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晶圓儲運自動化先行
加快形塑半導體生態系

【作者: 陳念舜】   2023年04月21日 星期五

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回顧自2019年以來,受到中美科技戰加劇、後疫時期供應鏈瓶頸,讓台積電也不得不陸續擴大在台灣及美、日等地設廠投資,並看好上下游設備與零組件、系統供應鏈榮景,又以能切入後段晶圓儲運自動化系統者優先。



即使2022年下半年起因為市況驟變,庫存去化不及,連累上游晶圓廠擴產作業同步降溫。台灣也因為半導體廠商擴增先進製程、5G與綠能設施持續布建,加上國際科技大廠擴大投資及台商回流挹注,帶動台灣固定投資持續走升。依經濟部統計至2022年突破6兆元,達6兆2,700億元,實質成長6.2%,2018~2022年平均每年成長8.2%,成長力道明顯優於2013~2017年間的3.3%。


最明顯的差異在於,過去台灣投資大多以營建工程占比最高,機器及設備居次,惟近年來因半導體廠商及綠能產業持續挹注,帶動機器及設備投資成長力道強勁,占比逐漸攀升,2022年升至37.5%,超越營建工程的36.1%。


除了台灣高科技業者持續擴充設備及提升製程,加上台商回流投資效應,2022年資本設備進口753億美元創歷年新高,年增9.2%為連續5年正成長。其中半導體相關設備進口363億美元、年增13.3%,約占資本設備進口48.3%為歷年最高。


現今台灣只要有針對半導體製程技術的投資,都會影響國內外半導體設備大廠如應用材料(Applied Materials ,Inc.)、科磊(KLA Corporation)、科林研發(Lam Research)及荷商艾斯摩爾(ASML Holding N.V.)、東京威力科創(TEL)的營運和市場規模。



圖1 : 台灣半導體相關設備2022年進口363億美元、年增13.3%,占資本設備進口48.3%為歷年最高。(source:財政部)
圖1 : 台灣半導體相關設備2022年進口363億美元、年增13.3%,占資本設備進口48.3%為歷年最高。(source:財政部)

2022年半導體設備銷售再創新高 兩岸市場成長不墜

根據國際半導體產業協會(SEMI)最新統計,受惠於上半年全球半導體景氣仍維持熱絡狀況,以及地緣政治壓力下,促使晶圓代工廠開啟擴產及新建廠房計畫,仍舊讓全球半導體製造設備全年銷售金額達到1,076億美元、年增5%,再度創下歷史新高。


其中前三名依舊由中國大陸、台灣及南韓包辦,顯示大陸市場雖受到中美科技戰造成半導體設備投資放緩、年減5%,卻仍憑藉總額283億美元連續3年拿下全球最大半導體設備市場寶座;其次為台灣市場增加8%、達268億美元,已連續4年走揚;南韓設備銷售則減少14%、降為215億美元。


SEMI進一步剖析半導體設備在各個應用領域現況,2022年全球共計167座晶圓廠擴充產能,其設備支出比重約占整體設備支出超過84%,又以晶圓代工業者占53%最大宗、記憶體業者約占32%。其中全球晶圓製造設備銷售額小漲8%、其他前段相關設備也小幅成長11%;晶片封裝設備需求則未能延續2021年的強勁成長,在2022年出現19%跌幅、測試設備總銷售額也較去年下降4%。


台灣半導體大老發聲 期待打造半導體設備生態系

然而,面對美國近年來加強對半導體設備、原物料出口管控,過去半導體零組件在中國大陸製造的生態可能發生轉變。身兼台灣半導體產業協會(TSIA)理事長的台積電董事長劉德音,日前也公開呼籲政府應趁機投入更多獎勵研發創新的經費與資源,引領產業升級,藉以掌握上游關鍵技術能力,建構半導體產業生態系。


