从平替到创新引领，弥费科技用自研传感控制设备推动AMHS系统升级

电子发烧友网报道（文/吴子鹏）作为与半导体CIM软件结合最为紧密的自动化硬件，AMHS（Automatic Material Handling System，自动物料搬送系统）在晶圆制造、显示面板、先进封装等高端制造场景里应用广泛。晶圆制造作为AMHS系统技术要求和可靠性要求最高的应用场景，根据SEMI的统计数据，2022年全球AMHS系统在这一市场应用的规模约为32亿美金，预计到2025年将达37亿美金。不过作为AMHS系统中最核心的天车系统，目前国产供应商仍处于单个晶圆厂大规模天车系统的导入门槛期。目前，日本厂商大福和村田在全球AMHS市场占比超过90%，国产AMHS厂商的发展仍任重道远。

 
在这个大背景下，作为国内领先的半导体AMHS系统及核心零部件供应商，弥费科技在不断引领突破晶圆厂整厂AMHS系统交付的情况下，也更为接近晶圆厂客户的核心诉求-AMHS系统整体的可靠性和稳定性。弥费科技基于对AMHS系统和相关零部件深刻的理解，从点至面，从零部件的自主可控和稳定性着手，致力于打造具有完全自主知识产权的AMHS解决方案，并在方案精度和效率方面逐步塑造差异化竞争优势和技术壁垒，最终目标是成为全球半导体AMHS领域的领军企业。
 
目前，弥费科技这一战略正在稳步推进，自研的传感控制类设备除了在自身的AMHS系统项目中交付使用外，也正式向全产业链推出。目前推出的第一代传感控制类设备分别是RFID Reader、SmartTag Reader和E84传感器。
 

用正向设计提升RFID Reader的长期可靠性

AMHS系统的主要特点包括高度自动化、高速运转、高可靠性和高安全性等，在整个系统中，不仅是单一设备的运转要稳定可靠，设备与设备之间、设备与系统之间的信息交互同样要长期可靠。RFID Reader系统便是AMHS系统中信息交互的主要零部件之一。
 
RFID Reader系统主要由标签、读写器和天线组成，常用于在半导体制造过程中对晶圆盒上的射频标签进行数据读写操作。弥费科技此次推出的RFID Reader遵循SEMI标准，已经通过CE认证，兼容TI公司的CID载体，读取距离最大可达到90mm。
 

弥费科技自研RFID Reader系统

 
弥费科技CTO李宏伟表示，RFID Reader是典型的嵌入式设备，在PCB板上会有控制器、存储器、模拟器件、被动元件和天线等硬件，系统内还会有很多固件和嵌入式软件，整个软硬件系统的可靠性是客户比较关注的，尤其是长期可靠性。弥费科技通过正向设计打造出了拥有完全自主知识产权的RFID Reader，并借助AMHS系统部署的实战经验，让这款RFID Reader具有行业领先的可靠性。
 
RFID Reader在工作的过程中，可以通过读写射频标签上保存记录的ID、制造批次、制造过程说明等信息，实现晶圆生产过程的追踪和控制，提高生产效率和产品质量。不过，李宏伟指出，RFID Reader在晶圆制造厂里会随着传送设备到达不同的区域，将会受到各种各样的电磁干扰，甚至会超出实验室的测试范畴。为了解决这个挑战，弥费科技此次发布的RFID Reader在软硬件方面均做了改进以应对各种各样的电磁干扰。在硬件方面，弥费科技的RFID Reader优化了产品的外观和硬件结构设计，比如在外观优化上弥费科技已经申请了10个知识产权专利，其中有2个是在海外申请；在软件方面，弥费科技优化了滤波处理的算法，可以帮助进一步降低电磁干扰。
 
在交流中记者得知，弥费科技此次发布的RFID Reader产品早在去年就已经完成了设计认证，随后相关产品在弥费科技自己的AMHS系统中进行了可靠性验证，并已经在定向客户的工厂进行了提前验证，随后才在今年的8月份以零部件的方式发布，实现了产品的发布即可用。
 
