打码稽核不通过提不了 【研讨会讲稿】突围芯片困局，扎根智能制造，既西门子半导体数字化制造实务研讨会

突围芯片困局，扎根智能制造

西门子半导体数字化制造实务研讨会讲稿

范立新，2020年9月24日

各位朋友，各位同仁，大家好！

我是来自西门子的范立新，主要负责半导体业务的技术咨询与支持的工作，今天很荣幸有机会在网络上与大家欢聚一堂，分享西门子半导体数字化制造解决方案。这个过程，一方面是我来分享报告，另一方面也希望与线上的各位朋友做一些实务性研讨。

第2页，2020年的半导体产业最不寻常，风云变幻，一波三折

2020年对半导体产业来说是个不同寻常的年份，一方面全球新冠疫情仍在肆虐，为企业的复工复产增加了成本和阻力；另一方面灯塔摇曳，风云变幻，一波三折，半导体供应链面临割裂和重组的风险不断增加。“机遇”和“挑战”再一次成为半导体行业不得不面对和思考的命题。就全球的半导体发展对数字化制造的长远影响来看，我想从四个方面来给大家说明：

一是：全球化市场的竞争压力持续增加，新的细分市场需求增加了新产品导入的数量，要求加快上市时间，这虽然是一个老生常谈的话题，但是在未来随着半导体芯片更加多样化、客制化需求井喷式发展，这个问题会更加突出和加剧。

这会让企业面临如下挑战：

这些挑战怎样解决：

二是：半导体制造业向高度混合型方向发展

这会让企业面临如下挑战：

这些挑战怎样解决：

三是：由于兼并、收购、获得新技术等原因，这一趋势正在从独资的单一工厂转向多工厂制造模式

这会让企业面临如下挑战：

这些挑战怎样解决：

四是：随着传统芯片扩展速度的放缓，集成电路封装在扩展芯片功能方面扮演着越来越重要的角色，一些技术的突破需要在封装上下功夫。也许未来会有新的工艺制程出现，让半导体前道和后道合二为一。

第3页，全球半导体产业仍然在蓬勃发展

全球半导体行业经过近20年的发展，市场规模不断扩大，根据美国半导体协会公布的数据显示，全球半导体的销售额从1999年的1494亿美元增长至2019年的4123亿美元，年均复合增长率达5.21%， 2020年有望达到4330亿美元。随着人工智能的快速发展，以及5G、物联网、节能环保、新能源汽车等战略性新兴产业的推动下，半导体的需求持续增加。我国半导体产业也将从“大封测，中制造，小研发，”向“大研发，中制造，中封测”的均衡发展的制造模式转型。可想而知，十四五期间，半导体将仍然是科技发展的重要领域，因此也希望大家牟足干劲，充满信心，加大对研发和制造的数字化技术的投入，依托数字化技术加快和保障企业的转型升级。

第4页，芯片功能的多样化

随着应用场景的增加，具体执行不同功能的芯片也越来越多，如用于PC、服务器、手机等设备的CPU，用于图像处理、深度学习的GPU，内含数字信号处理模块的DSP，以及基带芯片、存储芯片、射频芯片，光芯片、功率半导体等。有人开玩笑说，今天你有什么样的智能的想法，明天就会有多少为此服务的智能的芯片出现。需求在伴随着智能化市场的发展正在持续高涨。

大家看这一页材料，这些主题都是技术领域的例子，软件和需求可以驱动它们的价值。在当今的供应链中，应用范围从集成电路到电子产品，再到工业领域，每一种芯片规格都是为独特的应用场景而开发的。管理所有这些相关的需求是件极其复杂的工作，丁字尺和大图版已经解决不了这些微观的设计和制造问题了，这些工作必须要有数字化系统支撑才能够完成。

第5页，制造业高度全球化

大家看，页面右侧是埃森哲（）、高德纳（）和麦肯锡（）的一些总结，这些总结证实了半导体制造形态已经从单站点到多站点，从本地化到全域化方向发展。企业需要在全球范围内管理数据流、知识流、配置流、可追溯性和制造数据的分析。企业投资数字化技术像投资半导体人才、机台一样重要。越来越多的企业对数字化投资的认知发生了重要转变，企业IT部门不再仅仅是“花钱”的部门，而是利用数字化投资为企业带来高效率、高质量转型的重要抓手，它甚至正在与设备、工程等业务部门整合，变成企业最重要的战略部门之一，引领企业自身数字化的潮流。

