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在芯片制造的数千道工序中，使用了大量的半导体设备，如广受关注的光刻机、刻蚀机等，还有一些则扮演了工业4.0下智能工厂的核心组成部分，它们可能没有前述这些设备那么受关注，但在芯片制造环节中扮演了重要角色，AMHS设备就是其中之一。
AMHS（AMHS Automatic Material Handling System），全称为自动物料搬运系统，顾名思义它就是用来搬送物料的一套系统，其核心特点是高度自动化，高速运转，高可靠性和高安全性。在晶圆制造工厂中，规模化、生产系统效率最优化、良率是最重要的指标。其中通过设施布局和AMHS系统设计，可以达到人流、物流和信息流的畅通。
由于晶圆制造厂工艺流程复杂，区间布局非常重要。目前12吋晶圆厂已打通了全自动化物流搬运，即通过传输设备（主要是OHT（天车）集群系统）达到tool to tool的高效搬运；通过存储设备设置缓冲区，存放待加工的晶圆盒或者光罩盒，提高设备利用率；通过净化设备对晶圆盒或者光罩盒冲入特殊气体，满足先进工艺节点进一步提高良率的需求。
这一系列的设备都是通过MCS软件完成高效的调度，通过集群调度盒数据不断优化，实现制造规划、控制和运行同步。
目前，随着半导体晶圆厂、液晶面板厂等工厂的生产智能化、精细化程度的提高，传统人力成本的提升，以及他们在各个机台间进行人力搬运的生产效率和生产质量都达到了一定的瓶颈，而AMHS系统所具有自动化、高效率、高稳定性以及智能化等优势也越来越受现代工厂的青睐。
尤其在中国市场，随着我国半导体产业的快速发展，对于AMHS系统的需求也大幅增长。根据阿谱尔（APO Research）的报告《2022-2028年全球与中国半导体加工用AMHS市场：增长趋势、竞争格局与前景展望》显示，中国（含台湾地区）市场在过去几年变化较快，2021年市场规模为17.19亿美元，约占全球的65.03%，预计2028年将达到31.48亿美元，届时在全球市场中占比将达到66.05%。
但目前的AMHS市场长期由日韩企业所垄断，目前全球半导体行业使用的AMHS系统90%以上都来自日本大福和村田，这两家公司占据了高端市场的绝大部分份额，特别是12英寸晶圆厂市场几乎被他们所垄断。
而随着近几年中美贸易摩擦的一再加剧，美国甚至联合其盟友一起对我国高科技领域进行封锁，半导体供应链安全问题也越来越受到重视。近几年我国也加大了对于半导体产业的投资，并提倡关键设备的国产化替代，AMHS设备作为也被卡脖子的半导体设备之一，近几年的国产化进程也在不断加快，同时也涌现出了一些可以初步实现国产替代的公司，弥费科技就是其中最具代表的公司之一。
打造四大“护城河”技术
成立于2014年的弥费科技最初主要为海外设备公司提供技术服务，而后在2018年开始自主研发AMHS系统，在短短六年的时间内，就取得了不俗的成绩，弥费科技首席技术官李宏伟表示：“这主要源于我们的四大“护城河”技术。
第一是正向设计研发体系，通过基于IPD的全价值链多代样机正向设计体系。这种设计体系注重产品的整体规划和设计，从产品的概念设计到详细设计，再到样机的制造和测试，每一步都是基于上一步的结果进行优化和改进。这种设计体系的优势在于能够更好地控制产品的设计过程，减少设计错误和返工，提高设计效率和质量。并且完全自研可控，满足顺应市场趋势不断优化迭代的需求。”
第二个“护城河”是创新专利体系。在AMHS设备领域，日韩厂商因为起步较早，占据了先机，所以对于后来者可能需要有一些专利壁垒需要跨越。李宏伟表示：“我们对于专利的积累从一开始就下了很大的决心，从2018年开始研发的第一天起，就开始进行专利的申请。我们非常重视在这一块的布局，不仅是在国内，我们在国外也进行了积极的布局，如新加坡、马来西亚、中国台湾以及欧洲等。目前，通过短短五年的积累，我们的专利数量已经接近240个，其中55%都获得了授权，而且60%为发明专利，20%左右为海外专利。现在我们每年都会保持大约50-60个的专利申请量。”
“另外，我们也将专利的检索、分析、规避以及审查都融入到我们新产品的开发流程中，我们的专利部门会跟产品研发团队协作，从产品研发阶段就规避可能产生的专利问题。”李宏伟补充到。
