Cyclical demand and risks to Asia-based supply chains require more resilience than ever from US semicondutor Fabricantes. Muitas empresas veem investir na capacidade de produção doméstica como solução e incentivos recentes do governo reforçam essa visão. Mas a adição de capacidade por meio de despesas de capital (CAPEX) é caro e lenta e restringe a flexibilidade quando a demanda mudar. Além disso, maior intensidade de capital prejudica o desempenho do mercado de ações.
Os fabricantes de chips devem considerar uma estratégia diferente. Em vez de confiar no CAPEX, eles podem expandir a capacidade de suas plantas de fabricação, melhorando a produtividade. Essa abordagem ajuda as empresas rapidamente a responder às flutuações da demanda, reduz o risco de investimento excessivo e melhorar os retornos financeiros.
Para empresas que investem em produtividade, as oportunidades de melhoria são substanciais. Um estudo de benchmarking BCG encontrou lacunas de produtividade significativas no tempo de atividade da ferramenta, tempo de espera e velocidade. Ao identificar gargalos, definir metas ambiciosas de desempenho e avaliar as alavancas de melhoria, os fabricantes de chips podem aumentar a produtividade Fab sem usar o CAPEX. E com a ajuda de
Ferramentas digitais avançadas
Os fabricantes de chips podem criar soluções inovadoras para combater perdas crônicas ou de produtividade sistêmica.
The Case for Expansion Without Capital Expenditures
Semiconductor manufacturers are no strangers to uncertainty and the need for Resiliência . Durante décadas, a demanda cíclica apareceu persistentemente em seu cenário de negócios. O ambiente recente tem sido especialmente desafiador, com a pandemia causando uma grave escassez de chips, seguida de uma queda acentuada na demanda. Ao mesmo tempo, a concentração da capacidade de produção na Ásia tornou os fabricantes de chips vulneráveis a riscos geopolíticos e interrupções da cadeia de suprimentos. De fato, o governo federal (através da Lei de CHIPS de 2022) e os governos locais forneceram incentivos que incentivam as empresas de semicondutores a investir capital a construir ou expandir FABs no mercado interno. O fornecimento de equipamentos críticos se aperta. Como resultado, essa abordagem não ajuda os fabricantes a acelerar e diminuir a capacidade rapidamente. Isso permitirá que as empresas aumentem rapidamente a capacidade quando a demanda aumentar. Por outro lado, quando a demanda diminui, nenhum investimento é perdido. Em nossa experiência, embora os investidores reconheçam a natureza intensiva de capital da fabricação de semicondutores, eles normalmente desconfiam de empresas com alta intensidade de capital e recompensam empresas que demonstram implantação eficiente de capital.
To enhance the stability of their production networks, US-based manufacturers are ramping up capacity in North America. Indeed, the federal government (through the CHIPS Act of 2022) and local governments have provided incentives that encourage semiconductor companies to invest capital to build or expand fabs domestically.
Using capex to expand capacity, however, has important drawbacks.
Investments—building a leading-edge fabrication plant, for example—are growing more expensive and time-consuming as process nodes become smaller and critical equipment supply tightens. As a result, this approach does not help manufacturers ramp up and scale down capacity quickly.
Considering the downside, we believe that semiconductor manufacturers should prioritize capex-free expansion to build their resilience. That will enable companies to quickly ramp up capacity when demand rises. Conversely, when demand declines, no investment is lost. In our experience, while investors recognize the capital-intensive nature of semiconductor manufacturing, they are typically wary of companies with high capital intensity, and they reward companies that demonstrate efficient capital deployment.
A melhoria da produtividade é um aspecto crucial da expansão da capacidade livre de Capex. Nossa pesquisa indica que muitos fabricantes de semicondutores estão operando abaixo dos níveis ótimos de produção, levando à diminuição da produção de wafer e à erosão da margem. As empresas devem maximizar as melhorias da produtividade antes de buscar outros caminhos para expansão livre de Capex, como terceirização e Produção como serviço , ou confiar em fontes alternativas de capital, como financiamento do governo ou investimentos em clientes.
Lacunas de produtividade Ponto para oportunidades de melhoria
Um estudo recente de benchmarking do BCG do desempenho FAB encontrou amplas lacunas de produtividade entre os players líderes e atrasados, indicando que os retardatários têm espaço significativo para melhorias. O benchmarking concentrou -se no tempo de atividade da ferramenta, tempo de espera e velocidade.
