當(dāng)新冠開始傳播時(shí)，汽車行業(yè)受到了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)沖擊。在疫情爆發(fā)初期，一些地區(qū)對(duì)新車的需求下降了80%，中國(guó)、歐洲和北美90%以上的汽車工廠在危機(jī)最嚴(yán)重時(shí)關(guān)閉。

不到兩年后，隨著疫苗的出現(xiàn)和經(jīng)濟(jì)的增強(qiáng)，情況發(fā)生了逆轉(zhuǎn)。事實(shí)上，汽車銷售的反彈速度比預(yù)期的要快，使得OEM難以滿足需求。主要制約因素不是產(chǎn)能不足，而是缺乏能夠?qū)崿F(xiàn)高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)和聯(lián)網(wǎng)汽車功能，如在線導(dǎo)航和信息娛樂的精密半導(dǎo)體。

嚴(yán)峻形式下，一些汽車制造商已經(jīng)停止生產(chǎn)某些汽車或放慢生產(chǎn)線。其他OEM只是在制造汽車外殼，并等待在以后添加需要半導(dǎo)體的系統(tǒng)。還有一些人刪除了車輛的某些功能。

當(dāng)汽車銷量開始激增時(shí)，汽車制造商自然會(huì)增加他們的芯片訂單，但晶圓廠需要提前數(shù)月至數(shù)年預(yù)訂生產(chǎn)線。到 OEM 來(lái)電時(shí)，晶圓廠已經(jīng)將大部分產(chǎn)能分配給其他領(lǐng)域的業(yè)務(wù)，例如消費(fèi)電子產(chǎn)品，因此不可能立即轉(zhuǎn)向新訂單。即使有更多產(chǎn)能可用，OEM仍可能會(huì)發(fā)現(xiàn)自己處于停滯狀態(tài)，因?yàn)閺?fù)雜設(shè)置和制造過(guò)程，新批次的芯片需要六到九個(gè)月的時(shí)間。

由于汽車需求強(qiáng)勁，晶圓廠有很大的動(dòng)力來(lái)縮短交貨時(shí)間。但對(duì)于制造6英寸和8英寸晶圓的成熟晶圓廠來(lái)說(shuō)，這可能是困難的，因?yàn)樗鼈冊(cè)O(shè)備往往更舊，效率更低。通過(guò)新設(shè)施和工具設(shè)置提高自動(dòng)化和擴(kuò)大生產(chǎn)有助于縮短生產(chǎn)時(shí)間，但即使在現(xiàn)代設(shè)施中實(shí)施也具有挑戰(zhàn)性且耗時(shí)。為了更快地提高生產(chǎn)力，成熟的晶圓廠可以采用更嚴(yán)格、更全面的方法重點(diǎn)關(guān)注四項(xiàng)關(guān)鍵活動(dòng)：提高整體設(shè)備效率 (OEE)、主動(dòng)管理勞動(dòng)力、簡(jiǎn)化基礎(chǔ)設(shè)施和動(dòng)態(tài)管理性能。這些技術(shù)中的一些在其他行業(yè)甚至在半導(dǎo)體行業(yè)的某些部門中廣為人知，但在成熟的晶圓廠中并不常見。?日益嚴(yán)重的供需失衡?到 2019 年，汽車行業(yè)占半導(dǎo)體總銷售額的近 10%，創(chuàng)造了約 410 億美元的收入。由于半導(dǎo)體行業(yè)已經(jīng)開始依賴OEM來(lái)獲得強(qiáng)勁而穩(wěn)定的收入來(lái)源，因此很快就感受到了疫情期間汽車銷量下降的影響。

當(dāng)汽車需求下降時(shí)，OEM和半導(dǎo)體分銷商推遲了新訂單，只在庫(kù)存不足時(shí)才采購(gòu)。這種猶豫在平時(shí)可能是謹(jǐn)慎的，但它讓許多OEM沒有做好準(zhǔn)備，無(wú)法應(yīng)對(duì)汽車需求從近期低點(diǎn)快速激增。盡管一些成熟的晶圓廠可能會(huì)試圖通過(guò)增加產(chǎn)能來(lái)緩解短缺，但產(chǎn)能提升需要六個(gè)月或更長(zhǎng)時(shí)間。他們可以嘗試提高效率以獲取一些早期的收益，但過(guò)去的大多數(shù)努力都遇到了意想不到的問(wèn)題。根據(jù)我們與多家晶圓廠合作的經(jīng)驗(yàn)，這些問(wèn)題源于四種類型。

