半导体行业机械手臂 研究报告 转

機械手臂於電子產業和半導體產業的新應用電子零組件和半導體產業和自動化生產二者關係緊密，相互影響，當電子零組件愈往小尺寸發展，且對無污染的要求愈來愈高時，更需仰賴自動化生產以達到此要求。為因應電子零組件和半導體產品往小尺寸發展趨勢，自動化機械設備也朝小尺寸和多功能的方向發展。北美洲DENSO Robotics (電綜公司)自動化機械銷售經理Peter Cavallo表示，速度和準確性是進行電子測試的關鍵，隨著電子零組件尺寸規格愈來愈小，自動化機械設備也需要能夠準確地在其進行工作。【多軸機械手臂的崛起(Changing to Delta)】為符合電子零組件和半導體產業對於速度和準確性的要求，系統整合商建議終端使用者增加對多軸機械手臂(Delta Robot)的投資。Progressive Machine and Design銷售經理Garry Sperrick表示，高速機械手臂常用於最終生產線的異型裝配，而多軸機械手臂因具備高速之優勢，故有取代水平多關節機械手臂(SCARA Robot)的趨勢。FANUC(發那科)美國分公司銷售經理Christopher Blanchette也看好多軸機械手臂未來應用於電子和半導體產業的發展潛力，並認為高速的多軸機械手臂特別適用於這兩種產業。Blanchette並補充說明，電子設備組裝廠講求速度、整潔和準確性，六軸機械手臂可將零組件重新定位並將其放置正確位置；而多軸機械手臂所具備的高速優勢，將有助於其於電子和半導體產業的發展。雖說多軸機械手臂未來前景看好，但並不表示其他型式或種類的機械手臂將從電子產業或半導體產業內消失。SCARA Robot曾經被認為是唯一可用於電子零組件組裝的自動化設備，隨著垂直關節型多軸機械手臂(articulated robot arm)的發展，未來的在半導體和電子製造業的應用潛力相當被看好。ABB美國分公司產品支援經理Nicholas Hunt說明，垂直關節型多軸機械手臂的速度已接近SCARA Robot，但具備更多彈性及易操作的特性，特別在離線程式的環境使用。雖說垂直關節型多軸機械手臂並不會完全取代SCARA Robot，但讓兩台垂直關節型多軸機械手臂同時進行一項工作時，相當於一台SCARA Robot的工作表現。Precise Automation首席執行長Brian Carlisle則說，在生產電子零組件時，小型桌上型SCARA Robot可應用於垂直和水平的搬移。雖說水平搬移通常是由SCARA Robot進行，但假設在手機製程中，需要將零組件從垂直狀態平移到測試機台時，小型的垂直關節型多軸機械手臂即可執行此動作並且將零組件旋轉至水平狀態放置。Carlisle另外補充，因為SCARA Robot設計簡單且對產品不會造成污染，故常用於半導體組裝。當SCARA Robot被固定於晶圓下方時，空氣會於其下方流通，所以任何產生的塵埃顆粒都會被空氣帶走，不會對晶圓表面造成刮傷。Stubli位於美國南加州的營運經理David Arceneaux聲稱Stubli (史陶比爾)已注意到靈巧及精準的六軸機械手臂於電子和半導體產業的發展應用潛力，並預估未來的五年，六軸機械手臂將廣泛應用於真空工作環境，生產例如有機發光二極體(Organic Light Emitting Diode，OLED)等產品。【精巧但功能強大(Small Power)】隨著自動化機械手臂應用於生產愈來愈小的產品，機械手臂內的電子零組件規格也必須跟著調整。位於美國加州的Adept Technology全球銷售和行銷總裁Rush LaSelle說明在不久之前，機械手臂的控制器尺寸和一個小型冰箱差不多，但現在的控制器已改良為較小型，並將其整合至機械手臂底部以將工廠廠房地板進行更有效的使用。而舉凡降低處理器價格、使用小型電路板、和增加速度及可靠性等特質，都是機械手臂和消費性電子產品所共同具有的特質。ABB公司產品支援經理Hunt表示，規格對於電子業工作環境是相當重要的考量因素，因此ABB已發表一台和桌上型電腦尺寸大小相同的小型控制器；因為電子零組件的組裝廠往往比汽車產業的工作環境小上許多，所以其機械手臂和其控制器自然是愈小愈好。另外，Hunt也強調降低機械手臂整體重量將有助於電子零組件組裝時，更迅速地移動；而速度對於機械手臂而言，除愈快愈好之外，準確性也需相對提升。FANUC經理 Blanchette贊同Hunt的觀點，並強調小型和馬力大的馬達能夠更快速移動，並加速效能。