[ppt]半导体制造领域离散重入型生产系统效率提升

半导体制造领域离散重入型生产系统效率提升演讲人：中车时代电气半导体事业部IGBT制造中心2016年10月2目录现状分析与实施思路第二部分工作进展及成效第三部分背景介绍第一部分存在的不足及向后计划第四部分公司概况3第一部分背景介绍、、、产业布局创新平台员工业务领域英国林肯中国株洲4英寸器件基地6英寸器件基地8英寸IGBT基地Dynex基地海外研发中心海外营销中心SiC基地（在建）半导体产业1100名员工，其中工程技术人员400余人境外员工：330人产品覆盖晶闸管、IGCT、IGBT、SiC、功率组件全系列，拥有芯片-模块-功率单元-整机完整产业链，产业规模国内第一新型功率半导体器件国家重点实验室国家能源大功率电力电子器件研发中心中国IGBT技术创新与产业联盟理事长单位欧洲电力电子学会副主席单位产品介绍生产线特点46英寸及以下双极器件生产线4英寸及以下双极器件生产线6英寸及以下双极器件、6英寸IGBT生产线8英寸IGBT芯片线IGBT模块自动封装线6英寸SiC中试线英国林肯基地中国株洲基地IGBT产品生产线公司概况产品介绍生产线特点第一部分背景介绍5自主IGBT产品电压等级覆盖650V－6500V，电流等级覆盖100A－3600A。公司概况产品介绍生产线特点第一部分背景介绍6IGBT作为机车功率变流装置的“心脏”和绿色高端产业的“核芯”，是传统电力电子器件和微电子制造技术两者有机结合的产物。IGBT生产过程具有微电子制造典型的离散重入式生产系统的特点。微电子电力电子器件半导体技术新型功率半导体器件IGBT信息处理能量处理融合公司概况产品介绍生产线特点第一部分背景介绍7公司概况产品介绍生产线特点第一部分背景介绍生产组织复杂生产周期长投资金额高IGBT生产线投资13亿；半导体生产设备昂贵，投资巨大。产品生产过程300多个工艺流程，在5个工位内完成，10余次循环。从2014年建线完成，产品的批量逐渐增加，生产周期长。自动化程度高一期芯片加工主设备73台，检测设备10台，均为自动设备。加工过程全自动，仅需人工上下料。8公司概况产品介绍生产线介绍第一部分背景介绍传统制造业以汽车行业为例，通过工位制节拍化流水线的形式满足了产品大批量生产的需求。IGBT的生产流程属于典型的离散重入式生产，且需要满足多品种、大批量生产的需求，生产管理难度大，生产线效率提升难。9目录现状分析与实施思路第二部分工作进展及成效第三部分背景介绍第一部分存在的不足及向后计划第四部分10第二部分现状分析与实施思路生产线基本情况产品生产流程特点改善实施思路扩散光刻刻蚀薄膜铜区生产线分为扩散、光刻、刻蚀、薄膜和铜区五大工序，各工序设备均已实现自动化加工。11第二部分现状分析与实施思路生产线基本情况产品生产流程特点改善实施思路2015年现状2016年目标79.975周期缩短4.9天单位：天设定目标：生产周期需降低到75天产线效率提升6%！依据公司的“十三五”规划要求，生产线需实现产品平均生产周期由79.9天降低至75天的目标。12第二部分现状分析与实施思路生产线基本情况产品生产流程特点改善实施思路典型IGBT剖面图IGBT生产流程简图IGBT芯片微观为“层”状结构，每一层均需经过扩散、光刻、刻蚀、薄膜的特定设备进行加工，因此生产流程具有反复重入的特点，当大量产品同时进行加工时，在各设备处不可避免地会出现产品排队竞争设备资源的情况。13第二部分现状分析与实施思路生产线基本情况产品生产流程特点改善实施思路问题分解设备采购价格、运行维护成本高昂产品多次重入机台，内部结构精密，生产流程无法变动，机台自动加工多种产品共线加工，兼顾科研、生产订单设备资源是有限的设备加工时间固定在流片情况复杂问题聚焦如何在现有设备资源条件下，通过合理的生产控制手段，缩短生产周期。问题分解与聚焦通过对生产线和产品现状的把握，把提升生产线效率这一难题聚焦为如何在现有设备资源条件下，通过合理的生产控制手段，缩短生产周期。