基于连续生产的S公司测试工序产能提升研究

第1章绪论

1.1研究背景及研究意义

由于全球经济恢复缓慢,加上人力成本高等诸多原因,国际半导体大公司产业布局正面临大幅调整,关停转让下属封测企业的动作频繁发生,如:日本松下集团已将在印度尼西亚、马来西亚、新加坡的3家半导体工厂出售。日本松下在中国上海和苏州的封测企业也在寻求出售或合作伙伴。英特尔近期也表示,该公司将在2014年的二、三两个季度内,将已关闭工厂的部分业务转移至英特尔位于中国等地现有的组装和测试工厂中。欧美日半导体巨头持续从封测领域退出,对国内封测业的发展也非常有利。

但是,国内封测业的发展也面临制造业涨薪潮(成本问题)、大批国际组装封装业向中国大陆转移(市场问题)、整机发展对元器件封装组装微小型化等要求(技术问题)等重大挑战。国内封测企业必须通过增强技术创新能力、加大成本控制、提升管理能力等措施,才能在瞬息万变的市场竞争中立于不败之地。

聚焦到半导体测试工厂,半导体测试设备价格高昂,提高设备利用率是降低产品的成本,提升产品竞争力的最有效的途径之一。本文针对半导体测试中的一个分支,存储芯片(闪存)的测试进行分析,探讨提升设备利用率的方法。

半导体存储芯片的制造商相对集中,竞争也非常激烈。其中三星,东芝,闪迪,美光,海力士,英特尔6家公司占了全球%%的产能(见图1.1)。半导体存储器件和其它半导体器件的测试相比有鲜明的区别。存储器件的测试时间非常长,典型的64GByte芯片的测试时间长达2小时;并且并行测试量非常大,典型测试机可以达到768个芯片同时测试。而非存储的半导体器件测试时间仅为几砂或几十秒;并行测试多为4、8个芯片同时测试。从目前文献中可以获取的关于半导体制造产能提升的研究,大多集中于半导体封装工序,有关测试工序产能提升的研究难寻。本研究参照了现有封装、测试设备综合效率(简称;OEE)提升的方法,结合存储器测试的特点提出连续生产的方法以提升产能。

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1.2技术方案及论文结构

本文先从大量阅读目前对半导体OEE的研究着手,找出目前普遍存在的问题,以S公司OEE实际出发,使用基本帕累托图和瀑布图等分析工具找出S公司主要的设备效率损失原因,基于存储巧片测试流程的特点,提出自己解决问题的方法。

各章总体安排如下:绪论部分介绍半导体产业的特点,引出研究方向;对研究架构进行说明;第2章是相关理论概述,对业界研究方法和结果进行总结;第3章针对S公司的特点,分析设备效率损失的原因;第4章提出改善意见;第5章是效果评估及展望,总结研究成果,归纳研究不足,展望与建议;其中第3章和第4章为论文写作重点。

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第2章相关理论概述

2.1设备综合效率在实际中的应用实例

2.1.1机台状态的定义

按照SEMIE10-0304E的规定,机台状态可以分为图2.1六部分。

(1)生产时间:机器用于出货生产的时间。包括:正常生产,重工等。

(2)生产暂停时间;除了非计划生产时间,机台处于可生产状态,但并没有进行生产。包括:操作工不可能,作业产品不可得,没有治工具,系统没有指令等。

(3)工程作业时间:机台处于可生产状态,但用于工程试验。包括:制程的调试,设备的调试,软件调试。

(4)计划停机时间:由于计划的停机使得设备不能用于正常生产。包括:计划保养,厂务相关的停机,更换治具。非计划停机:在计划工作时间内,设备不能用于正常生产。包括:机台维修等。

(5)非计划工作时间:机台的时间没有被安排。包括:周末,节假日等。

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2.2批量/排程对半导体生产过程的影响

2.2.1半导体生产中的批量大小的产生

批量指产品批次的数量。在半导体生产的前端晶圆厂,通常的批量是25片晶圆。而在半导体生产的后端封装和测试工厂,由于产品的差别,批量可以从几百颗到几万颗。如何规划批量及如何投产进而实现生产机台利用率最高,产品周转时间最短,库存最低成为了半导体生产领域研究的重要课题。