第6页，如何成功推动数字化建设，从制造冠军到数字化冠军

如何在企业数字化转型中取得成功，推动企业从制造冠军向数字化冠军转变呢？我想从四个体系，五个要求，三个冠军来讲。

首先是四个生态体系：2018年普华永道在与全球1000多名知名企业高管调研如何成为企业“数字化冠军”时发现，能够成为数字化冠军的企业大都具有以下四个生态体系：包括客户解决方案体系，数字化运营体系，技术创新体系，数字化人才体系，这对企业数字化转型成功起到了至关重要作用，值得我们的企业学习和引进。

为了帮助更多的企业达成数字化转型的目标，我从以下五个方面进行分析：

一是：使数字化成为企业战略中心的一部分，企业一把手要主导，企业二把手要重视、支持和执行，全员参与企业数字化的建设；

二是：考虑用数字化手段保障公司未来，引入数字孪生，工业云，AI，Big Data等平台和技术，构建公司智能产品研发、智能运营管理、智能服务保障的数字化体系

三是：驱动企业必要的文化变革，推动建立技术创新研发体系,技术是相通的，是有共性的。我想这针对半导体企业的开放式发展非常重要，半导体是个高技术门槛、高资金投入、高人才聚集的行业，相对比较封闭，“文化性强”、“圈子小”，要寻求突破需要破除文化壁垒。

四是：不要投资孤立的数字化技术，用系统工程思维规划半导体智能制造体系。

五是：建立数字化人才梯队组织,数字化人才是企业数字化转型的基础。大家经常听说硬件是工业基础，软件是工业的灵魂，针对这个说法我想提一些延伸的想法：在数字化转型的过程中，我们企业的一把手要争做数字化的精神领袖，企业CIO和CTO等要争做数字化灵魂的导师，企业各级干部和员工要争做数字化灵魂的工程师，从而用数字化牵引公司的高质量的转型升级。

同时我也强调，对于98%的制造企业的战略重点和目标是做好产品研发、制造和服务，数字化人才梯队也应该围绕这个战略目标而开展工作。并不建议每个公司都组建庞大的软件开发团队进行数字化软件的开发，来证明数字化人才梯队的价值，这会为企业自身带来额外的巨大的隐形人力成本的投入，务必聚焦良率提升，让企业在核心业务上快速拓展，转型不转行，行稳致远，不做数字化的“万能钥匙”。

对于一些优秀的企业已经做到了“制造冠军”，或者是某一个细分领域的隐形”制造冠军”。下一步需要加速数字化运营体系的建设，逐步转变为“数字化冠军”，进一步建立完备的客户解决方案体系，从而能成为“服务冠军”，最终提升企业自身的品牌影响力力，技术竞争力和服务生存力。

第7页，你需要什么来实现数字化的全部价值？

西门子依托完备的数字化孪生技术，可以帮助半导体企业建立虚拟世界与物理世界融合，从而实现数字化的全部价值。从智能产品设计到仿真验证分析，再到智能制造执行，以及物理产品售后，逐级进行BOI模型的传递，可以实现验证数据、执行数据、运行数据的闭环反馈，进一步优化产品设计、制程控制和对实际运行的洞察，让企业建立设计协同、制造协同、运维协同环环相扣的数字化闭环运营能力。

第8页，西门子半导体行业数字化解决方案的“五大支柱”

数字化孪生技术的实现依托西门子在半导体行业的“五大支柱”：

一是：需求验证& 功能安全设计，包括跨需求、RTL和测试的闭环跟踪和变更管理等；

二是：IC或SoC的设计 & 验证，包括封装和系统；

三是：性能工程，包括开发过程中的性能 & 可靠性分析；

四是：面向半导体前道和后道的智能制造解决方案

五是：半导体的生命周期管理，设计和制造的协同平台

第9页，西门子半导体行业解决方案总体框架，构建企业四个核心能力

通过这五大支柱，我们可以为半导体企业打造“四个能力”

一是：基础能力，包括和物料管理、工程变更管理、图文档管理等；

二是：制造能力，包括制造规划、高级计划和排程、精益制造执行、质量管理等，为新的智能工厂建设规划、工厂的智慧运营提供仿真验证平台和管理系统平台；

三是：设计能力，针对供应商管理、产品特性 &需求验证 & 功能安全管理、IP 管理和重用、BOI(信息清单)管理等，提供产品设计和生命周期管理成熟应用模组；

四是：战略能力，帮助企业制定产品战略和路线图，对产品组合进行管理，建立项目和项目组合的管理机制，提升企业战略运筹力。

今天我从企业制造能力讲起，阐述西门子在数字化制造运营管理方面的解决方案。

第10页，半导体工艺制程与制造管理的挑战

针对半导体的制造来讲，大家会情不自禁的把它分成前道和后道来看，我也难脱其俗。

半导体前道具有离散行业最冗长、最复杂的工艺流程。大部分以代工为主要业务的公司面临产品的多样化，需要工艺灵活而又不失严谨的控制力，对于设备高可靠性，高有效性有很高的控制要求。

