南茂科技導入RFID技術(shù)于晶圓測試應用(下)

      RFID導入晶圓盒追蹤實做成果   

      倉庫與生產(chǎn)線進出處采用閘門式天線  

      因為晶圓盒進出搬運時采紙箱包裝，有兩個或一個晶圓盒裝成一個紙箱中，并堆棧于棧版上，因此我們需尋找能夠容納南茂棧版寬度通過且能達到讀取卷標的天線。依照南茂棧版寬度120cm要求下，我們測試德國FEIG LR2000型號RFID讀取器與天線（圖4）發(fā)現(xiàn)他的有效讀取距離可以達到160cm，因此我們設(shè)定在140cm作為閘門寬度（圖5），一方面可以顧及到RFID讀取率，另一方面也不會因閘門天線的架設(shè)而影響原先廠內(nèi)設(shè)備移動的動線規(guī)劃。 

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      LR2000閘門天線并不是兩片天線組成，實際上，它是一邊兩片，兩邊四片天線所組成的天線組，經(jīng)過天線多任務切換器，來達到大范圍讀取功能（圖6），同時LR2000可以調(diào)整RF輸出功率，可視使用情形調(diào)整，從4W~10W為區(qū)間，每0.25W為一段做調(diào)整，最重要是LR2000配有阻抗自動匹配電路，可偵測RFID天線在現(xiàn)場環(huán)境下其阻抗匹配結(jié)果，然后自動調(diào)整天線阻抗設(shè)定，以達到阻抗匹配，讓RF輸出能完全作用，而不至于造成反效果。 

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      LR2000與信息系統(tǒng)連接是透過TCP/IP方式進行連接。在使用我們規(guī)定RFID卷標擺放需與天線方向平行，當棧版推過閘門天線之間時才能被感應、讀取，實做測試結(jié)果，24個晶圓盒裝成12紙箱堆棧一起（3X2X2，圖7）皆能完全讀取。  

      同時需考量此RFID卷標貼附位置能滿足所有RFID應用流程，我們實驗結(jié)果是貼在晶圓盒內(nèi)層拖盤（圖17）上方，同時RFID標簽也會存放晶圓批號等廠內(nèi)品管作業(yè)流程所需代號。

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氮氣柜RFID設(shè)備

      因為存放8吋晶圓盒的氮氣柜整個為金屬制品，當初直覺會想到會影響讀取率，但后來善用其性質(zhì)反而提升定位準確度，又不會互相干擾，且不會增加后端軟件系統(tǒng)的負擔。因為氮氣柜上、下總共四層，每層分左右兩格，故總共有八個區(qū)間，每個區(qū)間可以放四個晶圓盒。  

      在這里我們采用FEIG MR200 讀取器及天線多任務切換器（圖9）及客制尺寸天線板，其運作方式為使用一臺MR200讀取器接上天線多任務切換器，此天線多任務切換器可以一對八一組或是二對四兩組來使用，因為氮氣柜分為八個區(qū)間，所以自然選用一對八模式來使用，如果超過八個以上，還可以接成階梯樹狀延伸使用范圍。    

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圖9、MR200器與天線多任務切換器 

      同時因為氮氣柜沒有公開標準，皆依晶圓場要求制造，以南茂而言，就如同上述而言，四層、八個區(qū)間，每個區(qū)間放四個晶圓盒（圖12、13），因此如何讓每個晶圓盒都能讀到， 是我們需面對解決的問題，很明顯，市面上并無現(xiàn)成天線板可以滿足我們的尺寸需求，因此我們設(shè)計尺寸規(guī)格委托硬件廠商制作客制天線板。經(jīng)過隔版架設(shè)（圖10、11）使天線與氮氣柜的金屬層版有些距離，避免造成天線產(chǎn)生的磁場嚴重變形而無法感應RFID標簽，但同時卻可以利用RF輸出功率的調(diào)整與金屬屏閉達到不會感應到其它區(qū)間的晶圓盒上的標簽。 

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圖10、客制化天線安裝  

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圖11、晶圓盒擺放 

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圖12、氮氣柜區(qū)間格層

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圖13、氮氣柜外觀

      手推車RFID設(shè)備  

      當晶圓盒在手推車時，依南茂規(guī)定晶圓盒不可以相迭，所以依南茂廠內(nèi)最常使用手推車設(shè)計時，一臺手推車最多可以放五個晶圓盒，比原先未導入RFID技術(shù)時，少掉一個晶圓和位置，原因是需要位置擺放RFID讀取器、電池、天線分配器等設(shè)備。針對手推車應用，我們選擇MR200WiFi版本，同時為能將手推車上晶圓盒標簽讀取到外，還需能定出手推車停于何處。首先解決手推車上晶圓盒的讀取，我們采用FEIG 一款80cmX60cm 規(guī)格之天線，同時將天線固定在手推車的側(cè)邊（圖14），以利上、下兩層晶圓盒讀取，其測試結(jié)果皆能完全正確讀取。 

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圖14、手推車天線架設(shè)

