上个世纪90年代,在半导体产业高标准过程管理需求下,催生了高度行业化以及定制化的MES制造执行系统,并演化成可集成模式的I-MES制造执行系统套件。
作为改革开放排头兵,我国第一个引进MES的企业是宝钢,20世纪80年代宝钢预见性的引进了MES管理系统,但是经过几年发展,我国MES系统相较于国外仍然处于劣势。
2015年,中国制造业MES迎来了重大战略机遇。为了对标德国的“工业4.0”以及美国的“工业互联网”战略, 中国推出了“中国制造2025”的战略 ,并制定了一系列的技术标准以及从产业政策上进行了大量的引导,MES系统也由单一的生产记录型系统,进化为全方位的企业级执行协同系统。
这三十年的发展,对于国产软件来说,可谓“凛冬”,但 伴随着国产替代和政策扶持浪潮越来越大,国产半导体MES的“破冰号角”即将吹响。
这个时期,国内MES的从业者将迎来巨大发展机会,一批技术储备雄厚的企业实现跨越式发展。同时,云化、低代码的新企业也开始入局, 使得赛道异常火热,竞争更为激烈 。
#赛道火热
半导体MES系统起初是由设备供应商提供的,作为最早一批提供半导体MES的供应商,consilium和Promis利用低廉的价格在当时展开了水深火热的竞争。
但是,后来两家企业均被本身做半导体设备商的应用材料收购。在收购了Consilium和brooks software之后,也让 应用材料成为全球当之无愧的半导体MES霸主 。
进入21世纪后,专门的MES系统提供商开始出现,比如IBM提供了SIView的解决方案。 SIView是目前唯一可以与应用材料一较高下的半导体MES系统 。
而目前,在半导体MES领域,绝大部分12英寸晶圆厂系统几乎被国外厂商所垄断,其中IBM和应用材料两大行业巨头“霸占”了国内80%的市场。
国产半导体MES系统能否从中突围,分获一杯羹,打破IBM和应用材料两大巨头的垄断,无疑对国产芯片制造有着重要的意义。
据了解,半导体制造端的软件主要是CIM软件,而在整个CIM系统中,MES又是核心系统。但是 技术壁垒高、验证时间长是半导体MES系统的特性 ,和半导体设备不同,半导体MES系统在晶圆厂的全产线上是不能有任何偏差,这也造成了半导体MES行业市场份额极为集中,且行业壁垒极高,新玩家很难进入这一市场。
随着晶圆尺寸从4英寸变为6英寸、8英寸、12英寸,芯片性能和制造要求在不断提升,晶圆厂的自动化水平也在不断提升,从人工产线变为半自动产线、自动产线, MES系统对晶圆厂生产越来越重要 。
值得一提的是,今年以来,国内半导体MES企业异军突起,获得资本和市场的高度关注,融资赛道异常火热。
2021年,各半导体MES/CIM领域的国产厂商凭借其专业人才、技术实力获得资本青睐,相继完成大额度融资,实现国产软件自主化。
# 凭实力竞争
上扬软件
成立于2001年的上扬软件,是国内首批专门为半导体、光伏、LED等高 科技 制造业提供MES、CIM等软件产品和解决方案的供应商。目前已拥有4、5、6、8、12寸半导体MES整体解决方案。除了myCIM(MES)以外,上扬软件还提供包括EAP、RMS、APC、FDC、RCM、MDM在内的子系统。
2021年5月,上扬软件完成C1轮融资,获得哈勃资本、兴橙资本、红土善利的投资。此前,上扬软件在2017年就获得了深创投的A轮融资,启动进入半导体高端市场;2019年获得北京屹唐华创、上海物联网的B轮融资,进入8/12寸MES的产品研发。 10月份,上扬软件又完成了由大基金二期领投,中芯聚源、浦东科投等跟投的新一轮数亿元融资。在资金的大力支持下,上扬软件拿下了国内CMOS晶圆代工厂商长光圆辰和存储厂商杭州驰拓的12英寸产线 。
芯享 科技
芯享 科技 成立于2018年,是国内领先的半导体晶圆制造、先进封装厂生产自动化CIM系统解决方案服务商,也是目前国内少数可以为8寸、12寸晶圆制造FAB提供整体自动化咨询与建设的高新技术企业,在半导体封测领域的数个技术方向上也打破了国际CIM厂商垄断,达到了世界先进水平。
