1 引言
半導(dǎo)體制造是一個(gè)資金高度密集、流程高度復(fù)雜的加工過(guò)程。隨著市場(chǎng)的迅速發(fā)展，IC封裝技術(shù)和工藝也不斷更新?lián)Q代。集成電路制造系統(tǒng)是目前公認(rèn)的最為復(fù)雜的制造系統(tǒng)，而IC封裝生產(chǎn)系統(tǒng)又是其中相對(duì)復(fù)雜的部分，因?yàn)橄啾容^圓片制造過(guò)程而言，其還存在生產(chǎn)批量的分解、合并等等問(wèn)題，目前IC封裝技術(shù)正朝著低功耗、小尺寸、高速度、高集成度方向發(fā)展，新型的封裝設(shè)計(jì)、封裝工藝、封裝設(shè)備不斷涌現(xiàn)，未來(lái)幾年，半導(dǎo)體封裝測(cè)試企業(yè)面臨的外部環(huán)境的競(jìng)爭(zhēng)也將愈演愈烈。這對(duì)生產(chǎn)線的產(chǎn)能平衡和生產(chǎn)計(jì)劃與控制等提出了更高的要求，而且，集成電路的生產(chǎn)制造需要巨大的資金投入，主要包括設(shè)備和原材料，再加上設(shè)備的生產(chǎn)能力對(duì)于混合產(chǎn)品的生產(chǎn)比較敏感，因此，在集成電路制造企業(yè)中，如何安排最優(yōu)化的生產(chǎn)計(jì)劃以提高設(shè)備的利用率、降低庫(kù)存和制造周期，就成為了一個(gè)非常困難的過(guò)程，但同時(shí)也成為企業(yè)保證其競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的極具挑戰(zhàn)性的工作任務(wù)。
半導(dǎo)體的加工過(guò)程主要分為四步（如圖1所示）：圓片的制造和檢測(cè)及芯片的封裝和測(cè)試，其中圓片的制造和檢測(cè)通常被稱為前道工序，主要加工過(guò)程包括化學(xué)清洗、平面光刻、離子注入、金屬沉積/氧化、等離子體/化學(xué)刻蝕等，檢測(cè)完的圓片被送到封裝和測(cè)試廠進(jìn)行后道工序的加工、主要加工過(guò)程包括貼片、環(huán)氧固化、電性能測(cè)試、激光刻飾、焊球粘結(jié)等，前道和后道工序的加工一般在不同的工廠進(jìn)行。
半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在國(guó)內(nèi)起步較晚，對(duì)其生產(chǎn)控制的研究甚少，國(guó)外對(duì)前道圓片制造廠的生產(chǎn)計(jì)劃與控制研究比較成熟，而對(duì)封裝測(cè)試廠的研究很少，本文以英特爾上海芯片組（Chipset）工廠的封裝和測(cè)試生產(chǎn)線為例，對(duì)車間庫(kù)存管理系統(tǒng)進(jìn)行研究并加以實(shí)施。
2 工廠庫(kù)存管理系統(tǒng)分析比較
庫(kù)存管理是車間生產(chǎn)管理的重要部分，一套好的庫(kù)存管理方案能在很大程度上提升車間運(yùn)作水平，如提高產(chǎn)量、降低生產(chǎn)周期、降低制造成本，反之亦然。
庫(kù)存管理歸類起來(lái)有兩大系統(tǒng)，即推動(dòng)式和拉動(dòng)式系統(tǒng)，推動(dòng)式系統(tǒng)，如制造資源計(jì)劃（Manufacture
Resource Planning，MRPII）或其他需求測(cè)試方法，按預(yù)先制定的提前期，用無(wú)限能力排產(chǎn)法編制作業(yè)計(jì)劃和投放物料。
拉動(dòng)式系統(tǒng)通常有看板（Kanban，日語(yǔ)是卡片的意思）系統(tǒng)和CONWIP（CONstant
