精益生产在A公司生产流程改善中的应用研究

来源: 未知 作者:paper 发布时间: 2020-06-23 18:17
论文地区:中国 论文语言:中文 论文类型:工商管理
精益生产是先进的现代化生产模式。精益生产是从顾客的角度出发,追求客 户利益最大化,以尽可能减少生产过程中的浪费为最终目标,从全局角度识别、 观察价值流,改造价值流的
摘要
精益生产是先进的现代化生产模式。精益生产是从顾客的角度出发,追求客 户利益最大化,以尽可能减少生产过程中的浪费为最终目标,从全局角度识别、 观察价值流,改造价值流的生产管理方式。通过精益生产管理,促进企业生产经 营活动的不断改善,从而降低成本,提高品质,消除浪费,在顾客获得最大利益 的同时,不断提升企业的竞争优势。
论文在对精益生产理论梳理的基础上,从A公司Q产品生产实际状况出 发,以精益生产管理中价值流图析法为主线,通过价值流图析寻找出不增值活动, 进而明确改善目标,结合精益生产工具与质量管理工具的应用,兼顾行业内特点, 将大批量生产优点有机融合,制定出改善方案。
在A公司Q产品的改善活动中,主要有以下内容:一是应用质量管理工具 对良率进行改善;二是通过优化产线布局、生产指令计划方式和指令系统及MES 系统实现产线平衡;三是通过对参数设定和选型标准化,并通过加装自动上下料 系统和改进点胶技术实现设备自动化;四是优化企业的培训体系、强化进度追踪 制度、完善绩效管理机制保障精益生产改善方案的实施。通过改善方案的实施, 优化了待料时间以及产线平衡,提升了产品良率,缩短了生产周期,降低了生产 成本,同时完善了制度体系以保证精益生产管理的持续进行。本次改善是精益生 产管理在A公司的有益尝试,取得了良好的效果。
第一章绪论 1
1.1研究背景   1
1.1.1全球半导体发展状况     1
1.1.2中国半导体发展状况 3
1.1.3A公司面临的机遇与挑战 3
第二章精益生产文献综述和理论概述 8
2.1精益生产的发展演变   8
2.2文献综述   9
2.2.1理论文献综述   9
第三章 A公司Q产品生产流程现状及问题分析 19
3.1A公司产品族群简介 19
3.2Q产品的生产流程现状     19
第四章 A公司Q产品生产流程改善方案设计 23
4.1Q产品的生产流程改善整体思路  .23
第五章Q产品生产流程改善方案实施       44
5.1改善方案实施的准备 44
第六章研究结论和展望 53
6.1研究结论         53
第一章绪论
1.1研究背景
1947年第一块晶体管在美国贝尔实验室诞生,标志着人类迈入高速发展的电子时 代。随着德州仪器(TexasInstruments)生产岀第一块集成电路及“摩尔定律”的提出, 为半导体朝着集成化方向发展奠定了技术和理论基础。自二十世纪九十年代起,消费 类电子、通讯设备、计算机、互联网应用产品、汽车电子、物联网、人工智能等电子 信息产品广泛普及使得信息产业已成为影响世界经济与人类生产生活重要产业。半导 体产业作为电子信息产业的“心脏”,是电子信息产业发展的重要基础,也得到了快 速增长和发展。
1.1.1全球半导体发展状况
根据世界半导体贸易统计组织(WSTS)统计,在2016年全球半导体销售总额 中,集成电路销售占比81%,光电子占比10%,分立器件占比6%,传感器占比3%o 集成电路作为半导体产业的核心领域,由于其技术复杂,产业结构高度专业化,随着 产业规模的迅速扩张,产业竞争加剧,分工进一步细化。集成电路制造环节如图1・1所 示,分为集成电路设计、验证测试、晶圆制造、晶圆测试、芯片封装、IC测试。集成 电路设计处于产业链上游,晶圆制造是中游环节,IC封装测试为下游环节。

图1-1集成电路制造环节
封装和测试作为集成电路制造的后道工艺,是集成电路产业链不可或缺的环节。
集成电路封装是把合格的芯片进一步加工得到独立IC的过程,目的是为芯片的触点
键合引线,使之可以与外部电路导通,封装同时为芯片穿上“衣服”,保护芯片免受 到物理或化学损坏。在封装结束后的IC测试工序是对芯片电气功能测试以确认是否 符合设计要求。