劉德音進一步指出,台灣半導體產業雖然在生產製造的技術領先全球,但為了繼續在晶片競賽中保持領先優勢,仍須積極發展產業生態系上游的自主關鍵技術;同時利用台灣堅實的電子、工具機、機械、塑化等相關產業的極高潛力發揮綜效,於台灣生產更多對晶片製造至關重要的先進設備與高階材料。


例如目前在矽晶圓上生產半導體的前段製程中的自動搬運機與機器人,就在製程的串接上發揮了很大的功用。包括從晶圓倉庫到生產線、半成品晶圓在無塵室內不同製程間移載;或是於同一製程內,經過某裝置裝/卸載,甚至是將完成的晶圓搬運到下一個檢驗製程等作業。



圖2 : 在半導體前段製程中的自動搬運機與機器人,在製程的串接上發揮了很大的功用。(source:達明機器人)
圖2 : 在半導體前段製程中的自動搬運機與機器人,在製程的串接上發揮了很大的功用。(source:達明機器人)

依台灣電子設備協會(TEEIA)近期發表產業白皮書指出,2022年台灣電子設備產值已超過新台幣4,000億元,其中半導體設備產值1,424億元、顯示器設備產值1,011億元。包括半導體自動化設備的京鼎、盟立、迅得;半導體濕製程設備的弘塑;半導體廠務系統與整合商的帆宣、信紘科,前者還以EUV次系統代工獲ASML認證。未來台灣半導體設備廠商朝向符合class 1等級高精度、耐震、防塵的目標邁進應是趨勢,形成競爭力的關鍵。


後段儲運自動化設備先行 台廠進口替代有成

近年來半導體製程設備商為了讓自己的產品更有競爭力,也會朝向提供半導體製造商更為整合功能的解決方案。如盟立自動化公司的自動化設備品項眾多、產業應用層面廣,則主要提供無塵室製程間的搬運、輸送和儲存的物流設備與資訊系統控制器。


基於製程間搬運距離長,為了確保在高速移載過程中不致產生灰塵、振動、噪音等狀況,通常會採用磁浮動力驅動的空中走行式無人搬運車(Overhead Hoist Transfer;OHT)、空中無人搬運車(Over Head Shuttle;OHS)、空中自動搬運(Over Head conveyor;OHCV)、移動機器人(Mobile Robot;MR),以及潔淨自動化立庫、光罩潔淨立庫等,藉此在站點之間搬運晶圓盒,但是OHT在前端製程屬於固定型式,必須占用一定空間來架設軌道運行。



圖3 : 為了確保在高速移載過程中不致產生灰塵、振動、噪音等狀況,通常會採用磁浮動力驅動的OHT系統,必須占用一定空間來架設軌道運行。(source:muratec-usa.com)
圖3 : 為了確保在高速移載過程中不致產生灰塵、振動、噪音等狀況,通常會採用磁浮動力驅動的OHT系統,必須占用一定空間來架設軌道運行。(source:muratec-usa.com)

盟立因為看好半導體自動化市場發展性高,潛在市場規模是面板自動化設備的10倍以上,近年來也積極發展半導體自動化解決方案,包含無塵室晶圓倉儲自動化系統、自動導引運輸車、機器人應用系統等,主要搭配製程自動化設備,包含晶圓卡匣取放系統,具備高潔淨度,以/避免人工作業污染及作業風險;電腦作業料帳清楚,上下游資料傳送精確等好處。


自2019年下半年始將重心轉移到半導體上,以取代面板業遺失的訂單產能。其中半導體自動化設備以OHT、工業機器人為主,可配合客戶製程搬運。在台灣半導體龍頭大廠自2020年宣布率先開發全球首創「晶圓倉儲自動化搬運系統」,並陸續導入所屬不同晶圓廠應用,即是由盟立包下,並擠下原先日系供應商村田(Muratec)、大福(Daifuku)。


除了首度切入封測大廠供應鏈,盟立近期也積極往上游拓展客戶,目標在將半導體自動化設備占營收比重逐步提升,可望打破目前OHT市場由日本設備商壟斷的局面。待未來在台灣取得導入實績後,將把銷售模式複製至其他市場,如大陸半導體產業正加速自主發展過程中,盟立將取得更多機會,成為業績新成長動能。