测试是封装的后道工序,出于对可追溯性的要求,通常测试批量自动承接封装的批量。理解封装批量的产生对了解测试批量的变化有非常大的帮助。在封装工序,同样基于可追湖性的要求,封装的批量是由封装产品包含芯片的数量和晶圆厂的批量决定的。例如,假设封装产线上最佳的批次是2500颗/批次,而毎片晶圆上有600颗芯片,且每个晶圆批次是25片晶圆,所以每个批次的晶圆共有15000颗五:片。如果每颗产品包含两颗芯片,那么每个批次的晶圆可以封装成品是7500颗,按照封装最佳批次2500颗/批次,一个晶圆化次刚好拆成3个封装批次。如果每个产品包括4颗芯片,那么可以封装的3750颗产品,可以拆成2500颗/批次+1250颗/批次;如果每个产品包括16颗芯片,那么封装的成品是%7颗,封装的批次就是%7颗/批次。所以,产品的变化和每片晶圆上芯片数量的变化会导致后端测试批量的变化。随着人们对存储容量的需求越来越大,越来越多的闪存芯片被封装到了同一芯片中,也导致了测试批量越来越小。

在半导体测试业内,半导体存储芯片测试和半导体逻辑芯片测试一个非常大的不同在于测试时间和测试并行数的不同。对逻辑芯片而言,通常的并行测试数量为4或8个,测试时间为10s左右。对半导体存储测试莊片而言,通常的并行测试数量为768个,测试时间为300s。由于并行测试数的差别,批量对半导体存储芯片和逻辑芯片的影响也不同。

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第3章S公司测试现状及设备效率损失问题分析............11

3.1S公司测试现状................11

3.1.1S公司及行业简介..............11

第4章基于连续生产的S公司测试设备效率提升建议............21

4.1连续生产的概念...............21

4.2基于连续生产的S公司机台利用率提升方案.........21

第5章效果评估及建议...............30

5.1论文总结..............30

第4章基于连续生产的S公司测试设备效率提升建议

4.1连续生产的概念

连续生产特指在并行测试数非常多的情况下,当前批次的最后一个测试盘己经包含了一部分下一个测试批次的材料,将前后两个批次连接了起来。

我们将传统的测试方式称为顺序生产,我们利用时序图来比较两种测试方式的差别。图4.1为按批次顺序生产流程图,完成批次A和B的生产,首先对批次A的开批检查,然后开始测试批次A的完整测试盘,接着是批次A的测试零盘,测试完成后进行批次A的结批动作,批次B重复上述过程完成测试

图4.2是连续生产的流程图,图中批次A先开始开批动作然后开始测试批次A的完整测试盘,在测试过程中批次B进行开批,在开始测批次B的零盘的同时完成批次A的结批动作,最后是批次B的结批动作。整个过程中,只有开始和结束的开结批动作,机台属于空闲状态,其余时间机台都用来生产。

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第5章效果评估及建议

5.1论文总结

本论文以实际工作中遇到的困难为出发点,引发了对提高测试机设备利用率的思考。通过对产业的分析可以得出,由于测试设备的昂贵和测试时间的不断增长,使得测试的成本在整个半导体制造工序占比越來越高,从而也凸显了设备利用率提高的价值。

本文通过对比不同的批量对传统的逻辑芯片测试和半导体存储芯片测试的差别,揭示了半导体存储芯片特有的零盘浪费。本文利用OEE为衡量方法,通过瀑布图,柏拉图等分析工具也进一步确立了零盘浪费是存储忘片利用率低的主要原因。

通过对生产机台和流程的研究,本论文提出了使用连续生产的方式降低零盘的浪费,并且深入讨论了连续生产的效果和实现的具体方法。

参考文献（略）