摘要：封测处于半导体制造的后道，可分为先进封测和传统封测两部分，本文主要对自动物料搬运系统（AMHS）在封测领域的应用进行深入探讨，通过对晶圆厂与封测厂AMHS的异同进行对比，剖析了封测厂工艺及生产制造特点以及封测厂构筑AMHS的难点和痛点，并针对先进封测和传统封测

封测处于半导体制造的后道，可分为先进封测和传统封测两部分，本文主要对自动物料搬运系统（AMHS）在封测领域的应用进行深入探讨，通过对晶圆厂与封测厂AMHS的异同进行对比，剖析了封测厂工艺及生产制造特点以及封测厂构筑AMHS的难点和痛点，并针对先进封测和传统封测分别提出AMHS解决方案，最后总结AMHS带来的价值。科学规划和有效实施AMHS，能显著提升封测制造的效率、质量和竞争力，是封测产业升级的关键路径。

引言

半导体制造工艺复杂，技术难度高，具有高精密、高洁净、高效率等要求，被誉为制造业皇冠上的明珠。在半导体产业蓬勃发展的当下，智能制造成为提升产业竞争力的核心驱动力。自动物料搬运系统（Automated Material Handling System,AMHS）作为半导体智能制造的基础支撑和重要组成部分，正深刻改变着制造管理理念，从传统的“以人的管理为核心”转变为“以系统管理为核心”。尤其在半导体封测环节，AMHS 的应用对于提高生产效率、降低成本、保证产品质量具有重要意义。

半导体AMHS市场应用概况

1.晶圆厂

晶圆厂在半导体制造中处于前道，生产规模大，对生产的精度和效率要求极高。目前，不同尺寸晶圆厂的AMHS应用情况有所差异。

12英寸晶圆厂由于工艺流程长，物料搬运量巨大，每天的搬运量可达到20万次以上，靠人力已经难以实现。另外，12英寸晶圆载具满载重量超过10千克，人力无法适应高强度搬运的要求，因此AMHS已经成为12英寸晶圆厂的标配。目前，全球12英寸晶圆厂采用的AMHS，除韩国三星公司采用自己子公司SEMES的系统外，其他市场全部被日本大福和村田垄断，中国在AMHS技术领域面临“卡脖子”风险。

8英寸晶圆厂就搬运量和载具重量而言，人力搬运可以满足生产的要求，虽然也有部分工厂导入AMHS，但整体自动化率较低。随着人力管理的痛点越来越突出，以及效率和成本的压力增大，新建的8英寸晶圆厂基本都会导入AMHS，而且8英寸晶圆厂存量改造采用AMHS也逐步成为一种趋势。

6英寸晶圆厂由于技术相对成熟、产品利润空间有限，AMHS的应用比例较低，部分采用AGV/AMR实现局部的自动化。

2.封测厂

封测处于半导体制造的后道，可分为先进封测和传统封测两部分。

先进封测工艺，大部分与晶圆厂类似，对AMHS的技术要求也同晶圆厂一样，包括精度、振动、洁净度等。随着摩尔定律的逐步失效，先进封测成为提高芯片性能的有效方法。根据Yole的数据分析，2024年全球先进封装市场总收入为519亿美元，预计到2028年将达786亿美元，2022～2028年的年化复合增长率为10.05%；中国先进封测市场正以18.7%的增速领跑全球，显著高于全球10.05%的平均水平，必将带动AMHS在先进封测领域的应用。

成川科技率先突破封测AMHS市场

传统封测工艺，采用打线工艺，技术成熟，市场规模较大，但在AMHS应用方面，除少数全球大厂以外，几乎处于空白状态。企业主要采用AGV/AMR实现局部物流自动化，难以构建整线自动化。其主要原因在于封测自动化障碍多、难度大，缺少适合传统封测工艺的AMHS整体解决方案，而且封测厂利润相对微薄，对成本更为敏感，观念上还没有接受价格高昂的AMHS。

近年来，随着韩国三星等公司在封测自动化领域的探索，以及以成川科技为代表的中国供应商的努力，封测AMHS在技术上逐步成型，也让很多封测厂逐渐认识到AMHS在提高生产效率、降低人力成本等方面的重要性，应用比例呈缓慢上升趋势。

晶圆厂与封测厂AMHS对比

晶圆厂与封测厂的AMHS，都是由硬件设备和软件控制系统组成，硬件包括搬运设备（如OHT天车系统、AGV/AMR、传输线）、存储设备、净化设备等，软件包括物料控制系统（MCS）和设备调度系统（OCS、SCS、ACS等）。其中，硬件设备都是相同的，并没有区分是晶圆级还是封测级，只是由于应用场景不同，也存在各自的特点，面临不同的挑战。晶圆厂与封测厂对AMHS的需求比较，见表1。