迅得機械則從1999年成立之初,即以經營PCB產業自動化設備為主,並成為德商SCHMID旗下子公司,由母公司主導產品研發策略,逐漸成為產業自動化龍頭大廠,開拓不同產業的自動化市場。隨著數位製造技術不斷演進,迅得也逐步將自動化的核心技術應用升級,與影像視覺、無線通訊、巨量資料(Big Data)處理、機器人、自動導引車等系統整合應用,為製造業搭建工業4.0無人工廠。


到了2014年母公司完全釋股後,迅得必須重新定位,發展符合市場需要的產業技術。於2014~2015年間開始進入「轉型發展期」,經過充分評估自身技術能力與瞭解客戶的市場需求後,認為未來製造業發展趨勢將圍繞著晶片(IC)發展,所以決定投入研究半導體生態系及應用,當時預估該產業五年後(2014~2020)複合成長率可望達到3.8%。


因此從印刷電路板(PCB)產業逐步向上游延伸,並陸續取得半導體產業S2認證,切入晶圓代工及封測龍頭大廠供應鏈,5年內營收從20億元倍增至50億元,20年來複合成長率達到15%。等到進入「價值創造期」之後,迅得成功採取PCB、半導體產業雙引擎策略奏效。2022年營收達57.61億,其中與半導體相關產業營收比重,如IC製造(10%)、封裝(6%)、載板(46%)等合計逐年增至62%,2026年即將邁向營收百億元目標。


迅得機械半導體事業群總經理黃發保表示,該公司第一具引擎係藉由階段性導入工業4.0,打造PCB智慧製造系統,再通過IoT蒐集多種資訊上傳,實現整廠無人化應用;第二引擎則針對半導體產業需求,利用核心多功能工業機器人結合智慧8”/12”晶舟儲存、智慧搬運控制系統等。進而導入高階半導體載板產業,可依客戶端主製程需求,提供自動化搬運系統(AMHS),包含無人化搬運的投收板設備,以及透過智慧製造軟體(RCS+ACC/WMS/ILIS)通訊/監控的的產線倉儲設備。


如今迅得在半導體封測產業提供關燈智慧工廠整合方案,包含有軌導引搬運車(RGV)、升降機構、輸送流道、自動倉儲串接自動供料系統,經過多年來發展已滿足客戶製程內需求。接下來還會新成立AMHS新事業單位,加速開發軟體,可對接客戶端不限品牌或設備硬體或各層級系統。



圖4 : 迅得因採取PCB、半導體產業雙引擎策略奏效,2022年營收達57.61億。其中與半導體相關產業營收比重逐年增至62%。(source:SAA)
圖4 : 迅得因採取PCB、半導體產業雙引擎策略奏效,2022年營收達57.61億。其中與半導體相關產業營收比重逐年增至62%。(source:SAA)

同時針對半導體晶圓產業提供倉儲系統,以達到智慧物流目標。迅得自從2017年起協助台灣半導體龍頭大廠導入後,已陸續完成開發微型倉儲+機器人,跨足創新應用市場,在智慧物流搭配軌道搬運/智能派車系統,並利用硬體整合智慧化管理搬運晶舟。並在2022年成功開發長500mx寬1.5m,可收納200格以上載具、客製化尺寸的標準倉儲,開發速度之快在業界少見。


黃發保進一步指出,由於該倉儲占地面積最小僅4.2m2、儲位數量及密度最高,得以充份利用OHT的自動供料系統,安置在軌道間的畸零地,或產線邊製程設備附近,提升軌道輸送、產能效率和減少塞車時間。現已獲得客戶700座以上廠房實績,未來還能針對客製化需求鑽研開發晶圓所需多樣存放載具、擴充功能。