芯享 科技 以MES生产执行为核心,通过生产计划等链入企业管理系统,为客户服务员。目前已拥有9家晶圆厂商客户,MES客户包括SK海力士和华虹等。 今年3月,芯享 科技 获得红杉中国、高瓴资本、华登国际联合领投的近亿元A轮融资 。
赛美特
2020年并购成立的赛美特,成功合并了具有多年半导体行业经验积累的“上海特劢丝”“固耀SEMI Integration“和“深圳微迅”三家公司。成立以来,致力于填补国内集成电路制造工业软件领域空白。
赛美特自主研发打造的国产CIM解决方案,涵盖1800多个满足8/12寸晶圆制造厂所需的功能,能够打破国外厂商垄断,是目前国内唯一可支持12寸晶圆全自动化生产的智能制造软件服务商。
2021年5月,赛美特获得5000万元A轮融资。 据了解,目前赛美特在上海成立了专门的MES事业部,其产品目前已用于50余座工厂,客户包括SK海力士、三星、紫光等。
哥瑞利
成立于2007年的哥瑞利,一直专注于打造中国自有的高端半导体智能制造CIM软件,目前已为半导体、面板、光伏、PCB、PCBA、半导体设备等多行业提供了全栈产品线及解决方案。研发服务团队超过300人,拥有21项专利和111项软件著作权(含申请中)。在半导体前道领域,其客户有中芯国际等。 11月12日哥瑞利获得由招商资本、国新风投深圳领投的3亿元新一轮融资 。
值得注意的是,2021年哥瑞利实现了全国产自研的MES在半导体12寸前道晶圆制造全自动化工厂的首次应用,预计在明年交付量产。
除了上述企业,国内其他软件企业也研发了半导体MES产品,比如华磊迅拓、乾元坤和等。但这些企业普遍以第三方开发服务起家,在与专业的半导体MES大厂比较时仍然有行业适配上的差距。
因此, “菜鸡互啄”的时代已经过去,留下来的都是专业选手的竞赛 。
#写在最后
“种一棵树,最好的时候是十年前,其次是现在”。在半导体行业也有一个说法,做半导体要么是20年前,要么是今天。
如今,在大基金、中芯聚源、华登国际、高瓴资本等各类资金的支持下,上扬软件等老牌玩家获得了更大的支持,芯享 科技 等新兴玩家也开始浮现, 国产半导体MES行业发展正步入快车道 。
而如何抓住当前行业快速发展的窗口,在行业增速放缓时,做好研发投入和营收的平衡,将会是国产半导体MES厂商需要面对的挑战。
也称为电子型半导体。N型半导体即自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体。中文名
N型半导体
别名
电子型半导体
掺杂物
磷等Ⅴ族元素
载流子
电子
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特点形成原理发展
特点
半导体是一种导电能力介于导体和绝缘体之间的物质,其按照载流子(或晶体缺陷)的不同可分为P型半导体和N型半导体,半导体的导电性能与载流子(晶体缺陷)的密度有很大关系[3]。半导体中有两种载流子,即价带中的空穴和导带中的电子,以电子导电为主的半导体称之为N型半导体,与之相对的,以空穴导电为主的半导体称为P型半导体。 “N”表示负电的意思,取自英文Negative的第一个字母。在这类半导体中,参与导电的 (即导电载体) 主要是带负电的电子,这些电子来自半导体中的施主。凡掺有施主杂质或施主数量多于受主的半导体都是N型半导体。例如,含有适量五价元素砷、磷、锑等的锗或硅等半导体。[1]
由于N型半导体中正电荷量与负电荷量相等,故N型半导体呈电中性。自由电子主要由杂质原子提供,空穴由热激发形成。掺入的杂质越多,多子(自由电子)的浓度就越高,导电性能就越强。
形成原理
掺杂和缺陷均可造成导带中电子浓度的增高。对于锗、硅类半导体材料,掺杂Ⅴ族元素(磷、砷、锑等),当杂质原子以替位方式取代晶格中的锗、硅原子时,可提供除满足共价键配位以外的一个多余电子,这就形成了半导体中导带电子浓度的增加,该类杂质原子称为施主。Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的施主往往采用Ⅳ或Ⅵ族元素。某些氧化物半导体,如ZnO、Ta2O5等,其化学配比往往呈现缺氧,这些氧空位能表现出施主的作用,因而该类氧化物通常呈电子导电性,即是N型半导体,真空加热,能进一步加强缺氧的程度,这表现为更强的电子导电性。[2]
