率;此外,進一步結合即時派工系統 ( Real-Time Dispatching ) 掌控派工優先順序及整合作業機台與自動導航搬運車的運作,進而提升封膠清模的效率。
智能中控室之遠端機台故障排除應用(Smart Control Center) 為降低作業現場因人員操作不當而造成機台故障異常事件 透過設置可即時監控自動化工廠產線的電腦智能中控室,可以將分散的產線機台集中於智能中控室監控管理。維修人員不須趕往現場,即可在中控室運用 RPA (Robotic Process Automation) 技術簡化機台設定及問題自動排除,以及運用即時監看系統判斷機台問題,在遠端進行故障排除。如此不僅可以精簡人力,降低成本,更可有效降低作業現場人員操作不當而造成機台異常事件,減少產線停擺損失。
5G智慧工廠 建置具有即時思考、偵測、學習與調整等異質整合能力的智慧工廠
  • 應用5G技術提供數據高速傳輸和即時回傳資料,導入「AR遠端協作」,讓經常需要從遠端連上機台,進行機台診斷與維護的設備維護人員,可在中控室內藉由大數據資料分析直接監控機台,並且當有機台被監測出問題時,可立即與其他同仁遠端協作機台檢修。現場維護人員可戴上5G+AR的眼鏡,透過擴增實境(AR)看著同一份SOP共同修復機台,藉由5G mmWave高速率、低延遲的特點,可在檢修過程中同步傳送大量高解析度圖片至後端系統,進行大數據分析,即時協作調整,增加設備維護效率。
  • 產線自動巡檢(AI+AGV智慧無人搬運車),透過在智慧無人搬運車上裝設相機,搭配AI及大數據分析,可進行產線自動巡檢(例如機台警示偵測及人員安全巡檢),除了減少人力負擔之外,也可降低人為疏忽造成的意外。