表1 晶圆厂与封测厂对AMHS的需求比较

以晶圆厂为例，因为工艺复杂，搬运量极大，一个中型FAB厂每天的搬运量超过20万次，一般天车数量超过300辆，超大晶圆厂的天车数量甚至超过5000台，轨道长度基本也在20公里以上。但晶圆厂工艺和设备相对标准，工艺规划比较简单，其面临的最大挑战是大规模车辆的调度系统。

天车直接在OHB上取放存储的载具Magazine

而在封测厂，虽然工艺流程较短，搬运量不大，但是物料载具有很多种类，外形和重量差异很大，而且工艺和设备不标准，工艺流程汇集和分散特征明显。这些特性对于AMHS整体规划方案提出很大挑战，需要根据不同的工艺特性选用最适合的搬运设备。

封测厂工艺及生产制造的特点

1.封测厂工艺概述

封测厂工艺主要包括先进封测和传统封测。随着摩尔定律的逐渐失效，先进封测成为提升芯片性能的重要手段，未来具有广阔的发展前景。

典型的先进封测工艺如下：

（1）倒装芯片封装（Flip Chip）：通过将芯片有源面朝下，以倒装的方式与基板连接，大大缩短芯片与基板之间的互连距离，提高电气性能和散热性能；广泛应用于高性能处理器、图形芯片等领域。

（2）晶圆级封装（WLP）：在晶圆层面进行封装，无需切割成单个芯片再封装，有效缩小封装尺寸，提高集成度；常用于手机芯片、物联网芯片等。

（3）2.5D/3D封装：通过硅通孔（TSV）等技术实现芯片在垂直方向的堆叠，大幅提高芯片的集成度和性能，是未来高性能计算、人工智能等领域的关键封装技术。

传统封测主要包括引线键合、塑封等工艺。引线键合是将芯片的电极与基板通过金属丝连接，是一种成熟且应用广泛的封装方式。塑封则是用塑料封装材料将芯片包裹保护起来，提供机械支撑和电气绝缘。

2.封测生产制造特点

离散型生产形态：封测厂生产呈现离散型特点，工艺设备按照工艺流程分布，单台设备独立布置。同一工艺设备集中在特定区域，但各工艺设备数量不同。例如，测试设备数量较多，以满足大规模生产的测试需求；而贴片机数量相对较少，根据生产规模合理配置。

物料搬运持续汇集或发散：不同工艺段的设备产能存在很大差异，因此设备布局存在不同工艺设备数量差异极大的特性。如，W/B设备数量大，物料搬运呈现发散状态，但OVEN、PLASMA设备数量很少，物料搬运成为汇集状态。

工艺流程复杂：整体工艺流程顺流进行，但随着半导体封测工艺越来越复杂，工艺回流现象增多。如多层堆叠工艺，要求物料在两个工艺间反复来回。

产品和载具多规格多形态混合：产品从晶圆、PCB到封装后的成品，形态变化大；不同工艺采用不同的搬运载具，载具的形状和重量也不相同，主要载具包括FOUP，Cassette，Magazine，Tray，Reel等；生产形态多变，产品在载具中经常发生分散和合并，尤其残量LOTS频发，增加了管理的难度。

天车搬运载具Cassette

封测厂AMHS 实施的难点与痛点

目前，封测厂内的AMHS应用刚刚起步，大部分还处在市场空白的状态，造成这一状况的根本原因在于封测厂在实施AMHS时会遇到诸多难点和痛点，具体包括：

1.布局规划按照手动方式布置，物流动线不合理，布局变动频繁，上下料口位置布置随意。

2.建筑及设施条件限制，层高不足，天花板结构承重不足。

3.设备不适合自动化要求，上下料口不能直接对接天车，通讯无法建立。

4.OSAT的客户需求变化大，不同客户产品工艺不同，产品换型多。

打线设备上下料口改造后载具与天车直接对接

针对这些难点和痛点，需要研发适合封测厂需求的AMHS整体解决方案，包括适配的硬件设备、定制化的整体规划、AMHS与生产设备以及工艺的融合，同时满足柔性化生产的需求，才能真正推动封测厂制造和物流的升级。

封测 AMHS 解决方案

1.先进封测

先进封测AMHS解决方案

先进封测，以Bumping工艺为例，其前道工艺类似于晶圆制造，主要的搬运载具是标准FOUP，设备标准化程度较高，具备通讯和自动生产的功能，大部分设备符合SEMI的标准，适合采用标准的FOUP天车进行搬运；从测试工艺开始，载具开始变化，就需要采用专用天车进行搬运，并根据不同工艺段搬运量的不同，设计不同的轨道满足搬运的要求。