Uptime. Em muitas áreas de processo, o tempo de atividade da ferramenta das empresas líderes excede o dos retardatários em 10% ou mais. (Veja a exposição.) Para litografia, Frequentemente considerado a área de processo mais crítica, a lacuna excede 20% para nós de processo maduro em um Fab de 300 milímetros. O tamanho das lacunas sugere que os retardatários possam aumentar sua produção anual em dezenas de milhares de bolachas. Resultados de tempo de atividade perdidos de vários fatores, como problemas com a programação de manutenção, gerenciamento de inventário de peças de reposição e falta de padronização nos procedimentos de manutenção.
Standby Time. Os fabricantes de chips geralmente têm políticas de agendamento e despacho FAB ineficientes, levando à diminuição da utilização de ferramentas. Embora as políticas sejam destinadas a minimizar o tempo de espera enquanto atende aos padrões de qualidade, regras e restrições excessivamente complicadas geralmente aumentam o tempo de espera e prejudicam a utilização. Nosso estudo de benchmarking descobriu que uma configuração subótima da câmara e o modo de execução reduziu a utilização de um grupo de ferramentas de gravação em 5%, resultando em uma perda anual de capacidade de mais de 50.000 bolachas de semicondutores. No entanto, as oportunidades para reduzir o tempo de espera não são óbvias e geralmente exigem mudanças complicadas nas políticas FAB. Os principais participantes começaram a experimentar aplicativos digitais e ferramentas analíticas avançadas para enfrentar esses desafios.
Velocidade. Muitas empresas de semicondutores se concentram no desenvolvimento de receitas de processo para maximizar o rendimento. Mas eles geralmente ignoram a otimização da velocidade da ferramenta, o que leva a tempo de ciclo mais longo e redução da taxa de transferência. O software desatualizado e as etapas redundantes do processo também impedem a velocidade da ferramenta. Melhorar a velocidade da ferramenta requer colaboração multifuncional para examinar minuciosamente as causas principais dos impedimentos. Nosso estudo de benchmarking constatou uma perda de capacidade anual de mais de 10.000 bolachas nos casos em que a configuração foi subtimizada para um grupo de ferramentas de deposição (usado para criar materiais isolantes e condutores para construir um dispositivo semicondutor). produtividade.
A Four-Step Approach to Boost Productivity
Semiconductor manufacturers can use a four-step approach to cut productivity losses and improve overall fab productivity.
1. Identifique as principais ferramentas que causam gargalos. Concentre -se nas ferramentas que são mais usadas e limitam a saída FAB por longos períodos. Inclua ferramentas que podem limitar a saída Fab temporariamente devido a eventos únicos, como alterações na mistura de produtos.
2. Defina seu desempenho North Star. Defina metas aspiracionais para melhorias de desempenho. Para Fabs com baixo desempenho, o benchmarking interno contra as outras plantas da empresa fornece uma visão clara das oportunidades potenciais e das melhores práticas para capturá -las. Para os Fabs com melhor desempenho, use o benchmarking externo para comparar o desempenho com o dos concorrentes e derivar alvos de melhoria.
3. Identifique as alavancas para melhorias usando avaliações detalhadas. Analise os dados sobre o desempenho histórico das ferramentas de gargalo para identificar as principais causas de tempo de inatividade da ferramenta e tempo ocioso. Use as árvores de emissão para identificar minuciosamente maneiras de melhorar o tempo de atividade da ferramenta, o tempo de espera e a velocidade. Existem muitas alavancas de melhoria a serem consideradas, incluindo:
- Agendando a manutenção preventiva com base no uso em vez do calendário. utilização.
- Reducing maintenance time by improving maintenance procedures and increasing the availability of spare parts.
- Reconsidering policies that inhibit certain practices and removing unnecessary constraints in order to improve tool utilization.
- Eliminando verificações de controle de qualidade desnecessárias que impedem a utilização de ferramentas. Para alguns gargalos, como um forno de baixo custo, a melhoria potencial pode ser pequena. Nesses casos, considere fazer investimentos incrementais do CAPEX para remover restrições não estruturais e estabilizar operações.
- Regularly examining existing process recipes to eliminate redundant steps and optimize the setup to improve tool speed.
After identifying key improvement levers, collaborate with the shop-floor team to create specific initiatives to meet performance goals. For some bottlenecks, such as a low-cost furnace, the potential improvement may be small. In such cases, consider making incremental capex investments to remove nonstructural constraints and stabilize operations.