在产品策略方面，弥费科技RFID Reader采取融合创新的方式，能够兼容TI（德州仪器）、NXP（恩智浦）等国际厂商推出的符合SEMI标准的RFID芯片，也在寻找可用的国产RFID芯片，打造一个融合创新的RFID Reader硬件平台，平替日系品牌的方案。同时，弥费科技将以“Total Solution”的方式为客户提供RFID Reader方案，会将SEMI标准中提到的规则，以及一些底层协议直接封装在方案里。为了方便用户使用，弥费科技制定了一个弥费协议，可以直接对接弥费科技提供的，或者是第三方的上位机，客户只需要按照弥费协议填写信息就可以直接使用。
 
另外，针对拥有自己协议的晶圆厂客户，比如国内外头部的晶圆制造厂以及IDM厂商，在自有协议和标签使用逻辑方面都很有特色，弥费科技RFID Reader也可以仅作为通讯传感器平替使用，能够“pin to pin”兼容日系厂商的方案，弥费科技提供了相关的可选项，用户可以在弥费协议和自有协议之间自由地切换。也有国际厂商会要求将RFID Reader中的协议并入厂商自己的信息系统，弥费科技也能够提供相关的服务。李宏伟称：“弥费科技RFID Reader自底层软硬件开始，均是由弥费科技自己正向研发，可以以灵活的方式满足客户的差异化需求。”
 
RFID Reader的基本性能主要包括功能、应用场景、读写距离、数据传输速率、安全性以及存储容量等方面。在数据传输速率方面，目前晶圆制造工厂所用的RFID标签容量最大为126个字节，弥费科技第一代RFID Reader已经支持覆盖。李宏伟表示，弥费科技在RFID Reader硬件选型升级上也会注重存储容量、读取速率方面的提升，如果客户提出相应的需求，弥费科技的RFID Reader也能够满足。
 

打造平台级SmartTag Reader

本次弥费科技发布的第二款传感控制设备是SmartTag Reader。在晶圆制造厂，SmartTag Reader是传统8英寸（200mm）产线里的经典方案，可以读取SmartTag的信息，并通过无线通讯的方式向操作员和AMHS提供过程和状态信息，可以被集成到上料口、存储机I/O和WIP架等位置。
 
弥费科技的SmartTag Reader基于红外技术，符合SEMI半导体标准，使用RS485通信接口，最大工作距离达7cm。李宏伟介绍说，弥费科技发布的SmartTag Reader是经典的8英寸晶圆载具集成方案，基于红外的传输方式，红外传输速率为9600bit/s。整个硬件方案包括了显示屏、电池和存储器，能够对客户现有8英寸晶圆厂里面的红外传输SmartTag Reader进行平替。
 

弥费科技SmartTag Reader

 
目前，SmartTag Reader的无线通讯方式主要包括红外和射频，两者各有所长。对此，李宏伟指出，SmartTag Reader和RFID Reader的技术原理比较相似，因此基于射频方案实现是完全可行的。基于红外方式的RFID Reader，对于发射器和接收器的位置对齐要求严格，需要在特定的角度内，但是抗干扰能力强；基于射频方式的RFID Reader得益于射频场形态的传播方式，设备之间的传输会非常灵活，但由于整个制造环境内无线传输的方案比较多，做好电磁干扰的防护是一个挑战。
 
在第二代SmartTag Reader产品的规划上，弥费科技将会从设备扩展到平台，将发射器和读写器都汇总到这个平台上，提供红外+射频的通信方案。当客户应用场景内无线干扰比较少时，可以选择射频的方式；当场景内无线干扰比较多时，就选用经典红外的方式。
 
弥费科技第一代SmartTag Reader采用的是RS485接口，传输速率为9600bps，可以支持以菊花链的方式同时管理多台设备。另外，弥费科技也可提供工业级以太网的传输方式，速率会有明显提升，当然成本也会更高一些。
 

用更高的性能冗余提升E84传感器的可靠性

弥费科技发布的第三款传感控制设备是E84传感器。E84是一种通讯协议，基于该协议的传感器和设备便以此命名。E84传感器主要用于晶圆交接等场景，帮助AMHS设备和机台装载LP（Link Port）端口完成自动化信息交接。
 
此次弥费科技发布的E84传感器是一款基于半导体SEMIE84协议而设计的并行8位光学数据传输设备，利用IR（光）将主动端与被动端设备之间的SEMIE84 总线信号通过非接触方式进行收发，具有稳定性强、抗干扰能力强的优势。
 