第三是基于先进的数据和算法，开发智能化决策支持系统，为晶圆制造厂提供实时、精准的决策支持。该系统能够对生产过程中的各种异常情况进行实时监测和分析，预测潜在的风险和问题，并提出解决方案，从而提高生产效率和产品质量。
第四是开发全自研控制平台，不仅实现了集成化统一嵌入式板卡控制，还通过更强大的计算和处理能力，能够执行复杂的算法和数据处理任务。大幅提高系统的稳定性和可靠性，同时降低故障率，提高设备的运行效率。
国产化突破难点在哪？
在国内半导体设备国产化替代的趋势下，AMHS是具有替代潜力，也是增长潜力巨大的市场之一，根据阿谱尔（APO Research）的上述报告分析，AMHS是晶圆厂最大的单笔投资之一，约占固定投资的3%。一条8英寸产线AMHS投资约1000万美元，12英寸产线投资高达3000万美元。
无疑，这一块市场蛋糕是诱人的，所以近几年进入这一领域的企业也越来越多，虽然完成了一些系统和零部件的国产替换，但同质化问题依然严重，即“内卷”激烈。
那目前在AMHS设备领域还有哪些系统还没有完成国产化替代，需要突破呢？李宏伟表示：“首先，由于整个AMHS系统直接影响晶圆厂的运转效率，晶圆制造厂只有达到了规模化生产和365天，每天24小时不间断的精度要求，晶圆制造厂才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。因此，晶圆制造厂对AMHS系统的稳定性和可靠性有着极高的要求，客户的信任和准入是非常高的门槛。
其次，大集群搬运的可靠性和效率实战。AMHS系统需要保证众多搬运机器人或设备的协同作业，任何一个设备的故障或异常都可能导致整个搬运过程的延误甚至失败。因此，系统必须具备强大的故障检测与处理能力，确保整个集群的稳定运行。大集群搬运的可靠性和效率实战是一个综合性的问题，需要我们在技术上进行一系列的优化和创新。
再次，面对国际厂商先发优势的专利布局和封锁，我国企业需要继续加大创新力度，突破关键技术，同时要在专利布局方面做好战略规划，以实现从“跟跑”到“并跑”乃至“领跑”的转变。
李宏伟表示：“幸运的是，近几年，国家在政策上支持国产化，国内的一些领先晶圆厂也都开始选择使用一些国产化的设备，这是一个很好的发展契机。”
定制化方案，满足不同产线需求
不同的工厂它们对于AMHS设备的需求也不同，即使是12寸晶圆厂和8寸晶圆厂，也不尽相同。李宏伟表示：“虽然工作原理是相同的，但他们的轨道架构不太一样，8寸晶圆厂的架构相对来说简单一点，特别是岔路的数量和类型，整体的搬运效率比较低。而12寸晶圆厂轨道布局非常复杂，十几种类型的岔路和弯轨，还有高低轨道搭配，并配置了升降机，对系统复杂程度提升很高的难度；另一个区别在于运输速度上，12寸晶圆厂的产能大幅提高，这对于搬运效率的要求也更高了，这也让整个系统的复杂度提升，需要配置更多的传感器、激光雷达等产品，另外，对天车的调度算法也更加复杂了。”
弥费科技可以针对不同的工厂以及不同的产线提供定制化的产品。李宏伟表示：“现在大部分的工厂都要求分阶段建设，所以我们需要给到客户一个全局的规划的同时，还要满足他们不同发展阶段的更新要求，实时调整合作方案，也及时解决他们一些诉求和问题，这是一个长期的服务客户的过程。”
近期，弥费科技已在两家12寸晶圆厂完成AMHS系统的验收，成为了国内首家在晶圆厂领域打破海外长期垄断的国产AMHS供应商。
写在最后
毫无疑问，AMHS将是一个具有增长潜力的市场，且国产替代在未来几年也会加速。李宏伟认为，这一替代过程会在未来三年之内完成。另外，人工智能也会在这一领域掀起第二波技术竞争，而这一竞争还是需要基于过去所积累的足够的数据量，才能尽可能地进行完善的训练，以提供真正智能化的产品和技术。
对于中国市场来说，国产替代化只是第一步，后续的竞争才是真正的主场。而弥费科技的雄心壮志不止于国内市场，李宏伟表示：“我们的目标是在2026年成为全球第三的AMHS系统提供商，能够与国际领先厂商同台竞技。”
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