半导体制造业的物流效率研究_杨冰花

文章编号:100725429(2004)0120036204收稿日期:2003-03-10;　修回日期:2003-08-07作者简介:杨冰花(19792),女(回族),山东济宁人,西安电子科技大学管理科学与工程专业硕士研究生。

半导体制造业的物流效率研究杨冰花,李　华(西安电子科技大学经济管理学院,陕西西安710071) 摘要:以晶圆代工模式下的半导体制造为主要研究对象,分析了其特殊的物流模式即双向物流模式,并基于这种物流特性,以改进物流效率为目标,分析并提出了造成物流停滞的两个主要环节,着重对这两个环节提出了一些改善方法。

关键词:物流效率;半导体制造业;瓶颈中图分类号:F252.5;T N3 文献标识码:AThe Logistic E fficiency of Semiconductor Manu facturing I ndustryY ANG Bing 2hua ,LI Hua(School of Economics and Management ,X idian University ,X i ’an 710071,China ) Abstract :With semiconductor foundry as the main study object ,a special logistic m odel —double directions logistic m odel is analyzed.Base on it ’s character ,tw o main links resulting logistic stagnant are presented to im prove logistic efficiency.And s ome methods were given for reforming the tw o links with em phasis.K ey w ords :logistic efficiency ;semiconductor manufacturing industry ;bottleneck1　引言半导体业是国内新兴的一个极具发展潜力的行业,在国际上大概可分为三大类型,一是垂直整合型,研发、生产和销售都在一个公司内完成,如日本的NEC 、T oshiba 和韩国的现代等;二是混合型,这类企业除了垂直整合型的公司外还有专门的设计公司,如Intel 、AMD 、S3等;三是水平分工型,即设计、制造与封装测试等分离运营的模式,该模式由台湾引进大陆,运营效果良好,目前在国内半导体业中比较流行。

由于半导体行业的产品更新换代快,市场竞争激烈,因此要求每一个半导体厂商都能够及时反应市场变化和技术更新,市场竞争的焦点已转向时间和速度,而整个供应链上的物流效率的提高则是提高竞争力的保障。

不畅通的物流不仅会影响厂商对市场的反应速度,还会导致一些潜在的成本浪费,如晶圆片(Wafer )受污染造成的损失,市场变化导致在制品的报废,在制品的堆积造成的生产成本提高,等等。

为了提高企业的柔性和敏捷性,保证企业及时对市场和客户作出反应,提高客户服务水平和企业核心竞争力,必须保证整个供应链上的物流畅通。

在半导体的整个生产过程中,制造公司的生产周期最长,有的长达40260天。

制造公司的物流效率以及制造公司与设计公司的合作对整个供应链的影响最大。

本文主要针对半导体行业的特点研究如何提高物流效率,保证物流的畅通。

2　物流模式分析目前国内半导体业的供应链结构如图1所示。

具体地说,设计公司处于供应链的最上游,根据市场需要设计芯片并负责联系制版厂,将制造芯片所必需的光刻版(mask )提供给制造公司,制造公司接到订单和所需光刻版后开始进行加工。

加工完毕后的成品,交付设计公司,再由设计公司选择封装测试企业进行封装测试,最后将成品交给设计公司,完成最终测试后交予客户。

根据客户要求不同,设计公司交付的产品可以是未经切割封装的晶园(也就是制—63—造公司完成的产品),也可以是切割并未封装的芯片。

总之对制造公司和封装测试公司而言,设计公司就是他们的客户,他们只关心如何从众多的设计公司中得到订单。

半导体产业市场需求的源头来自于设计公司,市场最终客户只是设计公司的客户。

图1　设计、制造与封装测试三者分离的供应链结构由于整个半导体生产过程涉及不同类型的高科技技术,生产经营的管理方式也有所区别,而一个企业的精力毕竟有限,面面俱到非常困难,因此,这种水平分离的运营方式有助于企业核心竞争力的培养,便于企业集中精力做好其核心业务。

在这种分离下,每类公司都专注于一种业务,有利于成本的降低,可取得规模经济的效益。

如可以生产不同设计公司的产品,产品品种多样化,生产规模更大,成本也会降低。

对于设计公司和封装测试公司也是同样的道理。

这些优势使得水平分工方式非常适合目前国内的情况。

以前企业内的物流变成了现在的企业间的物流,但原来那种合作紧密程度却不能因分离运营而减少,反而应该在市场驱动下变得更加合理,更加有效,这将表现在后面提到的对t 4的优化上。

另一方面,从供应链战略发展动向来看,并不是向外无限扩张,而是重新回到企业内部,把供应链战略的突破口放回企业本身,即企业内部的供应链优化将是整个供应链管理的核心,这一点将表现在后面提到的对t 2的优化上。

