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将人工操作自动化:半导体制造中的耐用品管理

使用 SmartFactory Durables Management 系统进行封装、测试和包装老化测试用例场景

作者: Selim Nahas, Yoram Barak

耐用品管理 (DM) 简介

在半导体制造中,耐用品是生产过程中会用到的关键资产,如光罩、载具、探针卡、泵或阀门、腔室、夹具、机器人及其他设备。可以将耐用品视为制造设备的可移动扩展部分。因此,耐用品管理是指对这些资产的全面管理。其中包括追踪、监控和优化这些资产的使用、维护与生命周期,以确保工厂运营顺畅并最大限度提高生产力。

耐用品管理对于半导体企业的产品质量极为重要,原因如下:

成本效益:半导体制造涉及高价值设备,而有效管理这些资产有助于降低与维护、维修和更换相关的成本。通过追踪耐用品的使用情况和状况,半导体制造企业可以及时发现并解决问题,从而避免代价高昂的故障或不必要的库存。

运营效率: 高效利用耐用品对于保持生产计划一致性至关重要。有效的耐用品管理可确保设备在需要时随时可用,从而最大程度地减少生产延误并提高产量。

流程优化: 通过监控耐用品的性能和运行状况,半导体制造企业可以收集宝贵的数据和洞见。这些数据可用于抓住特征、优化设备参数和提高整体流程效率。耐用品管理软件可提供实时分析功能和具有指导意义的见解,进而推动持续改进计划。

维护计划: 耐用品管理软件可追踪资产使用情况并预测维护需求,从而制定积极主动的维护计划。预测性维护策略可以利用耐用品管理系统提供的生命周期数据。

质量控制: 耐用品管理软件通过监测和控制关键资产的性能,来帮助确保产品质量一致性。通过追踪设备性能指标,半导体制造商可以找出偏差并采取纠正措施,从而保持产品质量和良率。

SmartFactory Durables Management 通过可追溯性、状态模型和集成性这三方面的优势,直接解决半导体制造中面临的挑战,从而带来诸多益处,如图 1 所示。这是一个自动化耐用品管理系统,能够正确管理耐用品在其整个生命周期中的状态和位置,这对于实现高标准的产品质量、缩短生产周期和提高设备利用率至关重要。将这些功能与 SmartFactory Real Time Dispatching (RTD) 相结合,可创造出一个无与伦比的强大机制,使资产高效运行。

图 1:SmartFactory Durables Management 的优势

封装、测试和包装 (ATP) 老化测试用例示例

在过去三年中,自动化产品部致力于开发、更新和改进耐用品管理功能,这些功能可以普遍应用于客户的制造执行系统。后段的根本区别在于,许多操作通常都是手动进行的。首先感兴趣的项目是一个后段老化测试设施。该设施负责测试已封装并可交付给客户的器件。这些器件被装载在老化测试板(有时被称为 BIB,见图 2)上。这些测试板将在被称为“老化测试加载单元”(BLUs) 的装载设备之间循环,然后送入老化测试烘箱,该烘箱对 BIB 和器件进行加热,同时对它们进行参数测试。

Figure 2: BIB (a) and Socket (b) examples. These can be going into physical ovens or ovenless (i.e., where the heat is generated directly in the socket via high voltage and current)
图 2:BIB (a) 和插座 (b) 示例。这些器件可以进入实体烘箱或无烘箱环境 (即,通过高压和高电流直接在插座中产生热量)
业界一直在寻找管理这些资产的方法,以便对器件进行可靠的测试,并管理在设施中维护这些耐用品的费用。手动处理这类活动将极具挑战性。公平地说,从人类的角度来看,追踪如此多的耐用品是一项艰巨的任务。例如,据估计,一个设施中仅一种类型的耐用品数量就可多达 2 万件或更多。BIB 上布满插座,单个 BIB 可以包含多达 150 个插座。如果将插座也定义为耐用品,那么我们现在可能需要管理的耐用品数量就会大大增加。这不仅是运行状况管理问题,也是物流问题。老化测试设施负责测试器件,并将因各种原因而失效的器件隔离出来,同时确保失效是源于器件本身,而非 BIB 和/或插座。这类设施需具备的一个功能是,能够在器件出现故障时管理重新测量方案。如果能够追踪和追溯板卡及其上插座的位置和性能,就能极大地促进这些活动的开展。