Work－In－Process）系統(tǒng)，物料投放需求信息是隨生產(chǎn)線庫(kù)存狀態(tài)的改變而傳遞的�？窗逑到y(tǒng)是被廣泛認(rèn)知的一種拉動(dòng)式系統(tǒng)，看板系統(tǒng)使用一套卡片來(lái)嚴(yán)格控制每?jī)蓚�(gè)加工中心的庫(kù)存，每?jī)蓚�(gè)加工中心的卡片數(shù)量是預(yù)先確定的，卡片數(shù)量對(duì)應(yīng)庫(kù)存數(shù)量，系統(tǒng)中總的庫(kù)存被控制在卡片總數(shù)以內(nèi)，只有當(dāng)加工中心有排隊(duì)物料并且持有授權(quán)生產(chǎn)的卡片（由下道工序傳遞來(lái)的），該道工序才能開始生產(chǎn)，圖1是看板系統(tǒng)示意圖，每個(gè)卡片授權(quán)上道工序生產(chǎn)并傳送給下道工序，例如第一和第二道工序間的卡片從被接受加工的批料中騰出后變授權(quán)第一道工序前的批料接受工序1的加工，并觸發(fā)原材料的投放�？窗逑到y(tǒng)保證了較低的庫(kù)存，各工序只生產(chǎn)后工序所需的物料，避免了不必要的生產(chǎn)，避免和減少了非急需庫(kù)存。
CONWIP系統(tǒng)的核心是建立生產(chǎn)線的庫(kù)存水平，當(dāng)實(shí)際數(shù)量達(dá)到或超出該水平時(shí)，停止物料投放進(jìn)入系統(tǒng)，我們稱這種協(xié)議為CONWIP，因?yàn)樗?guī)定只有當(dāng)制成品流出系統(tǒng)時(shí)，新的物料才可以投入，這樣系統(tǒng)中總的再制品庫(kù)存接近一個(gè)定值（CONstant），如圖2所示，CONWIP系統(tǒng)沒有規(guī)定每?jī)傻拦ば蜷g的卡片數(shù)量，只有系統(tǒng)需求且又有卡片授權(quán)時(shí)，也就是有成品離開系統(tǒng)時(shí)，物料就可以投放進(jìn)入系統(tǒng)，相對(duì)看板系統(tǒng)而言，CONWIP系統(tǒng)不控制單獨(dú)工序前的物料、但系統(tǒng)中總的數(shù)量是定常的，一旦原材料授權(quán)進(jìn)入CONWIP"黑匣子"便在系統(tǒng)內(nèi)自由流動(dòng)，而且會(huì)相對(duì)多地自然聚集在瓶頸工序前面。
實(shí)踐證明，CONWIP系統(tǒng)提供了一種有效而靈活的庫(kù)存管理方法，CONWIP系統(tǒng)的實(shí)施能夠縮短生產(chǎn)周期，減小生產(chǎn)周期波動(dòng)偏差，降低庫(kù)存水平，此外，CONWIP系統(tǒng)還具有它固有的穩(wěn)定性和自適應(yīng)調(diào)節(jié)型，然而在半導(dǎo)體封裝測(cè)試車間實(shí)施并保持CONWIP系統(tǒng)需要考慮哪些因素呢？下面將闡述CONWIP系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)、采用及實(shí)施方案。
3 CONWIP系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)
CONWIP系統(tǒng)通過(guò)物料投放的控制使整個(gè)車間的在制品庫(kù)存保持一個(gè)定常水平，Hopp和Spearman指出[2]，從建模角度看，CONWIP系統(tǒng)就像一個(gè)閉環(huán)排隊(duì)系統(tǒng)，工件在系統(tǒng)內(nèi)部不確定地流動(dòng)。
首先，拉動(dòng)式系統(tǒng)相對(duì)于推動(dòng)式系統(tǒng)而言，其優(yōu)點(diǎn)如下：
（1）庫(kù)存水平，（也是拉動(dòng)式系統(tǒng)物料投放的觸發(fā)點(diǎn)）是直觀的、看得見的，而推動(dòng)式系統(tǒng)下的生產(chǎn)計(jì)劃是和未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)能相關(guān)聯(lián)的，但該產(chǎn)能不是很直觀，而且會(huì)隨生產(chǎn)線的實(shí)時(shí)狀態(tài)而改變的，因此預(yù)先制定的計(jì)劃往往是不準(zhǔn)確的；
