博世德累斯顿晶圆厂备受瞩目,成为AIoT革新的试验田

2021-06-11来源: EEWORLD关键字:博世  晶圆厂  AIoT  Fab

日前,博世在位于德国德累斯顿的晶圆厂正式投产,该工厂投资超10亿欧元,是博世

130余年来最大的一次单笔投资。


一方面,该工厂正式运营时刚赶上芯片最紧缺的节点,不光对博世,对全球汽车产业也是一次重大的利好。该工厂将生产包括功率器件、ECU相关ASIC等产品,尽管并不能完全解决芯片短缺的大趋势,但却能延缓一些汽车厂商停产的风险。资料显示,由于缺少关键器件,包括大众、福特甚至丰田等在内的车厂都或多或少曾暂停过部分生产线。


从博世的晶圆厂历史说开


这并非是博世首次投资半导体生产业务。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。 


20 世纪 50 年代中期,博世研究团队开始探索适用于公路、坚固耐用的半导体组件开发。而第一块集成电路发明也是在50年代诞生。20 世纪 60 年代,博世便开发出首款用于汽车的功率半导体,特殊的发电机二极管使发电机更可靠,使用寿命更长 


20 世纪 60 年代末,由于集团内部对于半导体组件需求的不断增长,博世在罗伊特林根建立了第一个半导体工厂,并于 1970 年投入生产,并推出了世界上首批量产的汽车专用集成电路,用于电压调节器和集成电路的功率晶体管。 

 

1979 年,博世开始生产自己的 Motronic 发动机电子控制系统(点火和喷射处于同一控制单元)。其面板上配备了 8 位微处理器以及可擦写内存条。这也是全球首次将计算机应用于汽车驾驶相关功能中。


2010 年,博世将生产 200 毫米半导体的罗伊特林根工厂投入运营。工厂总投资达 6 亿欧元,也是当时博世最大的单笔投资项目。


汽车电子近年来始终保持稳定增长,根据德国电气和电子制造商协会的数据,在全球范围内,每辆汽车中微电子的平均价值从 1998 年的 138 美元增长到 2018 年的 559 美元(合 489 欧元),而随着驾驶员辅助系统、信息娱乐系统和动力总成电气化的发展,半导体在新车创新中已经占到了80%,预计到 2023 年每辆汽车中将含有685美元的半导体产品。


罗伊特林根工厂的投资,也给博世带来了丰厚的收益。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。 


除了ASIC及功率器件之外,博世的MEMS技术从汽车迁移到消费电子领域,也间接助力了手机等便携设备的


博世生产 MEMS 传感器 的历史已超过 25 年,第一代产品便是为博世 Motronic 发动机电子控制系统而生产的压力传感器。Jiri Marek、Michael Offenberg 和 Frank Melzer也因为开发了此工艺于2008年获得了“德国未来奖”(German Future Prize)。 


博世在半导体领域拥有 1500 多项专利和专利申请,其中 1000 项涉及 MEMS传感器技术。


2006 年,消费电子产品领域内首款 MEMS 传感器投放市场,增强了游戏的可玩性。博世也因此将车用的MEMS传感器应用到手环、游戏机以及手机等领域。到目前为止,博世罗伊特林根工厂已经制造了超过 150 亿个 MEMS 传感器。


对比罗伊特林根和德累斯顿晶圆厂


德累斯顿工厂总面积达10万平方米,历时3年多建成,工厂全部运转后预计员工总数为700人。主要生产65nm,300mm晶圆,生产包括汽车及电动工具用的功率半导体和ASIC。


博世集团董事会主席沃尔克马尔·邓纳尔博士介绍道,德累斯顿工厂建设进度显著,电动工具用芯片比计划提前6个月投入生产。7月份的时候,第一批芯片将安装在博世的电动工具上,同时汽车芯片生产也提前三个月,从原本的12月提前到9月。


罗伊特林根采用150mm和200mm晶圆,工艺节点为180nm,洁净室面积为35000平方米,员工总数3500人,开发包括ASIC、MEMS以及功率器件,其中功率器件包括了150mm SiC。


博世德累斯顿半导体生产商务副总裁Marek Jakowatz介绍了德累斯顿晶圆厂的选址问题。该工厂位于“萨克森硅谷”,是欧洲半导体制造中心。在半导体行业工作的员工超过6000人,公司超过200家,包括大学、企业、研究机构、供应商和半导体生产商建立了非常好的产业网络。该厂址距离高速路和机场都很方便,具有显著的地理优势。


德累斯顿第一个AIoT智能化工厂


德累斯顿晶圆厂引入多项AIoT技术,这也为未来博世其他上百家工厂的数字化变革提供了有效的参考和积累。具体措施包括:


一、数字化互联: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。晶圆通过全自动系统从一台机器运送至另一台机器。 


二、首个智能物联网(AloT)工厂:德累斯顿晶圆厂是博世首个智能物联网工厂。智能物联网结合了人工智能(AI)和物联网(IoT)。人工智能可用来评估晶圆厂中产生的数据。例如,人工智能算法可以检测到产品中出现的微小异常。这些异常在晶圆片表面以特定错误图案形式(又被称为标记)出现。在这些异常影响产品可靠性之前,专家就立即对原因进行分析,并及时纠正过程偏差。这是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的关键。同时,这也就意味着半导体产品可以快速地进入量产阶段。此外,人工智能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。换句话说,这类工作并不按照严格的时间表,而是能够预判问题并及时处理。人工智能还应用于生产调度,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。 


三、数字孪生:德累斯顿晶圆厂利用数字孪生技术,方便进行仿真、评估等工作。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。 


四、AR技术:博世德累斯顿工厂应用了 AR(增强现实技术)。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。 


五、即将引入 5G 技术:为了让机器与计算机之间的数据传输更为灵活,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。

 

六、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姊妹工厂中所积累的经验。例如,罗伊特林根工厂的主要能源供应完全由绿色电力和天然气提供。此外,先进的能源管理可确保其实现制造过程中的最佳功耗。


总结


此次晶圆厂的落成,对于博世,对于德国,对于欧洲以及对于整个汽车电子产业都是一项具有代表性的事件。也正因此,包括德意志联邦共和国总理默克尔、欧盟委员会副主席Margrethe Vestager和萨克森州州长Michael Kretschmer都通过网络或在现场出席了此次仪式。


欧盟委员会副主席Margrethe Vestager表示:“博世在德累斯顿的新晶圆厂采用了最先进的技术是一个很好的例子,体现了产业和政府部门通过携手合作能够取得卓越成果。半导体作为欧洲的优势产业,将为运输、制造、清洁能源和医疗保健等行业的发展做出贡献。博世德累斯顿晶圆厂的开业将有助于加强欧洲作为尖端创新摇篮的竞争力。”

关键字:博世  晶圆厂  AIoT  Fab 编辑:冀凯 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/gykz/ic538297.html

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