而对于后道封测制程，由于人工操作的增加，需要保障员工的稳定性，避免操作失误，包装失误，对多客户、多品种、小批量模式，要具有更快的频繁换型能力，后道管理会变得复杂，材料、工单必须进行严格的校验和追溯，尤其在汽车电子、通讯电子、军工电子等行业，对完整的可追溯性和可靠性，客户提出了很严苛的管控要求。

无纸化、系统级管控、电子追溯、自我稽核、对人、机、料、法、环的强制性控制等要求，是半导体企业必须面临的迫在眉睫的问题，急需统一的数字化平台支撑Fab制造管理过程。

第11页，企业级的半导体智能制造解决方案一体化平台

西门子可以提供拉晶、芯片制造、封测不同阶段的智能制造解决方案，通过平台化、模块化、开箱即用的成熟功能，帮助企业增加产能，提升良率、降低成本和加快NPI新产品导入的时间。可以为的工程实验验证管理、的制造和封测的某一环节智能制造系统搭建，以及IDM的芯片设计、芯片制造、芯片封装和测试等多个产业链环节于一身的协同优化提供全面的解决方案。

第12页，半导体数字化工厂的核心能力：良率和准时交付

西门子的解决方案可以为半导体行业的数字化工厂打造五个方面的竞争力：良率，OEE，员工生产力，交付可靠性，以及不断缩短的生产周期。在这里我重点讲两点：

一是良率，它是半导体企业的“灵魂”话题，FAB Yield是一个工厂最重要KPI指标。对于半导体制造商而言，良率九成和九五成相差巨大。对于3D NAND晶圆厂而言，1%的良率提高可能意味着每年1.1亿美元的净利润；而对于尖端的逻辑晶圆厂而言，1%的良率提升意味着1.5亿美元的净利润。“小的缺陷会造成良率损失，哪怕很小的缺陷，影响的不只是良率，还会影响可靠度。以汽车行业为例，自动驾驶的车辆对于可靠度的要求是史无前例的。西门子通过MES半导体套件，实现对品质的实时过程控制和预测。

二是准时交付，半导体制造流程复杂，制作周期长，一般的IC制造平均的层数在20~30 (>300步骤)，以1.5天/layer计算，一个活着的Wafer从下线到出货需要45天时间，如果前面出了问题，要一个多月才能知道结果，准时交付的承诺变得极其困难。西门子通过高级计划与调度系统帮助半导体企业实现均衡生产和提升准时交付的可靠性。

第13页，西门子半导体行业套件典型应用功能场景

在西门子MES半导体行业套件中有很多您耳熟能详的功能模组，比如：

晶圆分等可以按性能属性对晶圆进行排序、晶圆分Bin，先行批次设置、Wafer Map视图查看、批次设备验证、Q-Time设定、设备上下机、批次追溯、Dummy Wafer设置等，也包括对载具的设定和管理。

第14页，西门子半导体行业套件典型应用功能场景

另外还包括Check Sheet检查列表、工艺制程良率控制、数据手动与实时采集、设备程式选择、光罩验证等，这只是西门子MES半导体套件中前道和后道典型功能应用场景的一部分。

第15页，西门子半导体行业智能制造运营平台

正如右图所示，我们提供了一整套的Out of the Box开箱即用的行业功能应用模组，比如：

第16页，数字孪生的制造BOI模型传递，建立三维模型和三维控制的基础数据模型体系

首先，系统可以接收制造BOI模型：

首先是三维模型：第一维物理模型，物理工厂、检测位置、工装治具、设备机台等所有可以看得到摸得着物理实体信息都将在物理模型中配置和维护；第二维是工艺模型，它是Fab中所有与产品Flow和制程参数、规则相关的信息数据；第三维是执行模型，Fab中对系统本身的操作界面分配、权限，与EAP及其他业务系统的集成整合都会在执行模型中配置。

