考量價格折扣情境下半導體後段一元化代工服務之生產規劃模式建構

國立交通大學

工業工程與管理學系碩士班

碩士論文

考量價格折扣情境下半導體後段一元化代工服務之

生產規劃模式建構

The Design of Production Planning

for Semiconductor Backend Turnkey Service

with Consideration of Price Discount

研 究 生：王派祥

指導教授： 鍾淑馨 博士

考量價格折扣情境下半導體後段一元化代工服務之

生產規劃模式建構

The Design of Production Planning for Semiconductor Backend

Turnkey Service with Consideration of Price Discount

研 究 生：王派祥 Student：Pai-Hsiang Wang 指導教授：鍾淑馨 博士 Advisor：Dr. Shu-Hsing Chung

國 立 交 通 大 學 工 業 工 程 與 管 理 學 系

碩 士 論 文

A Thesis

Submitted to Department of Industrial Engineering and Management College of Management

National Chiao Tung University in partial Fulfillment of the Requirements

for the Degree of Master

in

Industrial Engineering

September 2009

Hsinchu, Taiwan, Republic of China

考量價格折扣情境下半導體後段一元化代工服務之

生產規劃模式建構

研究生：王派祥 指導教授：鍾淑馨 博士 國立交通大學工業工程與管理學系碩士班

摘 要

由晶圓製造業者所主導之「半導體後段一元化代工服務(Semiconductor Backend Turnkey Service; SBTS)」可提供 IC 設計公司從晶圓製造、晶圓針 測、晶圓封裝到最終測試的全套代工服務。為提供優質的服務並提升獲利 空間，晶圓製造業者須考量後段代工廠之生產能力，妥善進行中期、短期 生產規劃，期以最小成本執行一元化代工服務。 承上所述，本文建構一「半導體後段一元化代工服務之生產規劃模 式」，此模式分為「產量配置模組」與「訂單分配模組」。「產量配置模組」 為中期規劃，分兩階段各別建構整數規劃模式來求解，第一階段考量訂單 之預測需求、代工廠商之產能限制及數量折扣資訊，求解最小總產量配置 成本，第二階段以第一階段之結果為參考依據，在晶圓製造業者允許之成 本變動範圍內，進一步將相鄰製程能否接續加工之製程資訊納入考量，以 最大化代工廠商相鄰製程可連續代工之數量為目標，求解每月各代工廠商 各製程規格之預定配置量及外包單價。「訂單分配模組」為短期規劃，承 接「產量配置模組」之規劃結果，考量來到訂單之各項需求、代工廠商執 行各式代工方案所需之生產週期時間，以最小訂單分配成本為目標，設計 整數規劃模式求解每日各代工廠商以各式代工方案加工各訂單各製程規 格之數量，使允諾之訂單皆能如期如量地達交。 經由案例分析結果指出，若晶圓製造業者在執行產量配置規劃時，即 同時考量數量折扣資訊及相鄰製程能否接續加工之製程資訊，則不論在產 量配置階段或訂單分配階段皆有其成本效益。 關鍵字：半導體、生產規劃、一元化代工服務、數量折扣

The Design of Production Planning for Semiconductor Backend

Turnkey Service with Consideration of Price Discount

Student：Pai-Hsiang Wang Advisor：Dr. Shu-Hsing Chung

Department of Industrial Engineering and Management National Chiao Tung University

Abstract

The Semicondutor Backend Turnkey Service (SBTS), implemented by wafer fabricators, provides IC designer the whole outsourcing service package, including wafer manufacturing, circuit probing testing, integrated circuit (IC) assembly, and final testing. In order to provide high quality SBTS and improve profit, wafer fabricators need to execute medium term and short term production planning with considerations of the capability of backend outsourcing firms for implementing SBTS with minimum cost.

This thesis proposed a production planning system for SBTS, which includes capacity allocation module and order allocation module. The capacity allocation module completes the medium term planning through two-stage integer programming models. The first stage solves minimal capacity allocation cost with considerations of demand forecast, the capacity limit and quantity discount information of each outsourcing firm. Based on the result of fist stage, the second stage considers the availability of consecutive-processing, and solves the maximization of the consecutive-processing amount of all outsourcing firms. The result of second stage includes the outsourcing price and the corresponding amount booked from each outsourcing firm. The order allocation module is designed for short term planning. Based on the result of capacity allocation planning, order allocation module constructs the integer programming model, which considers the requests and due dates of all orders, to assign SBTS orders to appropriate outsourcing firms with minimum order allocation cost.

