据世界半导体贸易统计组织 WSTS数据显示,2020 年全球半导体销售额约为4400亿美元(合3850亿欧元),较2019年增长了7%左右。预计到2021年,半导体市场预计将增长11%左右,达到4880亿美元(合4270亿欧元)。

 

在此市场规模和趋势印证下,博世完成了通往未来芯片工厂之路的又一个里程碑。2021年6月7日,博世在德国德累斯顿投资10亿欧元打造的晶圆厂正式落成,这是博世公司历史上总额最大的单笔投资,该工厂将处理半导体制造过程中的前端处理或晶圆制造,主攻车用芯片(专用集成电路和功率半导体),为连接和电动汽车提供支持。

 

 

德国电气和电子制造商协会、世界半导体贸易统计组织有数据表示,2020年,车用半导体占据全球半导体市场份额的10.6%。在欧洲、中东和非洲地区半导体市场中,这一占比为35%。另有数据显示,2016年,全球新下线的每辆汽车中平均搭载了9块博世芯片,而2019年这一数字已上升至17块。芯片数量在短短几年时间内就已经翻倍。专家预计驾驶员辅助系统、信息娱乐和动力系统电气化在未来几年内将迎来最强劲增长。博世凭借德累斯顿晶圆厂来应对日益增长的半导体需求。

 

回顾发展历程,博世在半导体芯片制造上已拥有超过60年经验,包括专用集成电路(ASICs), 功率半导体和MEMS传感器等。自1970年以来,博世罗伊特林根晶圆厂就一直在生产和制造半导体。2010年罗伊特林根晶圆厂引入200毫米技术,工厂总投资达6亿欧元,成为当时博世集团历史上总额最大的单笔投资。 2018年6月,博世德累斯顿晶圆厂奠基,自2021年起,德累斯顿晶圆厂将基于300毫米晶圆技术来生产半导体芯片。与传统的150和200毫米晶圆相比,300毫米晶圆技术将使博世进一步提升规模效益并巩固其在半导体生产领域的竞争优势。

 

至今,博世仅在罗伊特林根和德累斯顿晶圆厂已投资超过25亿欧元。此外,博世还投资了数十亿欧元用于开发微电子技术。如今在该领域,博世已经是全球市场的领导者。

 

对于新工厂,博世集团董事会主席沃尔克马尔·邓纳尔博士介绍道,作为全球最先进的晶圆厂之一,德累斯顿的新晶圆厂实现了互联化、数据驱动和自动优化。凭借着高度自动化、数字化互联设备、集成式流程和人工智能算法,德累斯顿晶圆厂将充分发挥智能物联网在数据驱动和持续改进生产上的作用,成为智能工厂的典范和工业4.0的先锋。

 

 

我们来看看博世德累斯顿工厂有哪些先进之处:

 

  • 无尘车间

半导体是由极其精细的结构组成,在半导体生产车间内,必须确保空气中绝对没有粉尘或者其他污染颗粒。即使微乎其微的小颗粒都会破坏半导体组件。因此,生产车间会采取特殊的空气抽取及过滤技术来保持洁净。无尘车间具有不同等级,制作微芯片需要第一等级,即最干净的生产车间。

 

为了防止表面涂有光刻胶的晶圆被意外曝光,无尘车间采用一种没有紫外线辐射的特殊黄光来进行照明。

 

  • 数字化互联,高度自动化生产 

在10000平方米无尘车间中,约100台机器和生产线都实现了数字化互联,并通过中央数据库与复杂的建筑设施进行连接。为此,博世铺设了300公里的数据线,为每台机器实时记录多达1000个数据渠道,并转至工厂服务器。德累斯顿晶圆厂的集中式数据架构是新工厂最大优势之一。

 

丰富的数据能够帮助工厂在任何时候都精准地确认每个晶片在生产过程中的位置、下一步动向以及何时到达,晶圆通过全自动系统从一台机器运送至另一台机器。该系统搭载FOUP(前开式晶圆传送盒)的单盒,每个FOUP最多可运送25个晶片,无需任何人工运输。

 

  • 首个智能物联网(AloT)工厂 

德累斯顿晶圆厂是博世集团首个智能物联网工厂,智能物联网结合了AI和IoT,以数据驱动的持续改进为生产奠定了良好根基,并为工业4.0设定全新标准。AI可用来评估晶圆厂中产生的数据,在异常数据影响产品可靠性之前对原因进行分析,并及时纠正过程偏差,进一步改善制造工艺和半导体质量以及实现较高水平稳定性。这也意味着半导体产品可以快速地进入量产阶段。

 

此外,AI算法可以精确预测制造机械和机器人是否需要及何时进行维护或调整,能够预判问题并及时处理。AI还应用于生产调度,可以在工厂中约100台机器上引导晶圆历经数百个处理步骤,从而节省时间和成本。

 

  • “数字孪生工厂” 

德累斯顿有两个晶圆厂,一个在现实世界,一个在虚拟数字世界,专家称之为“数字孪生”。在施工过程中,工厂的所有部分以及与工厂相关的全部施工数据都以数字化形式记录下来,并以3D(三维)模型可视化。“数字孪生”囊括了约50万个3D对象,包含建筑物、基础设施、供应及处置系统、电缆管道、通风系统以及机械和生产线。由此,博世能够模拟流程优化计划并进行相应升级改造工作,无需干预正在进行的操作。此外,任何新机器需要交付给工厂两次:一次在现实世界中,一次作为数据模型。

 

  • 借助智能眼镜 

博世德累斯顿工厂应用了AR技术,得益于智能AR眼镜和平板电脑,用户能够看到叠加在现实环境之上的数字化内容。例如,博世开发的一款AR应用程序允许将来自晶圆厂的能源数据显示在建筑物的虚拟模型中,从而优化制造机械Page 5 of 12的碳足迹。智能眼镜还可以帮助施工计划的进行,未来可能成为位于数千英里之外的专家们对机器和系统进行远程维护的重要助手。

 

  • 即将引入5G技术 

为了让机器与计算机之间的数据传输更灵活,德累斯顿晶圆厂即将引入5G移动通信标准。工厂早已为5G技术的应用作好准备:在建设之初就将5G基础设施要求纳入考量。

 

  • 实现碳中和

环境保护和可持续发展在第一天就成为德累斯顿晶圆厂的优先事项。这是晶圆厂能够从一开始就将实现碳中和的缘由。为达成这一目标,博世可以借鉴在罗伊特林根工厂中所积累的经验。先进的能源管理可确保其实现制造过程中的最佳功耗。

 

 

对于新工厂的进展情况,博世方面表示,德累斯顿晶圆厂最早将于7月开始启动生产,比原计划提前了6个月。自此,新工厂生产的半导体将被应用于博世电动工具。车用芯片的生产将于9月启动,也比原计划提前了3个月。截止至2021年5月,约有250名员工,工厂落成后最多达到700名员工。 

 

不得不说,博世又在重要领域迈出了坚实的一步,新晶圆厂的产能将为博世满足日益增长的半导体产品需求提供极大的助力,成为未来出行不可或缺的强力后盾。博世将继续致力于推行半导体开发和制造领域的增长型战略。在正确的方向上重磅加码技术应用,持续保证竞争优势。