一、錯(cuò)過(guò)了增加產(chǎn)能的機(jī)會(huì)。因?yàn)槌墒斓木A廠數(shù)據(jù)基于舊的配方或工具能力，因此其往往缺乏對(duì)其全部產(chǎn)能的全面了解。例如，有些人可能低估了可能的工具正常運(yùn)行時(shí)間的真實(shí)數(shù)量，是因?yàn)樗鼈儠?huì)導(dǎo)致緩沖區(qū)過(guò)多。其他人難以計(jì)算容量，因?yàn)樗麄冊(cè)谟?jì)算中使用過(guò)時(shí)的信息，不考慮產(chǎn)品組合的變化，或者不優(yōu)化工具的層分配。這些問(wèn)題非常復(fù)雜，以至于即使晶圓廠正在尋找增加產(chǎn)能的策略，也無(wú)法確定他們的額外產(chǎn)能。

二、勞動(dòng)管理。勞動(dòng)力部署通常沒有得到一致或正確的跟蹤和衡量，導(dǎo)致工具組分配不理想，勞動(dòng)力利用不足，以及對(duì)提升所需的全職等效工時(shí)缺乏了解。此外，對(duì)于新工具帶來(lái)的變化，傳統(tǒng)的勞動(dòng)力配置可能不是最佳的，例如，由于地板布局要求員工步行到其他隔間來(lái)操作新設(shè)備，因此會(huì)導(dǎo)致非增值時(shí)間。另一個(gè)常見的挑戰(zhàn)與靈活性有關(guān)，因?yàn)樵谄款i轉(zhuǎn)移和人員配備需求出現(xiàn)時(shí)，沒有適當(dāng)交叉培訓(xùn)多個(gè)工具的操作員無(wú)法重新分配到不同的站點(diǎn)。如果員工士氣低落，對(duì)勞動(dòng)力變化的適應(yīng)能力較差，那么任何效率低下的情況都會(huì)變得更加復(fù)雜。

三、依賴較舊的設(shè)施、系統(tǒng)和工具。在大多數(shù)成熟的晶圓廠，相同的機(jī)器和設(shè)備已經(jīng)運(yùn)行了 20 多年，這導(dǎo)致頻繁故障和生產(chǎn)損失的風(fēng)險(xiǎn)更大。大多晶圓廠很少評(píng)估機(jī)器性能并忽視早期預(yù)警信號(hào)。因?yàn)闅v史上降低成本的措施會(huì)延遲對(duì)關(guān)鍵系統(tǒng)的投資。因此，許多成熟的晶圓廠也缺乏所需的冗余，而這些關(guān)鍵系統(tǒng)本應(yīng)根據(jù)產(chǎn)量和技術(shù)變化擴(kuò)大規(guī)模。除了基礎(chǔ)設(shè)施問(wèn)題之外，成熟的晶圓廠往往與供應(yīng)商簽訂了低于標(biāo)準(zhǔn)的備件管理安排和服務(wù)合同，這可能導(dǎo)致更多的停機(jī)時(shí)間。例如，合同可能未指定補(bǔ)償將部分基于機(jī)器正常運(yùn)行時(shí)間。

四、需要更主動(dòng)的績(jī)效管理?？?jī)效管理是各班次產(chǎn)出變化的最大驅(qū)動(dòng)因素之一。對(duì)于每個(gè)班次和工具組，目標(biāo)通常不是在制造車間層面或更詳細(xì)的層面上確定的。現(xiàn)場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)可能缺乏進(jìn)行有效日?？?jī)效對(duì)話、調(diào)整優(yōu)先級(jí)、跟蹤部署、輪班開始和結(jié)束時(shí)間以及休息所需的關(guān)鍵管理技能的培訓(xùn)。此外，難以從一個(gè)班傳遞到另一個(gè)班、冗余的質(zhì)量檢查和不必要的手動(dòng)數(shù)據(jù)記錄都會(huì)導(dǎo)致性能不一致。最后，樓層領(lǐng)導(dǎo)可能缺乏有關(guān)關(guān)鍵目標(biāo)的信息，使他們難以確定優(yōu)先事項(xiàng)。?提高效率的新方法?影響過(guò)去提高晶圓廠效率的挑戰(zhàn)今天仍然存在，但成熟的晶圓廠可以通過(guò)專注于四項(xiàng)任務(wù)來(lái)消除其中的許多問(wèn)題。