According to the result of cases analysis, if wafer fabricators fully consider the information about quantity discount and about the availability of consecutive-processing when making capacity allocation plan, then there is undeniable cost benefit at capacity allocation and order allocation.

Keywords: Semiconductor, Production planning, Turnkey service, Quantity discount

誌謝

此刻的心情真是百感交集，難以言喻，有太多太多的往事值得我一再 回味，有太多太多的貴人值得我再三感謝… 首先，要感謝鍾老師這兩年細心耐心地教導，當我論文做到精疲力盡， 試圖說服自己已經做得夠好的時候，您總是會適時地推我一把，告訴我 說：你可以做得更好！因為有您的堅持與鼓勵，讓我能夠不斷地挑戰自 己，為自己的論文感到驕傲！此外，感謝口試委員彭文理老師、楊明賢老 師、黃俊穎老師的指導，從各方面檢視我論文的不足之處，讓我論文得以 做得更趨完善。 接下來要感謝學長姊們的照顧：一平學長，感謝你一直以來的協助， 在我對論文感到迷迷惘徬徨的時候，你總是像一盞明燈指引我前進的方 向。元銘學長、威良學長、清貴學長、志勳學長、義湧學長，感謝你們總 是適時地伸出援手，熱心地跟我分享許多寶貴的經驗。小潔、小毛、迪喬、 柏懿、苗人，謝謝你們讓我能很快的融入生管實驗室這個大家庭，並幫助 我解決許多學業或論文上所遭遇的難題。 當然，我要感謝一路上相互扶持、並肩作戰的戰友們：浩子，這兩年 因為有你的陪伴，讓我的生活添加了許多色彩，跟你一起經歷過許多風風 雨雨，一起參加各種活動、爬奇萊山、考救生員…好多好多，可說是有褔 同享、有難同擔的好兄弟。未來的路，你要繼續加油，我知道你做得到， 因為只要你肯做，沒有什麼事是不可能的！凱欣，感謝你對我的體諒與付 出，我只要一句話，你總是不厭其煩地幫我解決各種疑難雜症，當我感到 無力的時候，有你在身旁，總讓我覺得安心許多，謝謝你一直陪我走到畢 業的最後一刻。記得要對自己有信心，因為你真的很棒！ 同時，我要感謝交大的好友們：小新，感謝你這兩年來陪我一起分享 生活中的喜怒哀樂，與你共渡了許多美好的時光，謝謝你一直把我當做是 好兄弟、好哥兒們！感謝室友小心肝、豪君，每當我托著疲憊的身軀回到

宿舍，總有人可以陪我談天說笑，讓我忘卻一天的煩惱憂愁。文政，很高 興可以常跟你一起遊山玩水，一起體驗大自然的美好，希望你能繼續朝著 自己的夢想前進，期待你與我分享美夢成真的那一刻！猴子、阿本，感謝 你們經常找我一起吃飯聊天，讓我偶爾可以放鬆一下心情、重新出發。感 謝永裕、佩芬、跳肥、老柯、律瑋、Jimmy、裕興、冠文、慢慢、小 V、 光頭、小瑞、小朱、依潔、貴祺、元碩、Bob、o1o、古品、gohome、志愷、 昭吟…，謝謝你們為我創造那麼多美好難忘的回憶！ 再來，我要感謝實驗室的學弟妹們：笑容可人的小可、天真無邪的饅 頭、活潑開朗的大雅、憨厚老實的鴨子、熱心積極的小吳，你們不時的加 油打氣總是讓我覺得很窩心，謝謝你們願意主動地幫我分擔許多事務，讓 我可以專心地做研究。未來的日子你們也要加油，我相信你們沒問題的！ 還有感謝一路上幫助我、關心我、鼓勵我的朋友們，你們的每一句話， 都是我前進的動力！感謝交大美麗的校園，讓我可以隨時呼吸到清新的空 氣，聆聽蟲鳴鳥叫的樂章，眺望綠油油的草皮，享受悠閒的幸褔時光。 最後，我要感謝我的家人們，謝謝你們一路以來的支持與鼓勵，讓我 可以無憂無慮地享受在校生活，做我想做的事，走我想走的路。你們，是 我心中永遠的牽掛！ 回想過去這段日子，該玩的有玩到，想做的也都做了，應該不虛此行 了吧！經過這兩年，讓我更加地認識自己，也讓我的視野更為寬廣、遼闊。 面對未來，我將更具信心，讓自己無時無刻都有勇氣迎接更艱鉅的挑戰！ 派祥 於交大 2009.09.11