在制程和品质方面，可以提供制程控制、产品控制和资源控制的三维控制能力，从而建立了多层级，全方位的对人、机、料、法、环的模型建制。

比如提供，建立工序流转的默认路径、可选路径和返工路径；

通过工艺制程模型，可以重用，同时允许对工作步骤进行修改，允许替代默认设置。

第17页，支持和适合半导体各工站多种业务场景的手动和自动操作

通过对系统物理模型、工艺模型和执行模型的配置建模，可以灵活设定出生产过程中的物料与机台运转的各种应用场景，并可以通过修改这些模型，灵活的切换业务场景，在这里我讲三个典型的应用场景：

对于一些单机台的工站，设定为Move in，Track in，，Move out，即进站，上机，下机，出站，系统详细记录Wafer或Die的过站时间。

一些工站会有多个相同的机台，也可能是瓶颈工序，一批或同一载具的Wafer、Die进站后可以被到不同的机台，从而增加了批次流转的灵活性，相对于传统的一个Lot Track In到一个机台，可帮助生管创造最佳的机台稼动率，实现机台的均衡化调度；

也可以在高度自动化场景下，配置成简要的Track in 和 Track Out，保障批次过站的自动和高效；

针对需要分级的制程，系统可以将Lot A在经过机台侦测后将其划分成Lot A-B，和Lot A-C等不同的批次等级，实现批次的自动拆分管理；

第18页，开箱即用的功能加速项目实施部署，提供投资可靠性，降低系统运维风险

西门子也提供了许多其他开箱即用的功能，帮助半导体制造企业实现智能制造系统的快速部署和快速见效，提高项目投资可靠性，降低系统运维成本。

比如自动物料消耗，比对和消耗物料，可以按组件或产品id、制造日期、工单等多个条件匹配，跟踪和记录序列号或批次号，也可以生成新的序列号或保留其中一个源批次号作为主序列号。

系统通过载具跟踪、设备维护管理、制程控制，机台或治具的设置与控制，机台与程式的设置，机台与物料的设置，数据采集，不良品控制，工程实验管理等成熟模组功能，与系统模型相结合，实现对计划流、物料流、质量流、数据流的全面业务管控。

第19页，完整的SEMI工站操作事务模型体系

平台也提供了最完整的基于SEMI标准的工站操作事务模型体系，实现对制造过程实时管控，通过EAP进行全面设备集成整合，打造生产全程透明化追溯和稽核，Run Card实时自动生成，为汽车电子、高端通讯等半导体制造业提供长期可靠的制造运营管理平台。

大家从这个图可以看出，在系统中从Start一个批次，到批次过站，物料消耗，批次合并，拆分，首件检验，批次冻结和释放，报废，返修，再到批次外协，分级等，系统提供了801个Fab标准操作事务，并结合工艺制程和参数设置，实现现场机台与批次的手工作业或自动操作，在人工操作过程中，作业人员可以随时查看作业指导书，降低培训成本。通过对测试机台、质量数据进行数据采集，实现对品质的实时判定。

第20页，多层级特定参数的建模数据维护

在线的各位同仁也一定知道，半导体Fab的制程参数维护是一项要求极高且繁重的工作，复杂的集成电路制造有几百道工序，工艺流程像蜘蛛网一样，每一个单点技术都非常重要，需要高度集成，既需要灵活设置又需要严谨管理。

半导体套件允许通用拖拽的方式对快速建模。的这些步骤可以规范定义，也可以实现分级管理和重复使用。例如，您可以一次定义一个光刻制程，但显然您在生产流程中要执行多次光刻。这个作业规范只是作为不同的步骤在Flow中被重用和实例化的命名。一切都是可以重用。

您也可以定义在此下进行操作时要选择的机台组。

一个更为高效的参数维护功能是，矩阵式参数设定，系统叫。在此情况下，可以基于最高顺序条件匹配覆盖多个参数，例如要使用的、机台、数据采集、SPC控制限值等。系统中有30多个设置矩阵。它相当于提供了一个入口来一次性设置所有需要的。在矩阵参数设置中，您甚至可以控制哪些机台可以使用，哪些机台不包括在这组设备中。

这为制程参数维护提供了方便的手段，大大降低了工程数据维护的工作量。

第21页，工程实验批管理，加速新产品制造验证与工程数据积累

针对NPI新产品导入的要求，我们可以提供工程试验批的管理，从而加速新产品制造验证与工程实验数据积累，提升研发过程数据的可追溯性和深化研究利用的能力。可以为工程实验性质强的产线，提供一系列的功能，比如制程审批、将实验制程挂到一个或多个批次上、一个Lot配置多个实验制程、自动的Hold和拆批合批、Send Ahead先行批设定、实验作业指导等等，来帮助PE快速灵活的在系统中针对新开Lot或在制Lot构建实验制程，减少建模数据，区分量产和工程批次，实现全面生产追溯。