4. Configurar mecanismos de governança e rastreamento. Estabeleça uma estrutura de governança para revisar o progresso e orientar o programa de melhoria. A equipe de liderança da Fab e os gerentes da área de processo devem se reunir regularmente para avaliar o status dos marcos, abordar obstáculos e compartilhar insights. Além disso, os líderes das funções FAB e corporativas, como finanças e estratégia, devem se reunir em intervalos regulares. Tais comitês de direção podem realizar uma revisão de progresso de alto nível, mostrar grandes realizações e oferecer orientações estratégicas. Ambos os tipos de reuniões devem ser facilitados pela função de fabricação. Utilizar
Track improvements using KPIs such as uptime, downtime, utilization, and daily movements of wafers through the fab. Utilize Ferramentas de gerenciamento de programas digitais monitorar o progresso em direção a marcos e impacto financeiro. Por exemplo, distribua um boletim mensal ou trimestral para destacar mudanças e realizações. E pesquise os funcionários regularmente para fornecer informações sobre o sentimento dos funcionários e obter feedback anônimo.
Enhance the program’s success by encouraging open communication between management and employees. For instance, distribute a monthly or quarterly newsletter to highlight changes and accomplishments. And survey employees regularly to provide insight into employee sentiment and gather anonymous feedback.
Certifique -se de repetir e revisar regularmente qualquer programa de melhoria. Mudanças na demanda, alterações no portfólio de ferramentas e atualizações de tecnologia de processo podem afetar quais ferramentas são gargalos. Adapte as aspirações do North Star com base nas necessidades de negócios e em evolução dos objetivos de liderança. Mas, para abordar perdas crônicas ou sistêmicas, os fabricantes de chips devem ser criativos. Os principais fabricantes estão usando ferramentas digitais de ponta, desenvolvidas internamente ou por terceiros, para definir soluções inovadoras. Embora este ainda seja um campo emergente, os primeiros adotantes tiveram benefícios. Ele também utilizou um sistema de agendamento avançado, alimentado pelo aprendizado de máquina, para identificar qual a janela de tempo para manutenção preventiva interromperia a produção. Isso inclui:
Use Advanced Digital Tools to Address Chronic or Systemic Issues
The four-step approach can tackle many common sources of productivity loss. But to address chronic or systemic losses, chip makers must be creative. Leading manufacturers are using cutting-edge digital tools, developed in-house or by third parties, to define innovative solutions. Although this is still an emerging field, early adopters have seen benefits.
For example, a top semiconductor manufacturer applied predictive maintenance to its auxiliary equipment (such as cooling water pumps) to reduce the frequency and cost of servicing. It also utilized an advanced scheduling system, powered by machine learning, to identify which time window for preventive maintenance would disrupt production least.
In our case experience, we have seen several digital applications used to boost fab productivity. These include:
- a Twin digital Isso simula os parâmetros de fabricação para ajustá-los e maximizar a taxa de transferência.
- Uma ferramenta digital que integra dados de várias fontes para planejar automaticamente a produção FAB. A ferramenta permite que as empresas removem as restrições de agendamento nos estágios de fabricação (por exemplo, despacho ou liberação de lote) e, assim, determine sequências de produção que maximizam a produtividade. Um fabricante de semicondutores baseado nos EUA melhorou os lucros de sua base de ativos existente em mais de US $ 20 milhões após a implementação dessa ferramenta. Ele fornece visibilidade nos KPIs em toda a cadeia de valor, determina os riscos da cadeia de suprimentos e toma medidas proativas para aliviar os gargalos. Mas priorizar a expansão livre de Capex por meio de melhorias na produtividade é uma estratégia melhor em muitas situações. Essa abordagem permite que os fabricantes de chips aprimorem sua resiliência sem aumentar sua intensidade de capital. Ferramentas digitais inovadoras estão ajudando os esforços para combater os gargalos de processo mais difíceis. As empresas que terem sucesso colherão os benefícios do desempenho operacional e financeiro superior.
- A digital control tower that accelerates and optimizes the process of sales and operations planning. It provides visibility into KPIs across the value chain, determines supply chain risks, and takes proactive steps to alleviate bottlenecks.
US semiconductor manufacturers may be tempted to invest capex to build or expand domestic production capacity. But prioritizing capex-free expansion through productivity improvements is a better strategy in many situations. This approach enables chip makers to enhance their resilience without increasing their capital intensity. Innovative digital tools are aiding efforts to tackle the toughest process bottlenecks. Companies that succeed will reap the benefits of superior operational and financial performance.
