RFID技術(shù)將助力工業(yè)4.0落地

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作者:林崇銘

2016-05-11 19:38:24

摘自:RFID世界網(wǎng)

2013年4月8日的德國(guó)漢諾威工業(yè)博覽會(huì)(Hanover Fair)中,工業(yè)4 0(Industry 4 0)工作小組提出了最終報(bào)告,工業(yè)4 0也立刻在全世界政府及民間都掀起了不小的風(fēng)潮。

2009年國(guó)務(wù)院總理溫家寶在感知的中國(guó)談話中,首次提到物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things, 簡(jiǎn)稱IoT),之后物聯(lián)網(wǎng)正式被列為國(guó)家五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一,物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)始在產(chǎn)官學(xué)之間風(fēng)起云涌,蔚為風(fēng)潮,紛紛投入大量人力物力。七年后,2016年三月召開(kāi)的兩會(huì),國(guó)務(wù)院總理李克強(qiáng)在政府工作報(bào)告中表示,十三五期間要促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)的廣泛運(yùn)用,更確立物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)的地位。

2013年4月8日的德國(guó)漢諾威工業(yè)博覽會(huì)(Hanover Fair)中,工業(yè)4.0(Industry 4.0)工作小組提出了最終報(bào)告,工業(yè)4.0也立刻在全世界政府及民間都掀起了不小的風(fēng)潮。有工業(yè)4.0, 表示之前還有1.0, 2.0 及3.0,簡(jiǎn)單的說(shuō)法工業(yè)1.0是機(jī)械化,工業(yè)2.0是電力化,工業(yè)3.0是計(jì)算機(jī)化,工業(yè)4.0則是智能化;而欲達(dá)到智能化,則數(shù)據(jù)信息的項(xiàng)目化(Itemized)和數(shù)位化(Digital Transformation) 則是其重要的第一步和基礎(chǔ)。

RFID是物聯(lián)網(wǎng)中最重要的傳感器(Sensor),簡(jiǎn)單的說(shuō),物聯(lián)網(wǎng)是將萬(wàn)物屬性靠RFID及其他傳感器,轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù),經(jīng)整理分析之后,變成有價(jià)值的應(yīng)用服務(wù);由此觀之物聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)4.0兩者互為表里,相輔相成。

在集成電路(IC)制造流程旳后半段,一般也稱為封裝/測(cè)試,或簡(jiǎn)稱封測(cè),比起前半段的芯片制造,盡管各站所使用的機(jī)器亦非常先進(jìn),也高度自動(dòng)化,但流程智能化的程度則相對(duì)落后。在芯片段,已有所謂無(wú)人工廠(Unmanned Factory),在封測(cè)段則要達(dá)到無(wú)人境地,還有一段不短的路要走。

在芯片制造段,從頭到尾都是芯片(Wafer)形態(tài),同一尺寸芯片的流程都使用同一種載具,有標(biāo)準(zhǔn)尺寸,一般稱為芯片盒的FOUP,絕大部份每盒數(shù)量都是固定的25片。 但在封測(cè)段,有各種不同的package,其流程也不盡相同,本文茲以Ball Grid Array(BGA)為代表來(lái)解釋。集成電路在封測(cè)段流程中會(huì)以三種不同型態(tài)呈現(xiàn),分別是芯片,芯元(Chip)及成品(Unit), 因此各段就需要不同的載具,分別是與前段同的FOUP,及Die Bond之后使用,被稱為彈夾的Magazine,及Singulation 之后流程所使用的 Tray盤(pán)(圖1),這使得封測(cè)段制程的數(shù)據(jù)化及自動(dòng)化,相對(duì)復(fù)雜許多,封測(cè)廠站與站之間,目前大部份仍然用人力以手推車搬運(yùn),仍以人工讀取Bar Code方式,做為存貨系統(tǒng)型號(hào)及數(shù)量等這些數(shù)據(jù)的來(lái)源。因此封測(cè)段流程數(shù)據(jù)化及,首先要解決載具的電子卷標(biāo),及儲(chǔ)存柜中電子卷標(biāo)讀取的問(wèn)題。

RFID加速IC封測(cè)工業(yè)4.0 之實(shí)現(xiàn)

圖1 : 封測(cè)段流程中集成電路會(huì)以三種不同形態(tài)呈現(xiàn),使用不同的載具,本圖以不同顏色標(biāo)示。

另外不像芯片段,每盒數(shù)量都是固定的25片,在封測(cè)段每批的數(shù)量,實(shí)際運(yùn)作上并無(wú)法固定,每站儲(chǔ)存柜的存貨盤(pán)點(diǎn)、追蹤也成為另一個(gè)阻礙數(shù)據(jù)化及自動(dòng)化的困難點(diǎn)之一。

