面對當今國際電子科技產業競爭加劇，亟待建構新一代供應鏈體系，在本屆TIMTOS 2023也由機器公會所屬工具機、電子設備兩大專委會共同舉行交流論壇，探討工具機產業該如何趁機搶進半導體前段製程設備，共用工業通訊協定和組件，則可望扮演其中關鍵角色。

綜觀近10年來的工業4.0概念逐步落地演進，促進製造業轉型的工業物聯網（IIoT）技術也不斷向外與向上發散，扮演其中關鍵角色。如今無論是高科技或傳產、大型或中小規模不一的製造業，都已持續導入具有連網通訊功能的基礎設備，或建置資訊串流的IIoT應用情境發展，並陸續通過智慧化、數位化手段，串聯完整的OT+IT解決方案；舉凡從OEM設備製造端、系統應用到工廠使用端等各方投入者，也期待藉此開拓出創新商業模式。

台灣機械公會（TAMI）也因此，在今年台北國際工具機展（TIMTOS）期間，由被譽為「機械之母」的工具機產業與電子設備專委會交流，討論該如何藉此切入半導體前端設備供應鏈。從零組件廠商角度分享經驗的上銀科技董事長卓文恆便指出，台灣雖然為半導體製造大國，對於全球半導體設備與材料需求，長年都穩居全球前3名，但其中仰賴進口設備約新台幣6,000億，國產設備僅占約10%、先進製造設備更低於5%。

圖1 : 機械公會所屬工具機與電子設備專委會在TIMTOS 2023交流討論，該如何切入半導體前端設備供應鏈。（攝影：陳念舜）

精密機械零組件大廠 以SECS/GEM切入半導體供應鏈

上銀科技既屬於精密關鍵零組件廠商，加上同處集團內的大銀微系統公司，共同提供所需機+電系統智慧化解決方案，客戶遍及工具機、半導體、機器人等自動化OEM設備製造領域。且他強調：「如今半導體設備製造要點包含：智慧化與標準化、機械結構和控制系統設計、無塵技術，以及快速完整的全球服務體系。」

目前該公司產品不僅可滿足半導體產業低發塵需求，伺服電動產品比例較高於氣壓驅動；同時要求其晶圓移載系統（EFEM）機構須通過模擬、驗證，符合標準化設計及最大空間化，並提供整體解決方案，適用於高精度量測設備、技術的傳動定位要求。同時與大銀微系統合作，導入以色列技術開發驅動器，其高速伺服總線如新一代EtherCAT、PROFINET、MECHATROLINK等，皆與各家不同品牌編碼器相容。

SEMI分享共通標準經驗 呼應工具機80：20法則

國際半導體產業協會（SEMI）全球行銷長暨台灣區總裁曹世綸，也在更早前與台灣工具機公會（TMBA）分享半導體產業推動共通標準的成功經驗時指出。由於半導體是台灣少數具備高度國際化、標準化特色，而能快速升級以持續保有競爭力的產業。

自從1970年代成立SEMI伊始，便是為了解決半導體設備與材料廠商面臨的供需及品質穩定性等問題，性質與工具機產業略有相似。但SEMI到了2019年已累積千項以上國際標準，估計每台半導體設備都至少會用到25項標準；並定期舉辦會議和論壇、建構平台，以納入客戶與供應商意見，有助於降低製造複雜性，讓企業專注於創新。

「對於客戶而言，多供應商將有助於降低成本、提升產品品質，也能及時回應需求，縮短上市時間；對於供應商，企業將能達到有效備件庫存，聚焦關鍵表現變因（80：20法則）而減少品項，快速交貨，不枉研發享受較多資源。」曹世綸表示，這也是促使產業進步關鍵，未來將有助於業者加快達到國際品質要求，提高生產力也降低成本、提升品質，更有助於安全控管，同業溝通會更有效率。

曹世綸認為：「SEMI國際標準如同產業的「氧氣」，看似不存在，卻是無所不在！」其中與工業通訊相關者，還在於E/A系列項目裡，透過1980後期工廠自動化全盛時期制定SECS/GEM通訊標準，建立統一通訊介面，以有效串連半導體廠內不同的製程和自動化設備，且與控制中心通訊無礙，協助掌握生產線設備的相關數據，讓整個製程監控和異常分析更加完善，成為生產線自動化的關鍵。