14第二部分现状分析与实施思路生产线基本情况产品生产流程特点改善实施思路改善思路——回归IE本源，以技术手段解决管理问题1.过程控制结合生产线离散重入式生产方式的特点，为达到周期控制的目标，建立生产调度派工平台，动态调整在制品竞争设备加工资源的优先级。2.评价考核选取每日过片数作为过程指标，建立完善的监测体系，对所有产品生产进度进行管控，并监控生产线效率。建立调度派工平台过程指标每日对标15目录现状分析与实施思路第二部分工作进展及成效第三部分背景介绍第一部分存在的不足及向后计划第四部分16需求分析算法确定软件实现体系搭建第三部分工作进展及成效离散重入式生产方式最大特点是，每个产品加工过程反复重入各设备。Intel公司制造系统首席科学家KarlKempt博士提出包含三组五机台简化的mini-fab模型。经过业内大量研究表明，对于该类离散重入式的生产模式，难以得到确定的最优解。因此，简化工作目标，以统筹学排队模型入手，合理排程，优化设备生产任务排序，实现系统高效运行！拓展应用Mini-fab模型简化后的Mini-fab模型17派工基本规则调研先进先出原则(FIFO)生产周期比例法（关键比例）最短加工时间法(SPT)最早交期法(EDD)最短剩余加工时间法(SRPT)最小宽裕时间法(LS)调度派工三大目标优先级排序计算模型排程算法调研按时交货达成率最大化每日加工量最大化瓶颈设备利用率最大化确定排程的三大目标，筛选出适合于本生产线的派工规则算法，建立优先级排序计算模型。第三部分工作进展及成效需求分析算法确定软件实现体系搭建拓展应用18排程算法基本模型按时交货率最大化每日加工量最大化瓶颈设备利用率最大化)/RTTime-(DT=QNIinowi111jiji2iBN_flagRTa+LP_flag=QNIkTPk3iWIPb=QNI三个优先级系数进行线性加权结合局部优化算法，后得到最终的全局调度派工优先级系数根据本生产线实际情况，进行优化后得到基础的调度派工算法基本模型。第三部分工作进展及成效需求分析算法确定软件实现体系搭建拓展应用19第三部分工作进展及成效1.工作分解1.0生产在线动态调度控制系统建设1.1需求调研1.2计算模型建立1.3软件平台开发1.4软件平台验证1.1.1平台分析1.1.2功能需求汇总1.2.1派工目标分析1.2.2计算模型确定1.3.1软件平台搭建1.3.2功能模块开发1.3.3功能改进1.4.1软件部署1.4.2数据录入与软件试用1.4.3改进需求提出需求分析算法确定软件实现体系搭建拓展应用20第三部分工作进展及成效2.生产排程平台运行流程批次下线加工信息录入优先级排序系数计算后下发各终端分布式录入每个在制品的生产进度信息，后台计算排程结果后同步下发到每个终端指导生产。需求分析算法确定软件实现体系搭建拓展应用21第三部分工作进展及成效3.生产排程平台基础数据工艺路径数据：包含每种产品每一步的加工时间、可用设备、工艺菜单信息等数据设备基础数据：包含台设备的加工能力、单次最大加工量等数据需求分析算法确定软件实现体系搭建拓展应用22第三部分工作进展及成效4.生产排程平台功能设置操作员所负责设备显示区域待加工产品优先级后台运算：从上到下依次排布优先级运算自动排程动态控制防呆提示异常预警报表输出需求分析算法确定软件实现体系搭建拓展应用23第三部分工作进展及成效5.生产排程平台运行效果01020304050607080I0000147I0000139I0000131I0000123I0000115I0000107I0000099I0000091I0000083I0000075I0000067I0000059I0000051I0000043I0000035I0000027ID000173ID000165ID000155ID000146IT000279IT000271IT000258IT000240IGBT晶圆生产周期变化趋势051015202530354045FT000121FT000127FT000137FD000004FD000009FD000012FD000024FD000027FD000030FD000033FD000036FD000039FD000042FD000045FD000048FD000051FD000054FD000058FD000061FRD晶圆生产周期变化趋势通过软件平台动态调整任务优先级，自动排程，减少等待时间，缩短生产周期。