目錄

摘 要...II Abstract ... III 誌謝... V 目錄...VII 圖目錄... XI 表目錄... XIII 符號一覽表...XVII 第一章 緒論... 1 -1.1 研究背景與動機... 1 -1.2 研究目的... 3 -1.3 研究範圍與限制... 4 -1.4 研究步驟與方法... 5 -第二章 文獻探討... 6 -2.1 半導體製程簡介... 6 -2.2 導體產業範疇與趨勢... 9 -2.3 半導體產業之一元化代工服務... 10 -2.3.1 一元化代工服務模式... 10 -2.3.2 半導體一元化代工服務之相關文獻... 14 -2.4 數量折扣... 22 -2.4.1 數量折扣之相關文獻... 23 -第三章 模式建構... 29 -3.1 問題定義與分析... 29 -3.1.1 晶圓製造業者可提供客戶之訂單服務類型... 31 -3.1.2 後段代工廠商之生產相關限制... 32 -3.1.3 後段代工廠商所提供之數量折扣... 34 -3.1.4 後段代工廠商可提供之多元代工方案... 35 -3.1.5 各製程階段各製程規格之每月預測需求... 37

-3.1.6 同一製程規格之預定承包廠商最低家數... 37 -3.1.7 配置量須佔該製程規格月需求量之最小比例... 37 -3.2 整體邏輯與架構... 38 -3.3 產量配置模組... 41 -3.3.1 假設... 42 -3.3.2 產量配置模組第一階段模式... 42 -3.3.2.1 符號說明... 42 -3.3.2.2 符號與模式設計理念... 43 -3.3.2.3 數學模式... 46 -3.3.2.4 模式說明... 47 -3.3.3 產量配置模組第二階段模式... 49 -3.3.3.1 符號說明... 49 -3.3.3.2 符號與模式設計理念... 50 -3.3.3.3 數學模式... 56 -3.3.3.4 模式說明... 58 -3.4 訂單分配模組... 62 -3.4.1 假設... 62 -3.4.2 符號說明... 63 -3.4.3 符號與模式設計理念... 65 -3.4.4 數學模式... 72 -3.4.5 模式說明... 73 -第四章 案例分析... 80 -4.1 系統環境說明... 80 -4.1.1 訂單相關資訊... 80 -4.1.2 代工廠商生產資訊... 83 -4.2 產量配置模組之規劃結果說明... 87 -4.2.1 產量配置模組第一階段之規劃結果... 87 -4.2.2 產量配置模組第二階段之規劃結果... 93 -4.3 訂單分配模組之規劃結果說明... 103 -4.4 成本效益評估... 130