优化重测用例

在封装、测试与包装 (ATP) 市场中,一个优化机会的例子是对最初出现故障的器件进行重新测量,通过将其转移到适当的备用板卡来确保它们的有效性。因为我们了解插座和板卡的性能,调度员可以为出现故障的器件选择最佳的板卡和插座。

资产性能用例

使用耐用品管理系统可以显著提高资产性能评估效果。通过追踪使用情况、移动、周期等,我们能够对资产绘制统计数据。确保了解资产的使用情况及性能表现,可以加强对优秀资产利用方法的理解。从维护和使用的角度来看,这一方法是正确的。

集成

需要更多自动化功能来简化耐用品管理,使负责人能够更轻松应对管理耐用品时面临的挑战。要实现这种自动化,就必须有一个可以连接设备集成的耐用品应用程序。此外,还必须提供人工界面,因为许多这样的设施仍然依赖操作员来加载和卸载设备。这就意味着,定义板卡、设备和人员之间关系的能力是耐用品管理系统的重要组成部分。同样重要的是能够定义用于评估耐用品运行状况的追踪标准。最后但同样重要的是,在一种耐用品和另一种耐用品可能相互包含或彼此影响的情况下,必须建立两者之间的关系。举例来说,一个被视为耐用品的容器可能包含另一个耐用品,如前端工厂中的晶圆盒和光罩,或后段工厂中的 BIB 和插座。这些耐用品预计会在一天中移动多次,通常会放入设备中或取出以进行维修,在许多情况下还会移动到设施之外。为此,一个现代化的耐用品管理系统需要能够定义和管理设施内外部的各种关系。

所有耐用品必须能够维护一个状态模型,以定义特定耐用品的相应业务流程。该业务流程将包括计数器和自定义字段等简单元素,以及来自检测设备或其他校准设备的参数结果。所有这些元素都必须能够影响状态模型的行为。

用户体验/用户界面成功要素

一个经过深思熟虑的产品将为自动化数据录入提供支持,通常由应用编程接口 (API) 支持。同样重要的是人机界面,这可能允许通过键盘、鼠标、条码枪、平板电脑或手机进行录入。成功部署耐用品管理系统的关键要素是尽可能不影响最终用户的使用,同时能够支持未来提高自动化程度。这意味着,随着任务的自动执行,可以轻松地调整自动化行为。同样重要的是,要为用户社区提供可视化元素。

为此,SmartFactory Durables Management 采用下列几项指导原则:

  • 导航功能和直观设计是帮助用户成功采用耐用品管理系统的重要因素。
  • 为该应用程序提供支持的所有界面都需要采用精益高效原则。
  • 这类界面必须经过精心设计,以便于用户自然而然地进行思考,并能以简单明了的方式处理单个操作或批量操作。
  • 如果界面能够以人类行为自然延伸的方式支持这些操作,那将是最理想的。
  • 所有这些不同元素都必须支持输入功能,以驱动状态模型的行为。
  • 设备界面或 RFID 标签也有助于在设施中实现耐用品可追溯性。
  • 完善的用户界面让用户能够在宏观层面上直观地看到相应耐用品,如 BIB。此外,通过该可视化界面深入查看单个插座的能力也很有必要。(参见图 3。)
Figure 3: SmartFactory Durables Management has a moder UI with superb UX.
图 3:SmartFactory Durables Management 具有现代用户界面和卓越用户体验。

总结

SmartFactory Durables Management 的实施对于在从源头到抵达设施的整个制造过程中追踪资产至关重要。这使半导体制造商能够有效管理资产的运行状况、成本和性能,并轻松找到它们。借助 Durables Management 系统,可以实现更优化的操作流程。通过追踪和追溯资产的运行状况和位置,可以执行排程和分期等更复杂的活动,从而确保在特定任务中有效利用耐用品。此外,得益于向后追溯供应商的能力,还能提升供应商质量,使管理层能够根据耐用品的性能和供货情况做出关于修改业务流程的明智决策,从而为生产需求提供支持。

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Selim Nahas, Yoram Barak