到了2017年SEMI還與SCIS半導體次系統、零組件廠商合作，擴大供應鏈體系，開始將SECS/GEM擴及印刷電路板（PCB）、太陽光電（PV）、微機電（MEMS）、LED等電子科技產業。至今已沿用該標準30餘年以上，成為設備採購標準要件之一，也是未來製造業邁向工業4.0時代建造智慧工廠不可或缺的要素。

圖2 : SEMI還開始將SECS/GEM擴及印刷電路板（PCB）、太陽光電（PV）、微機電（MEMS）、LED等電子科技產業，成為設備採購標準要件之一。（source：pv-tech.org）

工研院分析SECS/GEM優勢 實踐綠色智能工廠升級

依工研院比較現今主流蒐集資料的通訊方式，除了半導體設備通訊標準（Semi-Conductor Equipment Communication Standard, SECS/GEM）以外的PLC driver、MODBUS、OPC等通訊方式，蒐集到的資料比較偏向單一、分散，需要再透過分類整理成為在控制層具有參考意義的資訊。反觀SECS/GEM通訊方式，則是比較有系統性、分門別類地取得有效的資訊，讓用戶端可以在資訊充分及合法合理的條件下控制設備，對使用者在資訊取得的時效性與完整性較佳。

尤其是近年來國際淨零碳排趨勢成為顯學，眾多跨國公司及大型企業，為達成本身ESG與淨零碳排目標，也會要求相關原物料、零組件、設備等供應鏈廠商，要更積極配合。環境可持續性則迅速成為電子科技業的優先事項。

尤其是半導體設備在運作過程中，需要大量的水、電、氣體、化學品供應，對環境造成很大的影響，導致整個半導體價值鏈和業者首當其衝，包括晶片製造、設備及材料供應商、OSAT和ICT供應商都更迫切認知到，應加強協作和碳排資訊的透明度，以減少排放溫室氣體。

如歐美國家很早就開始著手節能減排的相關約束措施，根據歐洲半導體工業協會（ESIA）統計在2010~2020年間當地半導體產值（38,054百萬美元→37,520百萬美元）差異不大，但同期歐洲半導體工廠的二氧化碳排放當量卻從910,221公噸減至527,351公噸，約減少42%。SEMI可持續發展諮詢委員會（SAC）也在2022年成立半導體氣候聯盟，透過產業價值鏈同時協作、知識和技術分享、溝通協調、標準計算，加速減少半導體產業碳足跡。台積電（TSMC）則為此要求數百家設備供應商，需要在2030年前將供應台積電的設備能源效率提高20%。

工研院進一步指出，現今國際將碳排放來源依序分為範疇一～三，其中半導體廠在範疇一的減碳方法，包括減少、取代、回收和去除溫室氣體排放。在範疇二則常見透過智慧製造應用方案，提高設備能源效率，包括使用多重感測器搭配智慧預防診斷、即時監控和量測、機聯網、AI運算和遠距服務系統等，增進產能和良率，同時減少平均單片晶圓的能耗量。

目前半導體廠內約有35%碳排放來自於範疇一，包含乾式製程中使用的PFCs氣體，經常被用於沉積設備反應腔體的清潔，以去除腔體中殘留的反應物和副產物，約有六成來自薄膜沉積、三成為氧化製程、一成於乾式蝕刻。從2000年開始，全球半導體大廠不斷透過技術改革，首先要將半導體製程參數最佳化，經由精準量測和控制，避免過多氣體浪費或產生。

惟其碳排放占比最大宗仍來自範疇二，平均約占整體碳排放45%，其中來自於廠務比例約20%、機台設備的比例約25%，主因為半導體廠幾乎每天24小時、一週7天以全年無休方式運轉，所以用電量是非常可觀的。如台積電在2020年用電量約160億度，占全台總用電量的5.9%，而全廠約有62%碳排放量來自範疇二。

業者為了提高設備能源效率，除了改善設備本身效能，汰換老舊低能效設備之外，還可以透過在半導體工廠導入物聯網及衍生出多種智慧製造應用方案，藉以即時監控機台、產線能源消耗率，再經由資訊可視化、效益最大化，協助半導體綠色工廠升級。包括：