发展
半导体器件的最基本组成单元为PN结,PN结具有正向导通反向绝缘的功能,因此半导体器件在逻辑计算、信号传输、电力转换等诸多方面呈现出巨大优势。自1947年第一个半导体二极管在贝尔实验室诞生以来,半导体彻底变革了人类的生产生活方式,全球社会陆续从电气时代进入信息化时代,并加速向万物互联时代和人工智能智能迈进。作为未来新型基础设施建设的物质基础,半导体产业发展的后劲依然十足,尤其是人工智能、5G通信、新能源汽车、能源互联网等行业给半导体发展带来了新的增长点。[3]
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参考资料
[1] 李庆臻.简明自然辩证法词典.山东人民出版社.1986
[2] 冯端.固体物理学大辞典.高等教育出版社.1995
[3] 宫学源.全球化合物半导体产业竞争格局及未来发展机遇[J].新材料产业,2020(6):39-44
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在
生产制造执行系统(MES Manufacturing Execution System)是位于上层计划管理系统与底层工业控制之间的、面向车间层的管理信息系统。早在1990年美国美国先进制造研究协会(AMR)就对其进行了严格的定义,并提出了MES三层结构集成模型:具有管理性、结构性的计划层;对生产计划实施以及生产过程进行动态管理控制的执行层;对设备状态进行控制的控制层。
MES是一套面向制造企业车间执行层的生产信息化管理系统,可以从“人机料法环测”六方面对生产车间进行全面监控。
1、人:员工管理,MES系统在实际生产中可帮助企业节约人力成本。
2、机:设备作为企业生产重要工具,MES系统可对设备进行管控,实时掌控设备情况。
3、料:实现工位物料错装、漏装等防错管理,做到不堆料、不缺料、不错料。
4、法:实现生产标准工艺指示。
5、环:实现质量管理闭环。
6、测:对最终产品质量进行把控。
从原材料的入库上架、生产计划排产、计划下发,到试制试装、加工、装配,到半成品、成品、返修,到下线、包装、发货,MES系统可监控生产全景。同时在生产过程中系统提供数据采集的功能,记录生产过程中设备、生产、质量、人员、报警等多项数据并用于最终产品形成数据包储存进系统中,用于后续的跟踪、查询和分析,从而提高生产效率,降低生产成本,提高产品质量。
MES为企业带来的价值1.提高人员生产效率
有效连接管理层和车间执行层,形成生产计划从指定、下达、执行到反馈和控制的闭环系统,提升生产效率。
2.提升设备运行时间
透过MES系统对设备数据分析和预警,通过设备Andon即时影响,合理规划维修、点检计划,及时修正和调整,提高设备利用率。
3.提升产品合格率
通过可视化指导生产、大量防错指示、严格保证不接收、不制造、不传递的生产三不原则。通过实时采集每个生产设备的执行数据,找出质量问题的关键所在,及时调整工艺有效提高产品合格率。
4.减少数据汇总和分析时间
打通企业信息孤岛,将质量、成本、交期、员工数据汇总呈现,提高生产透明化能力。
5.减少纸张使用
真正实现无纸化办公,减少信息传递中遗漏丢错风险。
目前MES系统已经应用到生产的很多方面1.生产管控方面
通过智能的生产控制,降低标准偏差,保证生产的连续稳定及联动处理及时性
2.工艺优化方面
通过生产工艺优化,协同防错,可以最大的降低生产成本
3.质量追溯方面
围绕产品谱系,构建生产过程数据质量的监测和分析,可实时把控质量精度,实现精准追溯
4.资产管理方面
实时覆盖监控资产设备,保证资产设备可靠运行,降低停机检修
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