弥费科技E84传感器

 
李宏伟表示，E84传感器工作的场景要求其需要具备极高的可靠性，读取成功率需要保证在99.99%以上，这个成功率首先是可靠性正向设计的结果，然后经过了实验室可靠性量化测试。弥费科技基于对晶圆制造场景的深刻理解，对E84传感器进行了失效分析，并通过正向研发、正向验证测试的方式进一步提升E84传感器的性能冗余度，进而提供行业领先的可靠性。
 
在产品设计方面，弥费科技E84传感器采用了一款主频为72MHz的32位MCU，搭载RTOS嵌入式实时操作系统，能够执行更加复杂的逻辑功能。弥费科技还专门升级了E84传感器的抗干扰电路，加入了软件滤波的功能，在系统出现异常时，能够迅速做出响应，不影响产线的运行。李宏伟称，传统E84传感器的交互速度是40毫秒，弥费科技发布的第一代E84传感器基于领先的处理器性能和领先的电路设计，可以做到20毫秒左右，进而大幅提升系统的性能冗余度。
 

用平台化产品推动AMHS系统升级

通过上述内容不难看出，弥费科技第一代传感控制设备的出发点是解决客户目前现有的需求，能够实现对原有国际品牌设备的平替。不过，从产品性能来看，弥费科技的传感控制设备不仅仅是做平替，在产品灵活性方面有了明显的改善，让客户在使用时有了更多的选择，同时“Total Solution”的方式保证了这些选择和配置并不复杂。
 
弥费科技第一代传感控制设备的发布，也让我们能够得见该公司在AMHS零部件方面的平台化思维。首先是以设备为平台，如SmartTag Reader和E84传感器，弥费科技致力于基于单一设备融合更多的通信方式，兼容更多的协议，进一步提升客户装配相关设备的灵活性和效率。
 
其次是设备之间相互配合的平台，正如李宏伟谈到的弥费科技专门打造的信息切换平台，这个平台拥有自己的上位机，可以兼容弥费科技自研的设备和客户原有的设备，这个平台可以被应用于晶圆倒片环节，实现整个倒片的完全自动化。
 
李宏伟表示，弥费科技希望用平台化的产品推动客户AMHS系统升级。以通信协议为例，目前AMHS系统总线上会加入各种不同的协议，弥费科技认为未来工业级以太网统一是大趋势，通过使用统一的网络架构，晶圆制造厂可以更好地统筹设备，更好地分摊系统成本。
 
面向未来，弥费科技传感控制设备有四大升级方向：
 
·基础功能升级
弥费科技将进一步改进传感控制设备的基础性能，包括通过集成的方式优化产品的外观设计，进一步增强滤波功能电路以提升设备抗干扰能力等。
 
·全面平台化
弥费科技希望以融合创新的方式打造AMHS零部件，将底层的控制器和天线等基础单元做成统一平台，然后让客户在通信协议和系统协议方面有更大的自由度。
 
·提升性价比
随着弥费科技AMHS系统和零部件出货量增加，尤其是海外市场的需求量上升之后，弥费科技将会有更强的供应链管理能力，进一步提升系统和零部件的性价比。
 
·支持更多私有协议
AMHS是一个竞争非常激烈的领域，客户资源和技术储备是主要竞争壁垒，两者缺一不可。目前，晶圆制造客户集中度非常高，弥费科技将全面适配这些大客户的专用协议。
 
李宏伟在介绍时讲到，目前全球五大晶圆厂中的三家都已经是弥费科技的客户，双方在AMHS系统和零部件方面有着深入的交流和互动。同时，弥费科技也在和国际头部IDM合作，打造定制化属性更高的AMHS系统，目前已经进入产品前期验证阶段。在出海方面，弥费科技在新加坡和马来西亚不仅有自己的研发中心，还建立了工厂，有完整的方案供应能力。弥费科技的传感控制产品是一个全球推广的产品系列，拥有巨大的市场空间。
 

结语

AMHS是晶圆生产过程中的关键环节，能显著提高效率、减少人工成本。在AMHS系统中，传感控制设备是信息交互的关键，弥费科技第一代RFID Reader、SmartTag Reader和E84传感器能够平替国际厂商的方案，但又不是简单的平替，而是带来了更高的装配灵活性。随着越来越多的客户使用到弥费科技的传感控制设备，该公司的平台化理念将推动AMHS系统升级，解决传统AMHS系统历史性遗留问题。