全球集成电路封装测试市场分为集成半导体器件制造商(Integrated Device Manufacturing,简称 IDM )和封装测试代工厂(Outsourced Assembly and Test,简称 OSAT )两个部分,根据多家研究机构公布的数据,2015年全球半导体销售总额为 2767亿美元,封装测试市场规模为508.7亿美元,占半导体市场规模的184%。其 中OSAT市场规模为281.12亿美元 占比高达10.1%o封装测试所使用的晶圆均由 集成电路设计公司委托晶圆制造厂生产后免费提供OSAT,封装测试完成的IC成品 交由集成电路设计公司自行销售,OSAT组织生产模式为按订单客制化生产,是典型 的代工生产(OEM)。
半导体市场规模在经历2015年的衰退后,2016年恢复增长。根据WSTS统计 数据,全球集成电路封装测试市场规模如图1・2所示,2016年全球半导体销售额为 3389亿美元,较2015年2767亿美元增长22.3%,其中2016年全球封装测试市场 规模为509.7亿美元,较2015年的508.7亿美元增长0.02%。
6OC
Gartner公布的数据如图1・3所示,2016年封装测试代工市场规模为295.3亿美 元,较2015年的281.12亿美元增长6.3%o Gartner预测2017年和2018年封装 测试代工市场规模维持平稳增长,销售额分别为311.91亿美元和33L43亿美元,增 幅分别为5.6%和6.3%o

1.1.2中国半导体发展状况
虽然中国半导体产业起步较晚,但凭借巨大的市场需求和生产群体,中国己成为全 球最大的半导体消费国,2016年全球半导体销售额为3389亿美元其中中国半导体销 售额为1075亿美元 占全球市场的31.7%,成为全球半导体需求增长最快的地区。
中国作为半导体需求增长最快的地区,同时也是半导体行业转移的目的地。半导 体行业从兴起到繁盛都在不断地寻求更有利的生产模式,而生产模式的变迁又带动着 产业聚集地的转移。随着中国市场的崛起,以及政策、成本方面的优势,集成电路产 业开始向中国移转,尤其是以封装测试为主的制造领域转移速度和规模最为明显。产 业转移的先后顺序往往都是投资大、附加值低的环节最早外迁,封装测试作为集成电 路行业中技术含量最低,投资额度最大,附加值最少的环节,自然而然成为集成电路 产业转移的先行环节。这一点可以从在半导体产业迁移历程中得到证实,第一次是在 20世纪70年代,封装测试从美国转移到了日本,第二次是在20世纪80年代中后期, 封装测试转移到韩国、台湾。伴随着2014年中国政府颁布了《国家集成电路产业发 展推进纲要》,各项优惠政策执行落实,封装测试第三次转移到中国的趋势愈加明显。 IDM加快在中国布局封装测试,台资OSAT传统大厂都在大陆设立封装测试厂,加 上国家集成电路产业基金注资大陆OSAT,在封装测试市场己形成外资、台资、内资 三足鼎立之局势。截至2018年年底,中国大陆有120多家半导体封装测试企业;封装 测试企业间的竞争日趋激烈,客户对质量、准时交货的要求不断提高,加之近年来中 国人力成本和原材料成本不断攀升,封装测试企业面临着前所未有的挑战和压力。
A公司面临的机遇与挑战
A公司成立于2004年,是一家先进的提供半导体封装测试服务的专业公司,经 营范围为:半导体集成电路元器件及分离式元器件的封装及测试,封装形式的设计与
开发,测试程序的设计开发,提供晶圆针测,可靠性测试服务。在世界半导体封装测 试行业中居领先地位。A公司其母公司创立于1984年,是全球封装测试的龙头企 业,连续10年在全球封装测试市场占有率排名第一,在中国大陆、台湾、韩国、马 来西亚、新加坡、日本、美国、墨西哥主要城市设立营运据点。
作为全球第一大封装测试企业的的全资子公司,A公司依托母公司技术资源,能
较快掌握先进技术,从而保持技术领先;同时得益于提前布局,地处中国半导体制造 聚集中心一江浙沪地区,在中国半导体供应链中占有一定优势,多年的运营和市场积 淀使得A公司的客户族群相对稳定。随着中国集成电路市场的不断增长,A公司迎 来了快速发展的机遇。
随着中国封装测试行业的竞争加剧,A公司面临着巨大的外部挑战。由于终端电 子产品的更新换代越来越快,IC的市场寿命也在不断缩短,同时终端客户从成本考 虑,降低库存,故要求封装测试企业釆用多品种、柔性化生产,对品质、成本、交货 期及服务的要求也越来越高,传统的生产模式已不能满足客户需求。