提高整體設(shè)備效率并消除工具瓶頸

大多數(shù)成熟的晶圓廠都知道他們有性能問(wèn)題，需要更多關(guān)于根源的信息。為了開發(fā)解決其特定問(wèn)題的解決方案，他們必須超越一般化，并確定在工具級(jí)別出現(xiàn)瓶頸的方式和位置。更重要的是，他們必須考慮當(dāng)產(chǎn)品組合發(fā)生變化時(shí)這些瓶頸可能如何變化，因?yàn)槔_一個(gè)制造過(guò)程的問(wèn)題可能在另一個(gè)過(guò)程中不存在。

要深入了解瓶頸，需要一些平凡但關(guān)鍵的基礎(chǔ)工作：列出所有工具，以及每個(gè)工具的產(chǎn)品、配方步驟和晶圓輸出（當(dāng)前和計(jì)劃）。工程和規(guī)劃團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)該能夠提供大部分信息，晶圓廠可以使用這些信息來(lái)確定實(shí)際和所需的產(chǎn)能。在估算原始處理時(shí)間時(shí)，晶圓廠用詳細(xì)的地面觀測(cè)值補(bǔ)充工程數(shù)據(jù)和配方。這可以揭示為什么工具和制造步驟之間存在差異。例如，晶圓廠可能會(huì)發(fā)現(xiàn)一次性工具設(shè)置沒有改變，導(dǎo)致效率低下，或者晶圓上的氧化層在厚度和均勻性不同。

然后，晶圓廠應(yīng)檢查 OEE 基準(zhǔn)，該基準(zhǔn)顯示每個(gè)工具的最大產(chǎn)能，使用雙支柱方法將理論最大產(chǎn)能與實(shí)際產(chǎn)量進(jìn)行比較（圖表 1）。為了確定導(dǎo)致產(chǎn)能欠佳的具體因素，晶圓廠經(jīng)理可以檢查數(shù)據(jù)日志、采訪關(guān)鍵員工并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀察。這項(xiàng)研究將幫助他們量化停機(jī)時(shí)間、確定設(shè)備速度并發(fā)現(xiàn)其他問(wèn)題，例如低效的轉(zhuǎn)換時(shí)間。在一個(gè)案例中，工具級(jí)分析顯示，晶圓廠的晶圓產(chǎn)量比其真實(shí)產(chǎn)能低 43%。

來(lái)源：麥肯錫

發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，公司將能夠啟動(dòng)改進(jìn)計(jì)劃。其中一些最重要的原則涉及單分鐘換模（SMED）原則，該原則要求在機(jī)器運(yùn)行時(shí)盡可能執(zhí)行設(shè)備轉(zhuǎn)換步驟。

SMED 原則在前沿晶圓廠中很常見，也規(guī)定應(yīng)簡(jiǎn)化任何剩余的工藝步驟。例如，一家調(diào)查減少預(yù)防性維護(hù)（PM）時(shí)間策略的工廠發(fā)現(xiàn)，其緊固過(guò)程過(guò)長(zhǎng)，因?yàn)閱T工在安裝護(hù)罩夾和修理彎曲護(hù)罩時(shí)使用了不正確的工具。該公司還缺乏更換蓋罩的平臺(tái)，使拆卸和安裝變得復(fù)雜，并且隨意存放六角工具，使其難以找到。同時(shí)，反復(fù)出現(xiàn)的流量傳感器錯(cuò)誤和可編程邏輯控制器錯(cuò)誤導(dǎo)致頻繁停機(jī)和重啟。當(dāng)工廠解決這些問(wèn)題以及其他出現(xiàn)的問(wèn)題時(shí)，它能夠?qū)⒖?PM 停機(jī)時(shí)間減少 6 小時(shí) (23%)。

積極管理勞動(dòng)力

傳統(tǒng)上，晶圓廠改變他們的生產(chǎn)系統(tǒng)是為了應(yīng)對(duì)問(wèn)題，而不是試圖預(yù)測(cè)問(wèn)題。他們還傾向于優(yōu)先考慮降低成本而不是提高效率。隨著對(duì)汽車芯片的迫切需求，是時(shí)候采取一種更積極、更系統(tǒng)的方法，專注于最大限度地提高產(chǎn)能，而不是控制短期支出。