（2）拉動(dòng)式系統(tǒng)保持相對(duì)少的庫(kù)存達(dá)到相同的產(chǎn)出；
（3）拉動(dòng)式系統(tǒng)庫(kù)存水平保持的差錯(cuò)概率要比推動(dòng)式系統(tǒng)計(jì)劃的物料投放差錯(cuò)概率小得多；
（4）當(dāng)條件允許時(shí)，拉動(dòng)式系統(tǒng)有助于提前生產(chǎn)。
其次，CONWIP系統(tǒng)比其他拉動(dòng)式系統(tǒng)有更多優(yōu)點(diǎn)：
（1）CONWIP系統(tǒng)實(shí)施起來(lái)更簡(jiǎn)便，整個(gè)生產(chǎn)線只需要設(shè)置一套卡片，而看板系統(tǒng)每道工序前都要設(shè)一套卡片；
（2）CONWIP系統(tǒng)更能適應(yīng)不斷改變的產(chǎn)品品種；
（3）CONWIP系統(tǒng)能夠適應(yīng)由于產(chǎn)品不同或機(jī)器意外故障造成的生產(chǎn)瓶頸漂移，因?yàn)樗墓逃袑傩灾痪褪枪ぜ䲡?huì)自然聚焦到實(shí)際瓶頸工序前，而總的庫(kù)存數(shù)量不變；
（4）CONWIP系統(tǒng)能減輕各工序勞動(dòng)力數(shù)量的壓力，這是由其靈活的生產(chǎn)節(jié)奏控制而決定的。
因此，一個(gè)設(shè)計(jì)良好的CONWIP系統(tǒng)可以減少生產(chǎn)周期及其波動(dòng)，降低庫(kù)存成本，減輕生產(chǎn)線勞動(dòng)力數(shù)量的壓力，對(duì)于生產(chǎn)線上的任何變化能夠更敏捷和靈活地作出反應(yīng)。而且由于庫(kù)存降低，質(zhì)量缺陷更易于暴露或被檢測(cè)出來(lái)。
4 CONWIP系統(tǒng)的采用
如前所述，拉動(dòng)式系統(tǒng)比起推動(dòng)式系統(tǒng)來(lái)，有著不可代替的優(yōu)勢(shì)，而且，在很多情況下，CONWIP系統(tǒng)勝于看板系統(tǒng)，但是在實(shí)際應(yīng)用中，有時(shí)一套系統(tǒng)適合這個(gè)工廠并不一定會(huì)適合另一個(gè)工廠，那么如何為一個(gè)工廠選擇一套合適的在制品庫(kù)存管理系統(tǒng)呢？要回答這個(gè)問(wèn)題，我們要考慮很多因素，如：
產(chǎn)品品種結(jié)構(gòu)及其變化頻率；
生產(chǎn)線具有簡(jiǎn)單重復(fù)的加工路徑還是有多種加工路徑；
生產(chǎn)線可靠性和機(jī)器故障頻率高低；
生產(chǎn)線的瓶頸多少和瓶頸漂移情況；
原材料和零部件供應(yīng)商的交貨時(shí)間；
工廠勞動(dòng)力數(shù)量的靈活性。
帶著這些問(wèn)題，我們對(duì)英特爾上海封裝測(cè)試廠進(jìn)行分析，試圖建立一套適合該工廠的庫(kù)存控制系統(tǒng)，該廠生產(chǎn)線由三十多道工序組成，某些關(guān)鍵工序機(jī)器故障難以預(yù)測(cè)，產(chǎn)品品種通常有幾十種，有多條加工路徑，每種產(chǎn)品每周需求量都有變化，而且每種產(chǎn)品的瓶頸分布不同，生產(chǎn)線有多個(gè)瓶頸，而且相對(duì)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，瓶頸經(jīng)常漂移；根據(jù)設(shè)計(jì)產(chǎn)能，生產(chǎn)線通常由250－300臺(tái)機(jī)器組成，因此每個(gè)機(jī)臺(tái)的操作工不能保證任何時(shí)間都到位。