半导体制造是整个生产过程中的主要环节,也是最复杂、周期最长的环节,涉及较多的企业物流。

下面以半导体制造企业为核心分析其物流模式和引起停滞的环节。

图2　一般的物流模式由图2可以看出,一般的三级供应链的物流是线性的,即从供应商到制造商再到客户。

而半导体制造企业中的物流不再是通常的三级供应链中的线性模式,在其客户端存在一种双向物流(如图3所示)。

制造商不仅要向客户提供产品,而且要以客户提供的物料即光刻版为必要条件才能进行生产。

需要指出的是,光刻版一般是由设计公司委托专业的制版厂制造并代交给制造公司,制版厂与制造公司并没有合约关系,在考虑制造公司的物流模式时可以在客户端将其屏蔽掉。

这样易于分析物流的停滞环节,而在下一节探讨解决方案时才有必要将其考虑进来。

图3　半导体制造公司的物流模式假设物流在供应商、原料库、加工过程、成品库及客户端各环节的停留时间依次为t 0,t 1,t 2,t 3及t 4。

时间t 0由原材料供应商决定,制造企业本身无法控制。

从实际情况考察来看,供应商的供货一般会很及时,买方市场的形成使得由t 0造成的影响很小。

另外,由于整个生产是一种订单拉动式生产,企业根据订单生产,根据内部实际需要订购原材料,这使得t 3和t 1都很小,即产品生产出来后不会存在长时期的库存滞留,原材料按需定购也不会形成库房堆积,当然这是由小的t 0作保证的。

这样,主要的物流阻塞就存在于t 2和t 4。

其中t 2是制造公司的制造周期,优化制造中各个工艺以及工艺间的衔接,降低在制品数量,会对整个企业的反应速度有很大改善。

t 4是指制造公司等待光刻版的时间,包括光刻版的制造和运送时间。

这部分物流量虽然很小,但它控制着制造的步伐,是制造能否进行的决定性因素,在很大程度上还影响着t 2的大小。

因此,减少t 2和t 4是提高半导体制造业物流效率的根本所在。

3　提高物流效率的策略概括而言,t 2的减少依靠企业内部供应链的优化,t 4的减少依靠外部供应链(主要是客户端)的优化。

3.1　减少t 2的方法半导体制造系统是一个复杂的可重入系统,其主体分为光刻、腐蚀、薄膜和扩散四个工作中心,每个中心有各种不同类型的设备。

如图4所示,每批—73—产品要根据流程单上的顺序,多次进入各个工作中心,在各中心间流动,重复执行各个步骤,直至最后的产品生成。

图4　简易加工流程图t 21,产品在工作中心和设备间的流动时间t 22,以及在设备前的等待时间t 23构成。

其中t 21又由设备的调整时间和设备的标准加工时间构成。

在这些时间中,只有设备的标准加工时间是无法缩短的。

首先,在t 21中,有些设备根据不同的产品需要更换不同的配件,如果产品加工的先后顺序安排得当,则可以减少更换配件的次数,这也就减少了设备调整时间;第二,由于半导体制造的可重入性,产品需要在各工作中心间来回重复流动,t 22不可避免。

最后,等待时间t 23对t 2的影响最大,尤其是在瓶颈设备前的等待时间。

由上述分析,t 2的减少需从下面几个方面入手。

针对t 21,尽量将需要同类加工配件(如靶材)的产品一起加工,即在排程系统中当一批产品即将投入某个加工环节时,搜索该批产品加工时间段内是否有后继同类产品。

若有,当该批产品的批量小于设备最优批量,则可等待后继同类产品一并加工,否则将后继同类产品列为下一批要加工的产品,而不是单纯地按照先后顺序加工,这样可以减少设备更换配件的次数和时间。

针对t 22,由于各种设备的加工批量不相同,若各工作中心间的运送批量相同,会导致设备空闲或物流停滞。

因此在工件调度时可结合下游加工状态来确定合理的运送批量,采用批量分离的方法以减少生产提前期。

若下游工序的加工批量较小,且处于空闲状态,则排程系统应及时提示上游工序分成若干批运送,以缩短下游的空闲时间。

在生产状态稳定的情况下,各设备的负荷率基本稳定,而且同一设备的最优加工批量不变,这时可根据历史数据来确定最合理的运送批量。

这样不同的工作中心间的运送批量各自不同且稳定,既可以提高物流效率,又可以加快排程系统的运算速度,增进系统实用性。

如果企业的设备有了变化,则需要改变系统中设备的参数,并让其运行一段时间后找出新的合理运送批量。

另外,加强现场管理,保证现场的整洁通畅也有助于减少t 22。

针对t 23,关键是要解决瓶颈问题。

最直接的方法是将瓶颈资源考虑到排程系统中,根据资源的产能计算资源的负荷率以识别瓶颈,并结合产品的优先权、交货期、理想的安全库存及在制品量等指标确定作业的优先权数及批量。

由于瓶颈问题是动态出现的[1],需要制造部门实时地监控瓶颈资源,及时处理一些短期和中期的瓶颈问题。

将制造系统中的设备瓶颈这种狭义的瓶颈概念推广到整个供应链上,就得到广义的瓶颈概念。

如果将制造系统看成被包含在整个价值链中单独的一项资源,这时的瓶颈就不是一台设备或一个工作中心,而是一个企业[2]。

对于目前半导体行业的这种设计、制造、封装分离的模式,更应该站在供应链的角度去分析其瓶颈。

如果制造环节是瓶颈,那么整条链的运作就应该按照制造公司的生产速度来进行,将瓶颈管理嵌入到企业的供应链管理系统中,有利于整个供应链中物流的平衡。

要将以上这些因素都包含到计划与排程系统中,传统的MRP Ⅱ系统已不适应于半导体的生产现状,它只能基于非自动的反馈机制对生产能力进行计算,不能自动寻找合适的工艺路线[3]。