2.传统封测

传统封测AMHS解决方案

传统封测工艺比较复杂，以前一般采用AMR实现物料的搬运和自动上下料。但是采用AMR存在很多弊端，包括搬运量受限、人员干扰、占用洁净室空间、存在安全隐患等方面。随着天车系统发展，键合工艺以前的前道（FRONT）工程采用天车搬运是更好的解决方案；塑封到切割工艺采用天车或者空中传输线的方案；老化测试，由于物料重量大，需要采用重载AGV进行搬运；到测试段，又可以采用天车或者传输线的方案。整体而言，尽可能采用空中搬运方案替代地面搬运方案，可大幅提升搬运效率，实现整线自动化。

近年来，在解决半导体卡脖子技术、实现国产替代政策的推动下，国内半导体AMHS技术实现快速发展。虽然在晶圆厂还未实现真正的突破，但是专注AMHS整线自动化的成川科技作为行业佼佼者，在方案规划和软硬件方面持续研发，率先实现封测领域AMHS的突破，在先进封测和传统封测领域都有整线自动化项目成功落地，并成为行业标杆。同时，成川科技结合项目实施过程的经验积累，提出一套在封测领域实施AMHS的方法论，包括：工艺与物流设备的适配，覆盖多种载具的搬运设备的开发，设备端PORT口及通讯改造，低层高厂房AMHS解决方案，不停机施工方案等，打通封测AMHS实施过程中的很多堵点，有力推动了AMHS在封测领域的发展。

封测厂 AMHS 实施方法

1.实施原则

先规划，后实施，先局部，后整体。在实施前进行全面规划，明确实施目标、范围和步骤。整体规划方案确定后，可按照计划，分批、分工艺段逐步实施，最后达成整线全自动化，构建无人智慧工厂。

2.实施方法

（1）充分沟通与需求了解：同客户充分沟通，了解产品特点、产能目标、搬运量需求、技术路线和工艺要求、生产节拍、设备数量等信息以及客户的特殊需求。例如，对于高端芯片封测，客户可能对生产环境的洁净度和防静电要求极高。

（2）设备自动化改造：了解设备自动化状况，部分设备需要进行自动化改造，包括上下料口及通讯系统的改造。确保设备能实现自动上下料，产品信息自动识别，设备自动作业。

（3）信息化基础构筑：CIM（计算机集成制造）系统集成了MES（制造执行系统）、EAP（设备自动化程序）、RTD（实时调度系统）等多种工业软件，作为AMHS的上层系统，负责产生物料搬运指令，提供设备状态，优化任务优先级。MCS和设备端侧的调度控制系统与上层CIM系统对接后，负责搬运指令的执行。

（4）物流自动化整体规划：通过对工艺流程进行梳理，确定物流关键节点和路径，选择合适的搬运设备，如天车、传输线、AMR等以及存储设备的数量，设计自动化布局，合理规划设备和物流通道布局，最后通过仿真模拟及优化设计，验证规划的可行性和有效性。

（5）项目执行与落地：进行自动化设备的定制化开发、生产、安装调试。完成软件系统的构筑并与CIM系统的对接测试，进行试生产，对生产过程中的问题及时调整和优化，确认效果，直至最终验收。

封测厂实施 AMHS 的价值

AMHS的构建，尤其整线自动化的实现，最直接的价值就是大幅减少作业人员，一般情况下可减少人员70%以上。但AMHS最大的价值并不在此，而是主要体现在设备效率的提升和产品不良率的降低，AMHS可消除大部分因人力因素造成的浪费，如设备的待机时间，人员的错误造成的品质事故，人员对环境的影响带来的品质隐患等等；还包括一些隐性的浪费，如生产现场在制品的减少、空间使用效率的提升等。综合而言，AMHS可提升生产综合效率15%以上。除此以外，AMHS构建后带来的实物流与信息流一致化，可大大提升工程师对异常的分析效率，也为后续AMHS+AI奠定基础。

结语

AMHS在封测制造中的应用，是半导体产业发展的必然趋势。通过科学规划和有效实施，AMHS 能够显著提升封测厂的生产效率、降低成本、提高产品质量，进而增强企业竞争力。尽管在实施过程中会面临技术和市场等方面的挑战，但只要根据封测厂的实际情况，采用合适的解决方案和实施方法，就能充分发挥AMHS 的优势，实现封测制造与物流的升级。未来，随着技术不断进步和市场进一步发展，AMHS将在封测制造领域发挥更加重要的作用。

来源：物流技术与应用杂志