运用自动化实现灵活、面向未来的半导体和消费电子制造

纵观各行各业，制造业的未来在于自动化（图 1）。有了合适的设备，设计人员就可以灵活腾挪，应对供应链物流、劳动力短缺、人员流动、再培训、安全、产品需求增加以及产品设计不断变化之类挑战。同时，他们还可以减少人工流程、降低成本并提高生产率。而且所有这些都可以在不影响质量的前提下实现。实际上，随着制造商采用自动化系统，这些系统也会变得更加强大、灵活和高效，从而简化了质量改进的迭代过程。

图 1：在像半导体和消费电子这样的行业，自动化和增材制造的进步正在重塑未来。（图片来源：Getty Images）

尽管许多公司和设计人员在重新思考其全球制造战略时就已转向自动化，但迁移的速度却各不相同。在许多情况下是因为他们对现在可以做什么的了解各不不同，而这是要有人提供培训和帮助的。

让我们来看看自动化、机器人技术和尖端增材制造技术是如何造福半导体和消费电子行业的。其间，我们会介绍一些已有的自动化和控制技术，以帮助您入门。

半导体制造中的自动化

半导体制造的严谨性对工人来说是极具挑战，因为要遵守洁净室的着装规范和协议，而且为防止晶圆损坏而缺乏日光照射。与此同时，半导体行业的许多工艺流程在设计上已经达到了最高精度，因此自动化解决方案已经开始使用。工作条件和精密制造的结合，使得半导体成为一个目标丰富的环境，并为促使了进一步的自动化。可实现自动化的具体领域包括：

材料搬运：在许多工厂，这项工作仍由人工完成。由于芯片搬运必须非常小心，人工搬运存在一定的风险，因为即使是微弱的振动也可能导致缺陷。这正是移动机器人或协作机器人可以发挥作用的地方。协作机器人是一种工业机器人，通常在生产过程中与工人并肩工作，并配有保护笼或其他装置，以确保工人的安全。协作机器人还可以移动，用于材料运输。

照明：晶圆厂需要人工照明，这就需要配备智能自动控制的现代化晶圆厂照明系统。

冷却：自动冷却过程控制越来越重要。这就需要仔细研究液位和流量控制装置。

视觉：如果没有机器视觉，从产品搬运到检测的许多生产步骤都无法实现自动化。

机器人带来了灵活性

机器人是自动化或处理任务的一种方式，因此工业机器人对现代制造业至关重要。它们可以执行材料搬运等大量功能，同时还能与其他形式自动化任务进行协调。与固定或“硬”自动化相比，机器人的一大优势在于其灵活性。人们可以在相对较短的时间内、以较低的成本给机器人分配新的任务。相比之下，如果采用“硬”自动化，即使是对产品或流程进行微小的改动，也会耗资巨大且难以实施，还可能需要对工人进行再培训。

DigiKey 提供的机器人和协作机器人可进行配置，支持半导体和消费电子产品生产中的各种自动化任务。开始时，您需要详细描述半导体生产任务规范。然后，您需要为这些不断变化的任务定义确定灵活、可重新编程的解决方案，并将其集成到新的和传统的生产线中。

如要尝试用用机器人，可以试试来自 Niryo 的 Ned 协作机器人（图 2）。这是一款基于开源技术的六轴协作机器人，专为教学设计。

图 2：正如 Niryo 的自适应抓手 Ned 机器人一样，机器人具有灵活性，可以针对不同任务快速重新编程。（图片来源：Niryo）

在机器人中，像 Niryo 的自适应抓手（图 3）这样的末端效应器，是机器人手臂末端的装置，旨在与环境进行交互。该装置的具体性质取决于具体应用。根据源自串联机器人机械手的严格定义，末端效应器是指机器人的最后一个环节（或末端）。末端效应器种类繁多，很容易为特定应用找到合适的解决方案。

图 3：自适应抓手是 Niryo 抓手机器人的末端效应器。（图片来源：Niryo）

正如您所期望的那样，从接近开关到夹具和关节，机器人配件应有尽有。

消费电子产品制造

随着元器件和电路尺寸的不断缩小，消费电子产品的制造也变得越来越复杂。高元件密度、小间距、多层以及需要精确放置的小巧零件只是制造商遇到的其中几个问题。为了生产新的消费电子产品，人们越来越依赖机器人工作单元的可重新配置性。与半导体制造中使用的系统类似，消费电子产品制造中也使用了这些系统，包括 机器人、协作机器人和机器视觉系统。

增材制造

使用 3D 打印机的增材制造促进了早期阶段的概念化和原型开发。当您急需零件、夹具、工具和搬运配件时，它也非常有用。然而，并非每个人都拥有 3D 打印机和相关材料。但您可以上传 3D 模型，让 Jabil 这样的服务商给您打印出来，并在五个工作日内发送给您。

结语

面向未来的半导体和消费类电子产品自动化制造生产线必须具有高度灵活性，可用于多代际生产，并能处理日益复杂和精密的元件和电路。通过与 DigiKey 合作，尖端生产线设计人员可以放心地获得全面的自动化和控制解决方案，以满足其不断变化的要求。