A公司内部面临着产出不足无法满足市场需求,不能按客户要求时间交货,产品
良率达不到客户要求,人力成本较高等问题。在此“内忧外患”的情况下,A公司的 竞争力被进一步削弱,如图14所示,A公司自2010年成立以来,前五年年均营业 收入均保持每年10%以上的增长。在半导体行业衰退的大环境下,2015年增长率下
滑至5.1%, 2016年市场回暖,但年增长率仅为1.7%.不仅低于母公司旗下的其他封装测试厂平均增速,更远低于业内竞争对手的年增长率。
为了能够在短期内扭转面临的不利局面,提高公司的竞争力,扩大营业收入,稳 固市场地位,2017年A公司决定将精益生产纳入企业战略体系,全面推行精益生产。
1.2研究目的与研究意义
1.2.1研究目的
本文运用精益生产理论对A公司Q产品生产流程现况及问题进行分析,以价值 流图为指导,制定改善方案,应用精益生产工具和质量管理,对产品良率、交货期、 生产成本进行优化改善,通过优化完善制度体系保障精益生产强有力地推动,实现降 低成本、提高效率、改善质量,提升企业综合竞争力水平的目标。
1.2.2研究意义
1”理论研究意义。精益生产从汽车制造业发端,经过多年的理论研究和实践探索, 逐渐向整个制造业再向各个行业传播和应用,研究应用已日趋成熟,形成了一套较为 完善、系统的精益生产理论体系,但是这套理论成果却无法普适于以封装测试行业为 代表的交货期短、按订单客制化生产、“多品种、大批量”生产企业。本文通过研究 “多品种、大批量”生产企业精益管理实施过程,进一步丰富精益生产理论、精益工 具的研究应用领域,为此类企业开展精益生产管理提供理论指导。
2.实践研究意义。中国封装测试行业的发展虽然迅猛,但就实际的状况来看,封 装测试的主要设备,生产工艺,管理技术均来自于国外。缺乏生产工艺和管理技术上 的自主研究,成为制约中国封装测试产业进一步发展的短板。如何有效的把诸如丰田 生产方式(TPS)或者精益生产方式等先进管理技术与中国封装测试企业的实际情况 相结合,使企业在多变的生产环境下获得最佳生产效率,已经成为企业提升竞争优势 的有效途径。通过对精益生产的应用研究,提出适合中国封装测试行业的精益生产模 式,将更加丰富企业管理的应用理论。
通过探讨精益生产的实施应用,对封装测试企业起到以下几方面的作用:
(1) 实施精益生产,通过改善生产流程,提高生产效率,实现均衡化生产,减少 交付时间,满足客户需求。
(2) 实施精益生产,降低在制品库存,避免因生产过程中堆积停滞而造成的品质 问题,有效减少产品缺陷的产生。通过推行全面质量管理,改善现场发现的问题,规 范生产流程,提高员工的质量意识。
(3) 通过生产现场改善,优化现有产线布局,改善物料运输不合理的状况,提高 空间和设施的利用率。
(4) 通过精益生产,有效的节约劳动力成本和设备投资成本。现场改善可以降低 库存,减少浪费,实现生产成本的节约。
将精益生产的思想和工具运用到企业生产管理中,从根本上减少和消除生产过程 的浪费,是企业赢得市场竞争的有效途径。通过科学合理的制造系统组织为客户带来 增值的生产活动,缩短生产周期,最大限度的提高企业适应市场变化的能力。研究精 益生产理论,实施精益生产优化生产过程是提高企业竞争力的必经之路。
第二章精益生产文献综述和理论概述
2.1精益生产的发展演变
精益生产(Lean Production,简称LP)起源于日本丰田生产体系(Toyota Production System,简称TPS),是继手工生产和大批量生产之后的第三种生产方式。
19世纪中叶,美国制造业具备分工,零件互换和使用特殊设备等特点,大批量生 产模式初具雏形。19世纪90年代,费雷德里克•泰勒提出科学管理理论,通过对工 作进行分析,寻求每项工作最佳的工作方式;采用计件工资制来提高工人积极性;通 过对每个零件的加工路线进行研究,把复杂的生产工艺放在一起,实现专业化分工。 这些基本的管理工具为大批量生产方式创造了条件。1908年,亨利•福特生产了一 种标准车型,并且要求他的工厂和供应商采用标准的计量系统,实现了可互换零件的 飞跃发展,第一次在他的汽车制造厂中引入大批量生产流水线,这是大批量生产的开 始。二战后,大批量生产方式主导了世界工业,对促进经济发展起到了很大的作用。 美国在20世纪采用的生产方式是通过投入固定成本在工厂建设、设备采购和装配线上 来组织生产。需通过大批量生产以实现规模经济和降低单位成本。