考慮這些因素以及綜合前面的分析，CONWIP系統(tǒng)比看板或者其他推動(dòng)式系統(tǒng)更適合半導(dǎo)體封裝測(cè)試工廠車間庫(kù)存控制，例如，由于卡片設(shè)置的問(wèn)題，看板系統(tǒng)不適合該工廠多品種多加工路徑的制造環(huán)境，而CONWIP系統(tǒng)卻能很好地適應(yīng)這一條件，機(jī)器的不穩(wěn)定性和制造瓶頸的漂移也給MRP推動(dòng)式系統(tǒng)的生產(chǎn)計(jì)劃帶來(lái)麻煩。造成庫(kù)存過(guò)多或不均，而CONWIP系統(tǒng)卻能根據(jù)生產(chǎn)線現(xiàn)狀靈活地應(yīng)對(duì)，CONWIP系統(tǒng)還有助于提前生產(chǎn)一定的庫(kù)存而避免產(chǎn)能閑置，但看板系統(tǒng)缺乏這樣的機(jī)動(dòng)性。
5 CONWIP系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)存數(shù)量估測(cè)
CONWIP系統(tǒng)被采用作為在制品庫(kù)存控制方法后，接下來(lái)的任務(wù)是設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)存水平參數(shù)，同時(shí)滿足產(chǎn)出和生產(chǎn)周期的目標(biāo)要求，目前有多種方法獲取該標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)存水平，如計(jì)算機(jī)仿真或其他算法。然而庫(kù)存水平對(duì)于生產(chǎn)控制不是非常敏感，只要庫(kù)存水平足以達(dá)到預(yù)期產(chǎn)出而且又不是很高，生產(chǎn)系統(tǒng)就會(huì)運(yùn)作良好，估測(cè)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)存水平最簡(jiǎn)單有效的是以歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)作為起始點(diǎn)，我們可以從一道加工工序或整套生產(chǎn)線開始，如果我們選擇整個(gè)加工路徑作為CONWIP系統(tǒng)閉環(huán)區(qū)間，首先確定一個(gè)可行的生產(chǎn)周期（CT）和單位時(shí)間產(chǎn)量，如瓶頸工序的單位時(shí)間產(chǎn)量RB，然后采用利特爾法則（Little's
law）計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)存水平（Standard WIP Level）：
WIP＝Rb×CT
該計(jì)算結(jié)果可以作為起始庫(kù)存水平，可以隨時(shí)間逐漸修訂調(diào)整，理想狀況下的生產(chǎn)周期（CT）等于工件加工時(shí)間，沒有工件排隊(duì)時(shí)間，實(shí)際上這是不可能的，因?yàn)槊康拦ば颉⒚總�(gè)機(jī)臺(tái)的產(chǎn)能相差各異，很難保證一批工件離開一道工序時(shí)，上道工序的工件正好到達(dá)。因此總有一定數(shù)量的待加工工件等待在工位前避免機(jī)器停工待料。因此加工周期通常都包括加工時(shí)間和排隊(duì)等待時(shí)間。通常，當(dāng)一條生產(chǎn)線從推動(dòng)式系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)镃ONWIP拉動(dòng)式系統(tǒng)時(shí)，我們不能太樂(lè)觀估計(jì)生產(chǎn)周期，因?yàn)檫@樣會(huì)導(dǎo)致起始庫(kù)存水平太低而最終影響系統(tǒng)產(chǎn)量。