      另外解決手推車定位問題，因依南茂廠內(nèi)規(guī)定手推車如果未使用時，需按照規(guī)定停放于有標示停放的區(qū)域，如此只要將RFID標簽貼附于手推車停車格之中（圖15），并給于對應編碼以利查詢，所以手推車下面也需安裝天線（圖16）以利感應地板RFID標簽。另外因為MR200只能接一組天線，故我們有加裝天線分配器，如此可以讓MR200同時對兩天線做輸出，但也造成各天線接收到RF功率減半，幸好測試結(jié)果并不會影響讀取功能。最后裝上充電式電瓶，平?？捎肁C100V，如果一秒讀取一次，電瓶可以使用 將近80小時，如果換算10秒讀一次，則可以使用到一個月之久，而且備有AC接頭，可隨時找到插頭后進行充電。

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圖15、手推車停放圖                         16、手推車下方訂位天線

      測試機臺RFID設(shè)備 
 
      原先測試作業(yè)中，要進行測試作業(yè)前，作業(yè)人員需用人工方式察看流程窗體（此流程窗體為晶圓盒進入南茂廠內(nèi)后所產(chǎn)生的工作流程清單，晶圓盒在南茂廠內(nèi)一切作業(yè)流程相關(guān)信息或查核記錄均記錄于此工單之中），得知欲測試晶圓批號等相關(guān)參數(shù)再以手工輸入測試系統(tǒng)下載到指定的測試機臺執(zhí)行晶圓測試。  

      因此當南茂導入RFID技術(shù)后，首先可以取代工作流程清單的角色，經(jīng)由RFID標簽編號可以串起晶圓盒相關(guān)作業(yè)信息，同時經(jīng)由儲存于信息系統(tǒng)之中，減少無塵紙張成本的支出。另外就是取代人工輸入測試晶圓批號參數(shù)，改由RFID感應晶圓盒上卷標信息自動輸入測試系統(tǒng)，下載測試程序，減少人為錯誤輸入所引起的問題。在這里我們采用FEIG MR200接上天線板，此天線板固定于測試機臺承載測試晶圓置放處（圖18、19），當測試晶圓進行測試時，晶圓仍置放于晶圓盒內(nèi)層拖盤上，整個內(nèi)層拖盤會置入測試機臺之中，故內(nèi)層拖盤上的RFID標簽會被感應回報晶圓相關(guān)信息給測試系統(tǒng)。

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圖18、測試機臺上RFID設(shè)備圖          19、測試機臺晶圓測試入口與天線位置

      導入心得整理  

      RFID技術(shù)在最近幾年來不斷有新的技術(shù)開發(fā)與應用產(chǎn)生，也因此人們對RFID技術(shù)往往有很高的期望與想象，但在真實應用環(huán)境下，RF物理特性與極限的克服或處理往往是RFID導入廠商一直難以順利處理的關(guān)卡；尤其是當使用者與協(xié)助導入者在雙方認知上的差距，往往造成誤會的發(fā)生。  

      因此本案在實施之前，針對使用者要求的條件，資策會均帶著設(shè)備至現(xiàn)場進行場實際測試與驗證，來判斷、了解南茂的需求是否有可能達成，同時透過溝通、協(xié)調(diào)的方式讓南茂了解什么是RFID技術(shù)可以達成，什么是不可能做到，其期間進行長達一年之久。同時考量降低對現(xiàn)有流程修改沖擊因素，藉由制訂標準操作程序來提升RFID讀取率的穩(wěn)定。因此當企業(yè)要導入RFID之前，其事前評估準備作業(yè)必須非常謹慎與清楚。以下有幾點事項可以做為參考：  

      成本支出：目前RFID的成本仍然無法跟條形碼競爭，因此導入業(yè)者需能正確評估出預期成果與成本支出的關(guān)系，同時除設(shè)備采購、建置的有形成本外，也需注意無形成本的支出。 

 讀取率的要求：RFID讀取率低有時候還不太讓人氣餒，令人氣餒是讀取率接近98%、99%但仍無法改善，或是需投入大量成本去達到讀取率100%時，則需考慮是否要修正操作流程，去避掉造成影響讀取率的因素，最重要是對RF技術(shù)要有正確了觀念了解，不能盲目相信非接觸式感應的優(yōu)點。  

      作業(yè)流程的沖擊：導入RFID技術(shù)勢必會對流程有所影響，因此要從獨立的流程先著手，或是盡量做到與原先流程一樣，讓使用者慢慢適應RFID帶來的影響，同時也可以有機會修正。  

      正確規(guī)劃目標、系統(tǒng)保持彈性：企業(yè)導入RFID需要有完整規(guī)劃目標，短期要完成什么目標（省時間？省人力？提升準確性？），長期要達到怎樣的結(jié)果（廠內(nèi)部分實施？全場實施？與上、下客戶、廠商實施），目標需在導入之前就要確定清楚，讓各負責單位，能清楚知道自己扮演的角色；同時計劃執(zhí)行要保持一致的彈性與整合性，這樣才能避免目標無法達成或是設(shè)備規(guī)劃、采購、開發(fā)、維護上的浪費或錯誤。