随着经济的发展,物质商品的极大丰富,卖方市场逐渐向买方市场转换,市场需 求出现多样化和多变性。大批量生产方式暴露出无法快速响应客户需求的局限性,迫 切需要更先进的生产模式来改变现状。为丿帧应时代的发展和市场的变化,丰田公司的 丰田英二和大野耐一等人在进行一系列的探索和实验后,形成了完整的丰田生产模 式,并在1962年将其正式命名为丰田生产体系(TPS)o丰田的生产模式提出了准时 化生产方式(JIT)- “只在需要时,根据需要生产所需数量的产品”的概念-拉动生 产系统。利用看板传递物料处理说明和生产指令的信息,从而减少零件库存,实现高 生产率。丰田生产模式帮助日本企业在许多领域取得了领先地位。
1977年丰田的张富士夫、Y.Sugimori等人首先发表了一篇文章,专门介绍丰田生 产模式的逻辑。这是丰田生产模式的第一次发布,引起了学术界的关注。1985年由美 国麻省理工学院组织的多位国际汽车发展计划(International-Motor- Vehicle - Plan,缩 写为IMVP)专家学者对丰田生产模式开始了为期五年的调查研究后,于1990年出版
的《改变世界的机器:精益生产之道》一书,在书中首次提出精益生产方式的概念。
精益生产的理论和方法随着环境的变化而不断发展完善。精益生产不仅是指一种 生产方式,精益生产更多是代表一种先进的管理理念,精益生产已经上升为一种管理 哲学。
第三章A公司Q产品生产流程现状及问题分析
3.1A公司产品族群简介
A公司生产的IC主要有QFN> QFP、PDIP、SOP> BGA、LGA等封装形 式,产品广泛运用于存储、射频连接、电源管理、触摸屏、指纹识别、汽车电子、 可穿戴产品等领域。各种封装形式的设计年产能为1,450,000千颗,各封装形式 产能如表3-1所示,QFN产品是A公司的主流产品,年产能900,000千颗,占 总产能的62%o
(1)QFN (Quad FlatNon-leaded package,方形无引脚扁平封装)。
(2)QFP (Quad Flat Package,四侧引脚扁平封装)。
(3)PDIP (Plastic Dual In-Line Package,双列直插式封装)°
(4)SOP(Small Out-Line Package,小外形封装)。
(5)BGA(Ball Grid Array Package,球栅阵列封装)。
(6)LGA (Land Grid Array Package,栅格阵列封装)。
Q产品属于QFN系统产品族群。己知2017年Q产品客户需求为每月60000千 颗,客户每周寄送一次晶圆并给出订单,每周固定出货。为清晰掌握Q产品在生产 工艺流程中存在的问题,我们首先对其生产工艺流程现况进行调查和分析。
3.2Q产品的生产流程现状
根据现场实地调查、信息收集统计,在对Q产品所采用的工艺方法整理后, 汇整Q产品的生产流程如图3-1所示,主要工序包含:晶圆研磨、芯片切割、 上片、焊线、塑封、分离切割、电性测试等主要步骤。


Q产品生产流程描述如下:
(1)晶圆研磨:将整片晶圆研磨薄化到生产工艺所需的厚度;
(2)芯片切割:用切割的方式将晶圆上的每颗芯片分离开;
(3)上片:将每颗独立的芯片用银浆粘附在引线框架上;
(4)上片固化:将上片后引线框放入烤箱,加温让银浆固化,使芯片牢牢地 粘着在引线框架上;
(5)等离子清洗:用氮气、氮气作介质清洁芯片及引线框架上的氧化物和有 机物残留,以利焊线时金属线与引线框架连接牢固;
(6)焊线:用金属线(金线、铜线、铝线)作连接线,在局部高温和超声波 震动条件下将金属线分别与芯片和引线框架焊接起来,实现芯片与引线框架的电 路导通;
(7)塑封:用环氧树脂塑封胶将芯片、金属线、引线框架在模具的协助下塑 圭寸形成一个整体,实现对这些关键材料的物理保护;