作為第一步，晶圓廠應(yīng)建立端到端生產(chǎn)流程模型，并注意每個(gè)步驟的技術(shù)約束。然后，他們可以確定最佳的人員配備和生產(chǎn)排序選擇。在某些情況下，他們可能需要每周重新考慮批量大小和順序。

使用一個(gè)模型，一家公司在為期 10 天的概念驗(yàn)證試驗(yàn)測(cè)試新安排之前，改變了生產(chǎn)步驟和人員配置。一些簡(jiǎn)單的調(diào)整，例如在員工之間重新分配工作和安排午餐時(shí)間，將產(chǎn)量提高了 30%，將生產(chǎn)力提高了 10%，并提高了蝕刻工具的利用率，質(zhì)量和安全沒有改變。

另一家檢查其工作流程的公司專注于改善操作員接觸時(shí)間——員工花在設(shè)備上的時(shí)間（而不是無(wú)關(guān)的活動(dòng)，例如等待產(chǎn)品到達(dá)生產(chǎn)線以及從工廠的一個(gè)部分走到另一個(gè)）。該公司觀察了一個(gè)隔間內(nèi)的所有技術(shù)人員，以了解操作員如何度過(guò)他們的一天。分析數(shù)據(jù)后，它確定觸摸時(shí)間僅占操作員時(shí)間的31%。為了提高生產(chǎn)率，公司重新平衡了工作量，并將一些員工調(diào)到另一個(gè)工作間。它還做了一些其他更改，例如提供中斷覆蓋。隨著這些變化，接觸時(shí)間增加到46%。

通過(guò)預(yù)測(cè)性維護(hù)降低基礎(chǔ)設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)

在成熟的設(shè)施中，機(jī)器故障和其他基礎(chǔ)設(shè)施問(wèn)題非常常見，，以至于fabs可能難以確定PM最有保障的位置，或者哪些機(jī)器應(yīng)該首先進(jìn)行維修。在設(shè)置優(yōu)先級(jí)時(shí)，晶圓廠可以通過(guò)確定最關(guān)鍵工具的結(jié)構(gòu)化方法來(lái)最小化風(fēng)險(xiǎn)并減少基礎(chǔ)設(shè)施故障的影響。例如，通常應(yīng)優(yōu)先考慮使用率高、容量低且無(wú)備份的機(jī)器。類似的過(guò)程適用于系統(tǒng)，如配電和排煙系統(tǒng)。在這種情況下，最優(yōu)先考慮的是系統(tǒng)，對(duì)于這些系統(tǒng)，停工將對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)生直接和嚴(yán)重的后果，特別是在其故障可能性很高的情況下。

在分析系統(tǒng)時(shí)，晶圓廠應(yīng)獨(dú)立查看所有子系統(tǒng)。一家想要改進(jìn)其工藝?yán)鋮s水系統(tǒng)的公司首先分別檢查了大約 17 個(gè)子系統(tǒng)（圖表 2）。從辦公室泵到冷卻盤管，它舉辦了研討會(huì)，采訪了供應(yīng)商，并進(jìn)行了專家檢查。該公司還為每個(gè)子系統(tǒng)確定了可能的故障模式，例如油冷凝、冷水機(jī)維護(hù)不足和壓縮機(jī)泵故障。

來(lái)源：麥肯錫

這些評(píng)估表明，四個(gè)子系統(tǒng)需要高度關(guān)注。Fab A 和 Fab B 冷卻器在夏季都沒有備份，之前都發(fā)生過(guò)故障。由于承包商通常需要 24 到 48 小時(shí)進(jìn)行維修，因此此類故障后不可避免地會(huì)出現(xiàn)大量停機(jī)。Fab A 和 Fab B 冷卻塔也有類似的問(wèn)題。對(duì)于這兩個(gè)子系統(tǒng)，最常見的故障是風(fēng)扇故障、冷卻系統(tǒng)性能下降，并對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)生直接影響。

