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MES 系統導入的挑戰-以 LED 廠為例

文 - 王俊弘


關鍵字:MES、LED、ERP、工廠、LED模組、工單、出貨挑貨系統、磊晶廠、外延廠、晶粒廠、芯片廠、良率

近年來由於 LED(Light-Emitting Diode ;發光二極體)產業在背光、照明等應用上的普及,搭配節能減碳的環保意識訴求,使得 LED 廠如雨後春筍般成立。尤其在中國,視 LED 為重點扶植產業,結合政府補貼政策,從 LED 生產設備建置補助到 LED 照明的節能補助,讓原本各據一方的上、中、下游 LED 廠,紛紛跨出垂直整合的腳步。

從上游的晶棒生產、襯底製造廠、中游的磊晶(外延)廠、晶粒(芯片)廠到下游的 LED 封測廠、LED 照明應用廠,由於 LED 產業製造特性需要進行大量資料計算、分析,所以透過 MES(Manufacturing Execution System ; 製造執行系統)系統的管理平台來提升生產製造的管理指標,也成為 LED 廠的趨勢。

資通 ciMes(Computer Integrated Manufacturing Execution Sytem;製造執行系統)解決方案已經成功輔導了十幾家 LED 廠導入 MES 系統,以輔導的經驗分析相關挑戰。

LED 廠導入 MES 系統的挑戰

以下主要針對時程、功能需求、人力三個重點 做說明:

  1. 時程考驗:

    LED 新廠投產的同時,MES 系統就必須上線。LED 廠從外延到封裝段,生產流程多樣化,每一段生產都需要一個解決方案。每個解決方案又環環相扣,但是從確認專案開始到系統正式上線,通常只有 3-6 個月。所以,在專案開始從需求訪談與確認、客製開發、教育訓練、測試作業等重要里程碑都必須嚴謹控管。面臨到無法決策的管理需求時,必須要有決策權之人員做出決策,在輔導的經驗中此類問題常常嚴重影響專案時程。此外,廠內的上線前整合測試的作業安排也常常因為被簡化或拖延影響進度,而整合測試時間以及測試規劃的完整性,是對專案成功上線相當重要的環節,詳細地執行測試計畫,才能避免影響上線時系統的穩定性。

  2. 功能需求:

    系統的適用性、上線可行性及是否能滿足各單位的需求,這些都是相當重要的環節,而需求的落實是要仰賴關鍵使用者清楚的描述製造管理需求。顧問在這個階段最重要的任務,是要將管理需求與邏輯轉化成 MES 系統的功能,讓關鍵使用者很清楚了解如何透過 MES 系統達到想要的管理目的。
    ciMes 產品的 LED 模組基本上都能符合客戶需求,但是在 LED 產業的幾個關鍵點:如外延驗證回饋流程、芯片測試判等流程、芯片分選流程等等,會因為每個 LED 廠生產的產品規格、製程能力與管理方式的差異而不同,所以必須將各個流程的判斷邏輯、例外做法,詳細的分析,也要讓客戶很仔細的確認,避免測試上線階段發現與實際生產現況不符,造成系統無法執行。

  3. 人力考驗:

    以外延跟芯片廠為例,大部分LED廠都會同時導入外延廠與芯片廠,因為外延廠的成品最終入庫等級以及相關電性參數都必須由芯片廠回饋,而從外延廠的生產週期通常只有 4-6 小時,相當於同時上兩套 MES 系統。

    目前 LED 新廠普遍規劃 1 至 2 個 MES 資訊人員,要在短短一個月內吸收 LED MES 累積的多年經驗實在困難,因此導入顧問往往成為客戶的救火員。所以,在專案組織的建議,上資通會別強調 MES 種子人員的培訓。種子人員分別區分為資訊與生產部門種子人員:資訊部門種子人員著重在未來 MES 系統的維護與開發上的訓練,生產部門的種子人員則是強調於必須熟悉系統的設定與操作。

此外,在 LED 廠的 MES 系統導入過程中,與 ERP 系統的整合也是必須特別注意的一環,其中針對磊晶(外延)廠與晶粒(芯片)廠的整合原則與建議如下:

  • 資料單一性:

    MES 與 ERP 若需參考相同資料,則必須以維護一組資料為原則,避免重複維護資料檔案之 loading 與資料參考一致性。例如工單開立(一般都由 ERP 開立工單、MES 承接,但若是 ERP 尚未上線,則可由 MES 系統支援工單開立功能,待 ERP 系統上線後再將工單開立功能由 ERP 系統負責)與物料主文件等資訊。

  • 分段工單:

    一般可依制程特性將工單切為 2-3 段。依方面從製程特性、成本結算及再製品管控為考慮重點。一般 EPI 會獨立切一段工單, CHIP (晶片)則會再切 1-2 段。

  • ERP 系統因應 LED 制程特性需支援變更產品功能:

    LED 製程特性在晶片前道製程生產至抽測站時,會因抽測結果導致,良率不佳之晶片必須轉成大圓片,因此必須轉產品/料號, ERP 系統必須思考是否支援生產 A 料號、入庫 B 料號之功能,或其它解決方案。對於 MES 系統作業, MES 系統會由系統自動先退料再發料,並賦予新的料號身分做控管。這對 MES 系統作業不難,但是對於 ERP 系統是相當需要考慮的困難與重點。

  • 外延與晶片挑片 :

    不建議此動作由 ERP 系統提供,因為 ERP 系統必須將挑片邏輯相關的規格資料納入 ERP 系統, ERP 系統需客制調整的幅度相當大。

  • 晶片出貨挑貨系統 :

    外延及晶片的各項生產詳細規格資料皆存放於 MES 系統,建議出貨挑貨之功能建置於 MES 系統,再由 MES 系統跟庫存管理整合。

一個 LED 廠的 MES 系統導入面臨的挑戰其實是相當大的,因為產業製造特性造成的動態判斷邏輯,所以從需求的確認,到系統上線運行,還有其他系統的整合,必須嚴謹的控管搭配專案時程與進度管理,才能成功的完成 MES 系統的導入任務。

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