應用於電子產業時，機械手臂主要進行高速但短暫的移動，所以機械手臂的重量對於加速和減速十分重要。而利用塑膠、鋁和碳纖維等先進材料皆能降低機械手臂的重量。【資料管理及資訊溝通(Communications and Data Management)】Ethernet(乙太網路)功能在半導體和電子產業工作流程的重要性與日俱增。來自Progressive Machine & Design公司的Garry Sperrick也對此表達認同，認為機械手臂設備相關電子零組件的發展進步神速，尤其是Ethernet功能。Ethernet讓機械手臂間的操作及溝通傳達變得更為迅速。透過Ethernet，可將不合格產品數量、機器停止運轉原因等各種資訊透過標準SQL語言傳至資料庫以即刻了解產能情況。Ethernet連線具備資料管理的功能，而電子業將資料管理器作為機械手臂使用的技術也愈趨成熟。而隨著平價記憶卡和快速處理器所帶來的溝通技術，將有助於資料管理和追蹤。另外，軟體開發也提供程式設計師需要做高階資料分析的工具，包括追溯零組件的要求和資料庫系統維護。機械設備製造商提供資料庫管理軟體，提供終端使用者建構字串短陣(string matrices)和語法分析資料(parse data)能力，並可利用中央伺服器可運用或是下載儲存至硬碟的檔案存取資料，立即更新生產量資訊。另外連接在機械外殼的裝備，則需要透過更強大的處理器進行即時回饋(real-time feedback)。此處理器的功能為蒐集所有資料、進行數學換算、進而依據其蒐集之資料規劃操作機械。處理器的速度一直在進步而機械的記憶體空間也大量增加，所以資料處理速度也大幅加快。【SEMI/GEM標準】隨著科技進步，半導體無論在產品或生產過程中的使用十分普遍，而半導體產業有鑑於此發展趨勢，制訂一系列的標準供產業遵循。此系列標準是由國際半導體設備材料產業協會 (Semiconductor Equipment and Materials International；SEMI)公布，協助製造商在使用自動化設備產製如太陽光電、平面顯示器、LED、及其他軍用或消費性電子產品等產品時，同時符合國際規範要求。SEMI公布的半導體自動化設備通訊標準(Equipment Communications Standard；SECS I and II)和通用設備模型標準 (Generic Equipment Model；GEM)涵蓋全球自動化半導體生產設備的通訊標準，包括機械設備。【軍事用途Mil Apps】典型的自動化電子零組件及半導體生產和組裝包括軍事用設備，小型的多關節機械可在爆炸環境下安全工作，例如於礦坑、鑿井時裝設彈藥。FANUC 公司Blanchette補充說明，軍用和防衛用的電子產品多包覆於設備內部以達到防震和防熱，但其製作過程和其他產品本質上並無差異。但在過去，軍用設備和消費性電子產品的製程確是大不相同。1990年代中期，美國國防部(Department Of Defense；DOD)廢止30,000則軍用產品的相關適用規範，另採用購買現成產品等較商業化方式進行改良，目的為提供軍方創新和技術開發的橋樑。軍用和消費性產品的差異主要可在使用年限看出端倪。舉例而言，軍用車輛內的電子零組件使用年限為十幾年；但消費性電子產品的生命週期則相對縮短很多。軍用電子產品相對而言較牢固，而其製造過程也需要較高品質和符合嚴格標準的零組件進行產製。因此近年軍用產品相關標準又再次受到矚目，並增加了多樣化的測試方式。【海外市場Offshore】多數電子零組件和半導體製造商因人工便宜，紛紛將廠房移至中國。但最近中國薪資結構的調漲，如偉創力股份有限公司(Flextronics)調漲薪資27%，而福特汽車公司則調漲57%等薪資結構的調整，讓這些當初因為人工便宜的誘因至中國設廠的廠商，開始轉向自動化機械設備生產以合乎生產效益。Precise Automation首席執行長Carlisle表示，過去5年許多手機業者皆移至中國使用人工方式進行組裝；但現在，連中國企業都已開始使用自動化生產方式以解決人工短缺和薪資上漲的問題。而有些在其二三十個工廠生產電腦的大型中國企業，對於自動化需求更是與日俱增。有些企業甚至設置自動化部門以開發其適用於其廠內生產方式之自動化設備。有鑑於此發展趨勢，中國被視為下一個使用工業用機械手臂的最大市場。【市場潛力無窮 Bigger Market Byte】全球景氣漸漸復甦，電子零組件產業已感受到景氣回溫，自動化設備應用也顯著成長；而電腦和手機產業因景氣的好轉，也紛紛將自動化設備應用於組裝和測試等功能。