1.布建廠內多重感測器蒐集大數據資料與分析，建置機台運轉模型，最後完成用電管理平台、實現工廠整體能源利用資料可視化，進而分析能源使用狀況，改善設備能耗效率。

2.智慧機聯網，可藉此進行數據優化、自動排程、機台協作等，增加產品良率和研發速度，降低每片晶圓所需能耗。

3.智慧化遠距服務，佐以智慧穿戴AR/VR裝置，明確傳遞機台操作和維修指令，提供客戶零接觸、零時差溝通，還能減少運輸交通造成的碳排量。

此外，因應歐盟已提議電力行業不再使用氟化溫室氣體，法商施耐德電機於2022年5月推出不使用SF6的環保型開關設備系列AirSet，改以真空中斷和純空氣絕緣的創新組合，客戶只需經過濾即可從環境獲得純淨空氣，具備環保、人員操作安全、方便、占地面積小等優點。

圖3 : 近年來國際淨零碳排趨勢成為顯學，導致整個半導體價值鏈和業者首當其衝，應加強協作和碳排資訊的透明度，以減少排放溫室氣體。（source：eeweb.com）

易格斯推出e-skin flat無塵室拖鏈 強調耐磨及易維修特色

德商易格斯公司（igus）也在近年來推出新一代e-skin flat扁平無塵室拖鏈，用來替代標準扁平電纜的模組化電纜導向系統，除了符合ISO 14644規範的1級無塵室標準，幾乎無（低）發塵且耐磨，可使製造商在無塵室中生產製造；且經UL認證，比起常見無塵室線纜安靜9dB（A）、成本降低 20%。

還能透過獨家「單獨腔室」設計，輕鬆填充線纜進入拖鏈中，具有緊湊、模組化的優勢；採取拉鍊式設計，易於更換電線電纜；再結合特別開發的chainflex CFCLEAN耐彎曲電纜芯線，提高系統可靠性，以便安全傳輸能量、馬達控制、匯流排和乙太網信號。

客戶將因此獲得一個可即插即用、輕鬆擴充的供能系統，又分為「全閉式」，可依照需求調整長度，倘若其中電纜有缺陷，就能在維護時快速輕鬆更換其中單條纜線或模組，而不必像市場上其他解決方案一樣拆下整組拖鏈系統；「可開式」，選擇用於短行程懸空應用，比常見無塵室線纜更具成本效益，可根據需求不斷擴展，具有高度靈活性。

igus拖鏈系統產品開發經理Andreas Hermey進一步表示：「e-skin flat是半導體和面板等電子產業領域裡，機器人和其他自動化系統的理想無塵室拖鏈選擇，且因為非常耐磨，使之空氣中的微粒污染不再是問題。」

由於迄今igus對於在長期高強度使用後的高動態工程塑膠顆粒磨損程度還不清楚，還特別打造出目前在業界獨一無二的測試裝置，於核心採取三個層流箱，並配備了高性能的過濾網，可以在無污染的空氣中，測試持續運行了100多分鐘而磨損的拖鏈系統及周圍空氣中的顆粒濃度。Hermey說：「即使經過6,000萬次往返次數，e-skin flat仍符合最高級的無塵室等級要求，為無塵室產業客戶增加了信心。」

Igus還在與 Fraunhofer IPA合作建立無塵實驗室中，進行一項前所未有的業界測試，即連續使用1.5年和6,000 萬次往返測試後，e-skin flat仍然可在移動生產中對動力和數據電纜進行可靠引導，且符合最高無塵室等級DIN 14644-1標準的ISO 1級要求，即所有無塵室零件供應商的產品，皆必須達到每m³空氣中不得含有超過10個0.1μm的顆粒來證明其耐磨性。

值得一提的是，igus長期以來也關注節能減碳議題，為達成ESG理念所做相關貢獻，例如：近年來積極推動「chainge改變計畫」回收拖鏈、植樹計畫等，無論是任何品牌、材料廢棄拖鏈，都可協助客戶寄送回收，還可獲得igus提供優惠券，為「投資我們的環境，共同愛護地球」一同做出改變。

圖4 : 模組化的e-skin扁平無塵室拖鏈即使在連續使用一年半和6,000萬次往返次數後仍能保持最高的無塵室等級。（source：igus GmbH）

結語

縱使當前因為歐美各國長期投入節能減排工作既早也深，又有全球率先實施碳關稅的「地主優勢」，導入進口設備看似合理。但台灣也有最先進的半導體製造場域、最積極投入綠色製造的客戶，在地設備業者的具備相對優勢，在於可以就近、快速與客戶合作，了解產業需求並超前部署。若能透過工具機、電子設備產業有效交流，建立共通標準並打造供應鏈體系，「以大帶小」轉型，率先在半導體場域升級綠色智慧工廠，將可收事半功倍之效。