(8)塑封固化:利用持续高温使塑封胶内的化学物质彻底反应,形成更加稳 定地化学键,从而起到增强塑封黑色外框与芯片框架的密闭性、可靠性;
(9)电镀:利用电镀原理,将锡镀于IC引脚上,以便上PCB板易于焊接;
(10)镭射印字:利用激光的高能量在塑料黑色外框表面烧刻出客户要求的 文字内容,以便产品辨识;
(11)分离切割:将IC从整条引线框架上分割成单颗的独立体IC ;
(12)外观检查:通过人工目检挑选出外观不良次品;
(13)电性测试:将封装后的IC置于各种环境下测试其电气特性判定其品质 是否合格,并依测试结果划分等级;
(14)烘烤除湿:将完成电性测试的IC进行烘烤,去除生产过程中渗透到 IC内部的潮气,避免IC在组装上板经过回流焊或其它高温工序时,造成水分 膨胀而导致IC开裂、分层、剥离、微裂纹等微损伤。
(15)打卷包装:将测试合格的IC根据不同等级分类装打卷并抽真空。
Q产品生产工艺非常复杂;同时因IC属于精密产品,对设备的性能和可靠 性要求极高。
3.3Q产品的生产流程存在的问题
3.3.1产品良率不高
封装行业在生产过程每出现1颗不良品,对OAST的影响是损失已投入的 封装成本,但对客户而言是其损失的芯片成本远远高于OSAT。基于行业平均水 平,客户要求Q产品的良率为99.90%,良率低于客户需求,会造成客户投单意 愿下降,严重的情况下,客户甚至会提出赔偿晶圆芯片(waferDie)损失的要求。
在调查中发现,如图3-2所示,A公司2014年7月至2015年4月,良 率达标,自2015年6月起至2016年12月良率均未达成客户要求,2016年 全年平均良率仅为99.77%。经成本部门统计,2016年全年客户索赔Q产品芯片 金额为560,000美金;如良率问题提升到99.90%,

第四章 A公司Q产品生产流程改善方案设计
精益生产管理工作是全员工程,实施需要管理层重视,能够站在发展大局层 面统筹全部工作;发动全员参与,让所有员工能够立足各自岗位发挥聪明才智, 逐步优化工序流程,形成标准化生产体系。
2017年1月,A公司管理层决定成立以运营副总为负责人的精益生产推行委 员会,推行委员会作为推行精益生产的领导机构,统筹全厂精益生产的推行开展。
第五章Q产品生产流程改善方案实施
精益生产是一个系统工程。为确保精益生产得到顺利推行,A公司制定了精 益生产管理办法,采取强有力的措施来保障改善方案的实施。
第六章研究结论和展望
6.1研究结论
本文研究的主要内容为精益生产在A公司Q产品生产流程改善中的应用, 使用价值流图分析法对A公司Q产品生产流程进行分析,绘制出价值流现状图,结 合需求展望出价值流未来图,制定科学的实施方案,合理应用精益改善工具和质 量管理工具,稳步推进精益改善各项举措,通过精益生产管理实践改善生产流程, 提高了产品质量、提升了生产效率、缩短了交货期、降低了生产成本,从而有效 提升企业的持续竞争力。
在寻求解决问题方法时,我们发现不但需要精益生产工具的使用,还需要质量 管理工具的参与,共同解决问题以消除浪费。这不仅说明价值流在识别浪费过程 中的重要意义,也证实了精益生产管理不是孤立地在观察分析问题而是全面深刻 地发现解决问题。
A公司通过Q产品持续推进精益生产管理,已经基本掌握了价值流在整个生 产流程中的应用方法,结合各种精益管理工具与质量管理工具特点,在针对实际 问题的改善思路及方法上取得了阶段性的成果。
首先,通过改善前后的效益的对比,证实了公司成立精益生产推动小组,开展 精益生产管理的必要性。
其次,通过对Q产品工艺流程中存在问题的深入分析,以精益生产理论中的 价值流理论为指导,就如何全方位地在公司推行精益生产工作,从人员培训、设 备管理、原辅料控制、质量管理、制度体系建设等多方面提出了具体的对策,并 取得明显的成果。
最后也是最重要的,通过全员参与,让精益生产管理深入人心,改变了许多员 工的工作习惯,甚至思维方式,在遇到问题时,不再是只解决当下问题,只考虑 点到点的问题,而是上升为用发展的眼光看问题,全面考虑各个影响面。能够积 极主动地寻找工具、利用所知所学来协助解决问题。当全员站在大局的高度,自 觉采用科学的思路思考解决问题,这种改变是深远的,将深刻影响并改变一个公 司,一个行业。