需求分析算法确定软件实现体系搭建拓展应用24第三部分工作进展及成效过程指标监控体系建设建立生产排程系统以后建立过程指标监控体系来进行控制。结合半导体生产特点选取过片数（MOVE）作为过程指标，形成涵盖指标预测、生产实施、指标监测和指标提升的完整的PDCA循环！需求分析算法确定软件实现体系搭建拓展应用25第三部分工作进展及成效P：过片数预测D：生产过程控制C：日过片数跟踪A：总结改善根据产品生产流程、标准加工时间和投料计划，开发计算每日过片数计划的工具。将每个产品投料后的生产进度指标分解到天。过片数指标监测控制体系按照PDCA循环来运行需求分析算法确定软件实现体系搭建拓展应用如果且，则其中Cycle_timei为第i工序的净加工时间与按照优先级程度确定的排队时间之和，daily_worktime为按照优先级程度要求的每日上班时间,标准载具决定了每个批次产品片数为25。miiimiiitimeCycletimeCycle111_timedaily_work1-N_）（MiiiMiiitimeCycletimeCycle111_timedaily_workN_25)(mMMOVEN26第三部分工作进展及成效P：过片数预测D：生产过程控制C：日过片数跟踪A：总结改善根据产品生产流程、标准加工时间和投料计划，开发计算每日过片数计划的工具。将每个产品投料后的生产进度指标分解到天。生产流程标准时间投料计划过片数指标监测控制体系按照PDCA循环来运行每日过片指标需求分析算法确定软件实现体系搭建拓展应用27第三部分工作进展及成效产品基础数据各产品生产进度生产计划P：过片数预测D：生产过程控制C：日过片数跟踪A：总结改善过片数指标监测控制体系按照PDCA循环来运行需求分析算法确定软件实现体系搭建拓展应用28第三部分工作进展及成效生产任务按照调度派工平台优先级运算、自动排程、动态管理。设备PM（预防性维护保养）计划按照设备保养需求和设备预测过片任务进行合理安排。P：过片数预测D：生产过程控制C：日过片数跟踪A：总结改善过片数指标监测控制体系按照PDCA循环来运行需求分析算法确定软件实现体系搭建拓展应用29第三部分工作进展及成效以日过片数作为过程指标，通过每日过片数跟踪把握整体生产进度，加强对整个生产过程的控制。当实际过片（红色线）覆盖面积大于等于预测过片（蓝色线）时，产品能在交付周期内完成。P：过片数预测D：生产过程控制C：日过片数跟踪A：总结改善过片数指标监测控制体系按照PDCA循环来运行需求分析算法确定软件实现体系搭建拓展应用30第三部分工作进展及成效异常原因追溯晨会协调解决P：过片数预测D：生产过程控制C：日过片数跟踪A：总结改善过片数指标监测控制体系按照PDCA循环来运行需求分析算法确定软件实现体系搭建拓展应用31第三部分工作进展及成效通过过片数指标的监测和控制，使生产线月度入库完成率指标保持稳定。0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%1月份2月份3月份4月份5月份6月份7月份8月份9月份98%100%100%94%100%100%100%100%99%月度入库完成率P：过片数预测D：生产过程控制C：日过片数跟踪A：总结改善过片数指标监测控制体系按照PDCA循环来运行需求分析算法确定软件实现体系搭建拓展应用32第三部分工作进展及成效需求分析算法确定软件实现体系搭建拓展应用生产线过片数预