德国工业4.0之旅–博世Reutlingen晶圆厂

我们一车子书呆子在德国南部考察工业4.0的第一个工厂，是位于Reutlingen的博世晶圆厂RtP1。相当震撼，让我们一起来看看！

博世Reutlingen晶圆厂

工厂简介

位于Reutlingen的博世晶圆厂 – 顾名思义 – 生产晶圆。晶圆用于芯片传感器，世界上大约90%的手机里面会有传感器来自该工厂。与所有的晶圆厂一样，这是一个高度复杂的物料流，大约需要800个步骤来生产一个晶圆，而且物料流会在自身的基础上翻倍。该厂有多条晶圆线，我们看了200毫米直径的晶圆线。他们还有一条150毫米的生产线和一条MEMS（微机电系统）生产线。这些芯片有7到34层。晶圆上最小的结构约为240纳米，比高端计算机芯片使用的7纳米大得多，但对传感器来说这不是什么问题。由于精度要求相对较低，成品率也要好得多，大约94%-99.9%。他们还在传感器内搭微机电系统。

他们面临的最大挑战之一是当他们建立了新的200毫米晶圆厂的同时，开始生产智能手机传感器，并同时开始引入许多外部合作伙伴。同时在三个方向上改变他们的商业模式（新工厂、新供应商、新客户）还是很有挑战的。

像大多数晶圆厂一样，精度是至关重要的，即使是很小的影响因子，如附近道路上卡车声，甚至是风，都会影响到生产结果。因此，工厂有一个很大的地基，实际上是一个楼中楼，外面的建筑可以保护里面的建筑不受外界环境的影响。

洁净室实际上被分成两个区域。处理晶圆的核心是1级洁净室，每立方米<0.1µm的颗粒要求少于10个。在这周围是机器所在的第二个区域。这是一个2级的洁净室，每立方米的颗粒少于100。晶片通过这两个区域之间的开口直接进入机器，如图所示。

就精益而言，仅仅从外面的走廊看进去，很难看到实质性的东西。带队参观的员工提到，在这个工厂精益和工业4.0结合的很好。

工业4.0方面

博世的工业4.0模式有六个关键因素，如图所示。其中人是关键角色，这对工会来说非常重要。

很明显，几乎所有的东西都附有RFID芯片，在每一个步都会检查，以确保产品是正确的。

晶圆厂有很可靠的可追溯性，每一块芯片都可以追溯到它的生产地点和时间。2017年这家工厂决定进行全面追溯，以进一步优化质量。他们给了我们一个例子，他们注意到芯片的缺陷略有增加。根据他们对晶圆的定位和缺陷的性质，他们可以追踪到一个可能的问题来源，例如附近一个供应商的某台设备的其中一个特定的螺丝可能是错位了。当他们把这个信息告诉供应商时，供应商认为他们是疯了……但结果证明博世是对的。这个系统每天都会产生大约50GB的数据。他们的理念是：”在虚拟世界中，只有必要的信息越多越好”。

他们有一个R2R（Run to Run）系统，机器之间相互沟通，以优化质量。例如，如果一台机器检测到涂层略微偏向于公差极限的较厚一端，信息就会被转发到下一台机器，以便多蚀刻1秒钟，同时也会转发到上一台涂层机器，将涂层时间减少2秒，以调整这种偏差。实现这一点工作量很大，算法是一个4人的团队实现的（不是通过人工智能方式）。因此，只有最相关的机器被包括在这个R2R系统中。但通过这种方式，大大减少了内部返工。

他们还在工厂里广泛使用机器人，机器人完成了约50%的晶圆处理。这也是一个逐步的过程。他们一开始安装的机器人是固定位置的。然后在2014年引入了装在滑轨上的机器人（”HEROrails”）。最后，在2017年开始使用完全自主的机器人（”HEROfab”）和自我导航的自主机器人（”SCOUT”）。为了让人们习惯这些机器人，他们最初只是让机器人在主走廊上走动。这让人类建立起对机器人的信任，相信机器人遇到人会停下来。为了进一步使它们融入员工，他们给它们起了人类的名字（Margarete、Paula、Robert、Eva…都是Robert Bosch的孩子）。

他们还使用RTD（实时调度器），一种基于规则和人工智能的混合调度，实时优化和优先安排生产计划。目标包括生产线平衡、客户优先级排序、交付日期、瓶颈和质量管理。这对于晶圆厂中复杂和反复的物料流来说很复杂的。然而，他们测量发现，员工只有80%的时间遵循这个顺序，而且经常使用与人工智能建议的不同的顺序。事实证明，人能够看到问题，对系统的理解有时比人工智能更好，并且通过改变顺序胜过了人工智能。所以我一直觉得和人工智能比，人类还是有很大的优势的 :)。人工智能还需要通过人类来持续改进。

这是一个相当不错的工厂，有很多尖端技术。我的下一篇文章将介绍德国家庭和工业清洁设备制造商凯驰（Kärcher）和西门子。在那之前，请继续关注，走出去，组织你的行业！

P.S.:非常感谢每个接待我们的工厂！

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Translated by Xie Xuan