並將之置於所有廠區的主幹道,因應客戶未來每座廠內約有100~150座標準倉儲應用;搭配開發許多週邊商品,在同一面積內提升高度和儲存密度,協助歐日系統銜接與溝通;通過微污染防治認證,避免儲存與擺放在實驗室內的藥液洩漏。未來迅得也會持續與友好同業合作,開發新應用及產品提升價值,擴大與外商差異化,最終成為半導體業倉儲系統的獨家供應商。


最後黃發保總結迅得的半導體轉型策略,共聚焦4大關鍵工程,包括:外部鏈結龍頭客戶共生圈、在地化產業結盟;內部再造以技術實力導向,唯有加強研發投入及策略,才能打破美日設備主導的現況。



圖5 : 迅得機械半導體事業群總經理黃發保表示,在半導體封測產業提供關燈智慧工廠整合方案,已可滿足客戶製程內需求。接下來還會新成立AMHS新事業單位,加速開發軟體。(攝影:陳念舜)
圖5 : 迅得機械半導體事業群總經理黃發保表示,在半導體封測產業提供關燈智慧工廠整合方案,已可滿足客戶製程內需求。接下來還會新成立AMHS新事業單位,加速開發軟體。(攝影:陳念舜)

地緣政治衝擊供應鏈轉移 產官須同心以對

惟應該留意的是,在台積電宣佈2023年首季營收不如預期,終開始修正營運藍圖,大動作進行建廠與產能計畫調整。除了承受大國壓力的美日兩地新廠2023~2024年仍持續進行,在台新廠將全面轉為「不急,慢擴」策略。


根據半導體供應鏈透露,台積電近期傳出在台灣的高雄、南科、中科與竹科等多個擴產計畫將全面放緩或產能重新調配,已有廠房工程承攬與廠務、設備機台與材料等業者,接獲工程進度與拉貨延後0.5~1年的通知。預計2025年量產的竹科寶山、中科2奈米晶圓廠,應會延後2026年才會放量;另包括南科與竹南的先進封裝前後段與測試產能規模也縮減,恐將衝擊全球設備、材料供應鏈。


TEEIA榮譽理事長、前均豪董事長葉勝發進一步指出,現今影響半導體產業4個最重要的因素,包含:製程、人才、設備與材料。但在中美科技戰爆發以來,目前全世界爭搶半導體手段已從產業提升到國家戰略層級。因美國將設備、材料與人才堵住,使大陸企業發展跟不上還每況愈下;加上各國都競投重金於半導體產業,台灣已在設備與材料、資金發展上落後於世界,倘若政府不能跟進的話,他對於台積電未來能否持續領先,將抱持審慎悲觀的態度。


在TEEIA最新公布的白皮書中也聚焦3大主軸,包括:國際供應鏈在地化、推動次世代半導體發展及打造淨零永續生態圈等。建議政府應擴大如產業創新條例第10條之2、第72條修正草案等施行範圍規模,擴大政府半導體設備投資金額,協助連結半導體客戶需求與在台設備供應鏈,達成2025年半導體前段設備自給率5%、後段設備30%的目標。


並希望未來台灣在半導體設計、製造與封測上持續領先,同時帶動材料與設備發展;引進國外技術與人才,培育本土企業國際化,力拼2030年台灣電子設備產值超過1兆元的水準。


TEEIA理事長林士青坦言,由於半導體新設備都需要認證,現今設備業投入半導體領域最大困擾,在於客戶願否協助發展!除非研發主管和總經理願意支持,否則一般工程師不願意承擔風險用國產設備,這就需要政府鼓勵客戶願意和設備廠商一起練兵,提高設備的國產化。


另外,在貿易衝突下,各產業前進海外設廠,供應鏈轉移過程中,要面臨各國語言、法律、文化等各種挑戰,一家業者單打獨鬥很辛苦。如果能以大廠為首,串連起供應鏈相關廠商,以「科技園區」的概念,母雞帶小雞攜手前進海外,或是政府領頭與當地政府進行協商,不論是工業用地取得、水電基礎設備爭取更好的條件。


**刊頭圖(source:台積電)


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