CONWIP系統(tǒng)卡片的形式可以是實(shí)體卡片，由每個(gè)生產(chǎn)批次承載，也可以也是電子信息存在于生產(chǎn)控制計(jì)算機(jī)內(nèi)，計(jì)算機(jī)即時(shí)顯示生產(chǎn)線所有庫(kù)存位置、數(shù)量、型號(hào)等信息，生產(chǎn)一線人員根據(jù)預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)存水平來(lái)決定物料投放和生產(chǎn)節(jié)拍控制，生產(chǎn)控制中心實(shí)時(shí)監(jiān)控庫(kù)存情況，如有偏差及時(shí)給予糾正指令。
6 CONWIP系統(tǒng)性能表現(xiàn)
CONWIP系統(tǒng)的引進(jìn)與建立，明顯改善了車間生產(chǎn)周期和庫(kù)存水平，圖4顯示，采用CONWIP系統(tǒng)后生產(chǎn)周期在六個(gè)月內(nèi)降低了20％，庫(kù)存同樣降低了16％，如圖5所示。
CONWIP系統(tǒng)有利于生產(chǎn)線上人力資源的優(yōu)化安排且允許物料按照規(guī)律自由地流動(dòng)，這些都是由該系統(tǒng)本身具有的優(yōu)越性決定的。
總之，CONWIP系統(tǒng)不僅改善車間生產(chǎn)周期和庫(kù)存水平，而且會(huì)給車間作業(yè)和生產(chǎn)控制帶來(lái)靈活性。
7 降低在制品庫(kù)存水平
生產(chǎn)周期和庫(kù)存水平控制是一項(xiàng)重要的生產(chǎn)制造指標(biāo)，一套好的庫(kù)存水平系統(tǒng)以及低庫(kù)存水平可以帶來(lái)很多好處：首先，確定的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)存水平可以有效限制物料投放，讓訂單暫時(shí)停留在紙上而不是在車間里，這樣可以減少占用寶貴的車間空間，減少質(zhì)量缺陷和返工率進(jìn)而帶來(lái)直接效益，其次，低庫(kù)存水平相應(yīng)地縮短生產(chǎn)周期，如圖5所示，這是符合利特爾法則。
我們可以采取下列步驟來(lái)實(shí)施降低庫(kù)存的過(guò)程：
（1）首先實(shí)施按照利特爾法則計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)存水平；
（2）采集各工序設(shè)備使用率并且確認(rèn)使用率最高的工序；
（3）采集各工序物料排隊(duì)時(shí)間并且確認(rèn)排隊(duì)時(shí)間最長(zhǎng)的工序；
（4）開始降低設(shè)備使用率最高或排隊(duì)時(shí)間最長(zhǎng)的工序的庫(kù)存水平，進(jìn)而達(dá)到降低整個(gè)系統(tǒng)庫(kù)存水平的目的；
（5）返回步驟（2）重復(fù)該程序，直到對(duì)預(yù)定產(chǎn)出有影響為止。
再次參考圖5，該車間引用CONWIP系統(tǒng)后的第一個(gè)月平均在制品庫(kù)存是750×103組芯片，通過(guò)不斷削減庫(kù)存同時(shí)觀察對(duì)產(chǎn)量的影響，第二個(gè)月庫(kù)存是690×103組，隨后的四個(gè)月穩(wěn)定在680×103組芯片。
8 結(jié)論
至此，我們分析比較了CONWIP系統(tǒng)和看板系統(tǒng)及推動(dòng)式的優(yōu)劣，CONWIP系統(tǒng)在半導(dǎo)體封裝測(cè)試車間相對(duì)其他系統(tǒng)的適用性，還進(jìn)一步闡述了怎樣實(shí)施CONWIP系統(tǒng)以及不斷改進(jìn)的策略。這些方案的應(yīng)用都由實(shí)際結(jié)果所驗(yàn)證，被證明是有效而可靠的。
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