第22页，建立半导体智能工厂的中央指挥部和作业驾驶舱，依托APS，打造可信赖的准时交货能力

另外我们可以提供APS高级计划与调度系统，实现动态交货期计算，打造可信赖的交货能力。它是半导体智能工厂的中央指挥部及作业驾驶舱，是Fab的智慧大脑，针对设备和工艺控制系统，实现生产计划和排程、制造执行以及物料控制之间的无缝集成，实现企业中长期的生产计划编制，工序或机台的详细作业排程，结合MES与EAP提供的工况数据，预测生产计划由于预防性维修、机器故障、设备维修、异常对生产计划带来的影响。计算工单的准确交货期，为生管提供精准的生产指挥依据，为物管和MCS系统提供物流调度的指令。

第23页，封装测试开箱即用功能

在封测的机台作业过程中，我们提供了机台设置，包括工装、物料等，挑选批次和对开封物料进行使用并对批次进行合并，对批次与机台进行验证，加工批次，输出Reel卷料，打码贴标，并对剩余物料进行退库合批操作。

在作业过程中系统自动验证机台状态、预防性维修等作业，一旦机台健康状态失效，批次将不能在该机台上进行生产。

第24页，闭环质量控制体系与实时质量过程控制能力

西门子也可以帮助企业建立闭环的质量控制体系，将品质控制融入到操作事务的每一个环节，实时监测、实时预警、实时处置，充分体现质量是制造出来的。系统提供在线SPC统计过程控制模组，通过工艺参数数据采集，采集材料参数，对关键工艺过程节点及关键工艺参数进行设定，比如氧化，淀积，刻蚀，扩散，离子注入，光刻，金线键合(DWB)、成型、还有测试等等，通过EAP实时数据采集和 SPC控制模型，对关键工艺参数数据进行实时监控预警，降低报废率、改善工艺和提高成品率，从而进一步提高设备性能。

第25页，依托EAP设备自动化，构建半导体制造工业物联网体系

EAP设备自动化系统将配合MES等上层系统实现对产线的无人化管理，收集产线机台设备的数据，监控产线生产状态及机台状态，追踪产品在产线及设备中的流动，对设备下达操作指令等，并在出现异常时，及时介入管控进行预警。西门子PAC是专门针对半导体行业研发的EAP系统，可以实现与MES、MCS、AGV的无缝对接。通过EAP项目的实施，可以帮助半导体工厂实现数据连接，性能可视化，效率洞察和高级分析。基于西门子强大，开放的MES制造运营平台，可实现与FDC，EDA，ADC以及大数据分析系统对接，帮助半导体企业提供高级数据分析和良率挖掘爬升的能力。

第26页，提供性能可视化和数据分析能力

西门子智能制造运营系统还可以基于对生产、质量、物流数据提供几十支标准的半导体行业数据的分析报表，帮助企业建立知识管理、成本控制、和质量持续优化的核心能力。

第27页，西门子独有的产品组合，助力企业成功实现数字化转型

正如开篇时所讲，西门子是数字孪生整体解决方案供应商，除了提供半导体硅片制造、装配和测试以及相关行业的全套自动化软件之外，

还可以在机械设计，电子设计，软件设计，协同研发，仿真分析，验证分析等业务上提供数字化套件，帮助半导体企业打造数字化企业解决方案平台，帮助企业建立产品研发创新平台，制造运营平台，设备自动化系统，最终实现自顶向下的产品驱动和自下而上的过程驱动。

第28页，许多伟大的半导体公司选择西门子作为可信赖的数字转型供应商和长期可信赖的合作伙伴

有许多伟大的半导体公司使用西门子的数字化解决方案实现了智能制造的理想。具不完全统计，已有150余座半导体Site实施了西门子制造运营半导体行业套件。正如这一页所讲，英飞凌、、On Semi、瑞萨半导体等，均得到了客户的高度评价和积极反馈。

第29页，英飞凌半导体通过实施后道自动化项目实现了智能制造的飞跃

其中英飞凌通过实施半导体后道自动化项目，实现了：

其中另一个收获就是：西门子的系统帮他们发现了之前隐性的问题，隐性问题得到了显性化，并针对这些问题做了对应的改善和原因分析，提高了工厂整体管理水平。

第30页，一张蓝图干到底，西门子

这是我报告的最后一页，针对半导体智能制造，需要从以下几个方面进行考虑：

第31页，结束