在確定主要問(wèn)題后，該公司制定了緩解計(jì)劃，描述了降低所有四個(gè)子系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的步驟，例如如調(diào)查管道系統(tǒng)以了解Fab A冷卻器最近發(fā)生故障的原因，并與供應(yīng)商合作確定需要庫(kù)存的關(guān)鍵備件。除了討論需要采取什么行動(dòng)外，緩解計(jì)劃還規(guī)定了不同任務(wù)的責(zé)任，并規(guī)定了完成的時(shí)間表。

通過(guò)采用強(qiáng)有力的預(yù)測(cè)性維護(hù)程序，而不是隨意應(yīng)對(duì)危機(jī)，公司可以將停機(jī)時(shí)間減少30%至50%。確實(shí)發(fā)生的停機(jī)時(shí)間將是有計(jì)劃的，而不是意外的，因此，晶圓廠將有機(jī)會(huì)在其他地方部署工人。零部件短缺也將不太常見，因?yàn)榫A廠將很清楚他們需要什么來(lái)進(jìn)行定期維護(hù)。

實(shí)施動(dòng)態(tài)績(jī)效管理

在許多成熟的晶圓廠，性能管理是隨意的。為了改進(jìn)，他們需要一種具有明確車間指標(biāo)和目標(biāo)的新方法。例如，有些人可能會(huì)量化輪班和休息期間產(chǎn)出下降的程度，然后設(shè)定改進(jìn)目標(biāo)?，F(xiàn)在在許多現(xiàn)代設(shè)施中使用的性能儀表板可以幫助成熟的晶圓廠確定任何問(wèn)題的根本原因。

動(dòng)態(tài)績(jī)效管理的其他重要元素包括：

清晰的問(wèn)題解決流程。晶圓廠應(yīng)創(chuàng)建工作輔助工具，例如模板和清單，以促進(jìn)不同的流程并改善輪班交接。還應(yīng)該有一個(gè)明確的過(guò)程來(lái)處理不斷升級(jí)的問(wèn)題。

培訓(xùn)。樓層領(lǐng)導(dǎo)可能習(xí)慣于更非正式的績(jī)效對(duì)話過(guò)程，并需要就指標(biāo)和目標(biāo)進(jìn)行培訓(xùn)。理想情況下，晶圓廠將對(duì)任何新工藝進(jìn)行試運(yùn)行，并征求運(yùn)營(yíng)商關(guān)于哪些有效以及哪些需要改變的反饋。然后，他們可以在擴(kuò)大規(guī)模之前進(jìn)行更改。

定期對(duì)話。操作員和主管應(yīng)在每班結(jié)束時(shí)在白板前進(jìn)行約 5 到 10 分鐘的對(duì)話。他們可以有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的議程并記錄任何出現(xiàn)的問(wèn)題以供以后討論。領(lǐng)導(dǎo)者應(yīng)該記住，提供積極的反饋與在績(jī)效對(duì)話中審查問(wèn)題一樣重要。

自動(dòng)化儀表板和動(dòng)作跟蹤。晶圓廠最初可能使用手動(dòng)儀表板，但最終可以將它們自動(dòng)化以節(jié)省時(shí)間并提高透明度。理想情況下，儀表板應(yīng)該包含便于查看和解釋關(guān)鍵數(shù)據(jù)的視覺效果，這些數(shù)據(jù)應(yīng)該經(jīng)常更新。

在員工習(xí)慣于長(zhǎng)期流程的晶圓廠，最大的實(shí)施障礙可能涉及心態(tài)和行為。從歷史上看，鑒于成熟晶圓廠注重降低成本，對(duì)提高產(chǎn)量的做法的重要性一直很低，大多數(shù)領(lǐng)導(dǎo)者都傾向于忽視它們。為了獲得最佳結(jié)果并保持進(jìn)步，領(lǐng)導(dǎo)者應(yīng)確保通過(guò)就組織的近期優(yōu)先事項(xiàng)進(jìn)行清晰的溝通，直接解決思維定勢(shì)問(wèn)題。

隨著車輛變得越來(lái)越復(fù)雜、電氣化和自動(dòng)駕駛，它們的半導(dǎo)體含量將增加到更高的水平。這可能會(huì)加劇當(dāng)前汽車芯片的短缺，導(dǎo)致OEM的生產(chǎn)進(jìn)一步放緩。成熟的晶圓廠無(wú)法在一夜之間解決汽車半導(dǎo)體的嚴(yán)重短缺問(wèn)題，但他們現(xiàn)在可以采取措施開始緩解這個(gè)問(wèn)題。