針對(duì)封測(cè)段制程中不同載具,數(shù)量不同的問(wèn)題,恒隆科技已成功發(fā)展出鑲嵌在不同載具上的電子卷標(biāo)(tag),設(shè)計(jì)出適合儲(chǔ)存柜的近場(chǎng)天線(Near Field Antenna),發(fā)展出有效的調(diào)整辦法,并已累積足夠經(jīng)驗(yàn),使得封測(cè)段各站皆可借助RFID,達(dá)到流程數(shù)據(jù)化及自動(dòng)化等工業(yè)4.0所揭橥的目標(biāo)(圖2,3)。其中會(huì)碰到的困難及解決辦法說(shuō)明如下 :

1. 在芯片貼片,研磨(Backside Grinding),Die Bond等使用黏性膠帶的各站,誤用膠帶是很多封測(cè)廠都曾碰過(guò)的問(wèn)題,使用UHF RFID解決方案,發(fā)現(xiàn)誤用時(shí)立刻停機(jī)檢視,是釜底抽薪的最好辦法。 黏性膠帶部份,已取得大部份供應(yīng)廠商配合,在出貨前將特定電子卷標(biāo)貼在軸心內(nèi),加上機(jī)臺(tái)上讀取器(Reader)及必要軟件,可根本解決誤用膠帶的質(zhì)量問(wèn)題,及后續(xù)衍生報(bào)癈及賠償?shù)南嚓P(guān)損失。

2. 在封測(cè)段有數(shù)個(gè)需要高溫烘烤的制程,溫度約在200℃左右,所使用的電子卷標(biāo)要能耐得住200℃高溫,有部分客戶是將電子卷標(biāo)連同載具放入烤箱,當(dāng)成該批經(jīng)過(guò)烘烤之證明。

3. 使用的載具中的彈夾(Magazine)及儲(chǔ)存柜都是金屬,是對(duì)RFID 運(yùn)作是最困難環(huán)境,因此電子卷標(biāo)及讀取器天線(第4項(xiàng))須要特別設(shè)計(jì),以達(dá)抗金屬的效果。

4. 各站存貨儲(chǔ)存柜大小不一,形狀各異,且能供安裝RFID讀取器的空間有限,再加上大部份都是金屬材質(zhì),因此設(shè)計(jì)能在狹窄彎曲金屬環(huán)境中使用的近場(chǎng)天線,所謂Leaky Cable Antenna (LCA或稱 Enhanced Surface Wave Guide),再搭配Coupling Cable Line(CCL),Small Radiation Patch(SRP)等的應(yīng)用,方能克服限制。該近場(chǎng)天線并已分別獲得臺(tái)、美專利,中國(guó)部份則審議中。

5. 除了制程,事實(shí)上像無(wú)塵室管制(Clean Room Access Control),無(wú)塵服管理(Clean Room Garment Management),氣瓶管理(Gas Cylinder Management)等非制程的管理項(xiàng)目,亦可借助RFID,達(dá)到更安全,更有效率的目的。

RFID加速IC封測(cè)工業(yè)4.0 之實(shí)現(xiàn)

圖2 : 封測(cè)段流程中使用多種不同的載具,如何讓不同載具可被辨識(shí),是流程智能化的要件,RFID則是最有效,性價(jià)比(Price-performance ratio)最好的傳感器(Sensor)。

RFID加速IC封測(cè)工業(yè)4.0 之實(shí)現(xiàn)

圖3 : 封測(cè)段流程中各站存貨儲(chǔ)存柜,大部份為金屬材質(zhì),形狀各異,空間也有限,因此須要特別設(shè)計(jì)的近場(chǎng)天線,再搭配CCL、SRP等的應(yīng)用,方能克服限制。

RFID加速IC封測(cè)工業(yè)4.0 之實(shí)現(xiàn)

圖 4 : 集成電路封測(cè)段RFID實(shí)際應(yīng)用與效益;其中Front End指Wire Bonding前各站,Back End則指Molding至Singulation各站。

集成電路封測(cè)段RFID應(yīng)用,除了可以建立制程及存貨中每一批(Batch or Lot),每一型號(hào)(Device)在不同站別可辨識(shí)的身份,達(dá)到項(xiàng)目化,再進(jìn)一步構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機(jī),輔以相關(guān)軟件系統(tǒng),即可建立智能化工廠的基礎(chǔ),逐站擴(kuò)充最后就可達(dá)到無(wú)人工廠及無(wú)紙化(Paperless)的目標(biāo),并同時(shí)可提升生產(chǎn)力,確保質(zhì)量, 并提升資產(chǎn)安全的目的,大幅提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

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