-4.4.1 產量配置模組第一階段模式之成本效益評估... 132 -4.4.2 產量配置模組第二階段模式之成本效益評估... 138 -4.4.2.1 產量配置模組第二階段模式之整體成本效益評估.... 138 -4.4.2.2 產量配置模組第二階段模式考量接續加工製程資訊之成 本效益評估... 143 -第五章 結論與未來研究方向... 152 -5.1 結論... 152 -5.2 未來研究方向... 154 參考文獻... 155 -附錄A、產量配置第一階段規劃結果：每月各代工廠商各製程規格之配置 量( , , t w i s Q ) ... 158 -附錄B 產量配置第一階段規劃結果：各代工廠商各製程規格之承包價格等 級(Lw i s, , ) ... 159 -附錄C 產量配置第一階段規劃結果：每月各代工廠商是否承包各製程規格 ( , t w i X ) ... 159 -附錄D、產量配置第二階段規劃結果：每月各代工廠商各製程規格之配置 量( , , t w i s Q ) ... 160 -附錄E、產量配置第二階段規劃結果：各代工廠商各製程規格之承包價格 等級(Lw i s, , ) ... 161 -附錄F 產量配置第二階段規劃結果：每月各代工廠商是否承包各製程規格 ( , t w i X ) ... 161 -附錄G、產量配置第二階段規劃結果：各代工廠商各製程規格之承包單價 (C_{w i,} )... 162 -附錄H、產量配置第二階段規劃結果：每月各代工廠商相鄰製程進行連續 兩階段代工之數量( t_{, ,} w i i SQ _′) ... 162 -附錄I、產量配置第二階段規劃結果：每月各代工廠商相鄰製程進行連續 三階段代工之數量( t_{, , ,} w i i i TQ _{′ ′′}) ... 163 -附錄J、產量配置第二階段規劃結果：每月各代工廠商各連續代工型態之 數量( t_, w m Z )... 163 -附錄K、訂單分配規劃結果：各訂單每日採各代工狀態於各代工廠商各製

程之加工量( , , , t k w i a P ) ... 164 -附錄L、訂單分配規劃結果：各訂單每日採各代工狀態於各代工廠商各製 程之完工量( , , , t k w i a E ) ... 166 -附錄M、訂單分配規劃結果：分配量低於代工廠商 w 內製程規格 i 預定配 置的數量(U_{w i,} )... 168 -附錄N、訂單分配規劃結果：是否允諾承接訂單 a (Y ) ...- 168 -a 附錄O、訂單分配規劃結果：各訂單之訂單分配甘特圖... 169 -附錄P、訂單分配結果：各代工廠商每日承包資訊 ... 177

-圖目錄

圖1 1 半導體後段供應鏈生產環境[25]... 2 -圖1 2 研究步驟及流程 ... 5 -圖2 1 本文研究之製程範圍 ... 8 -圖2 2 半導體供應鏈產業範疇[22]... 9 -圖2- 3 由晶圓製造業者提供之一元化代工服務模式- 執行至最終測試[15] ... 11 -圖2- 4 由晶圓製造業者提供之一元化代工服務模式- 執行至晶圓封裝[15] ... 11 -圖2- 5 由封測業者提供之一元化代工服務模式- 針測由封裝業者執行[15] ... 12 -圖2- 6 由封測業者提供之一元化代工服務模式- 針測由晶圓業者執行[15] ... 13 -圖2- 7 由封測業者提供之一元化代工服務模式- 針測由客戶自行執行[15] ... 13 -圖2 8 範例說明：「全量折扣」下訂購量與總訂購成本之關係 ... 24 -圖2 9 範例說明：「增量折扣」下訂購量與總訂購成本之關係 ... 24 -圖3 1 台灣積體電路公司現行之一元化代工服務模型[15] ... 29 -圖3 2 半導體後段供應鏈之生產環境[25]... 30 -圖3 3 各類型訂單之投入與產出階段 ... 32 -圖3 4 數量折扣中「價格等級」與「總承包量」之間的關係 ... 35 -圖3 5 各式代工方案之投入與產出階段 ... 36 -圖3 6 半導體後段一元化代工服務之生產規劃模式架構 ... 40 -圖3 7 產量配置模組架構 ... 41 -圖3 8 製程規格編號示意圖 ... 44 -圖3 9 範例說明：總承包量所對應之價格等級與承包單價 ... 45 -圖3 10 範例說明：規格幅度內之總配置量與價格等級的對應關係 ... 45 -圖3 11 範例說明：相鄰製程階段可接續加工之製程規格組合 ... 51 -圖3 12 範例說明：採用「連續代工方案」之可能狀態 情境一... 53

-圖3 13 範例說明：採用「連續代工方案」之可能狀態 情境二... 53 -圖3 14 同一代工廠商可進行連續代工之數量 ... 55 -圖3 15 範例說明：同一代工廠商可進行連續代工之數量 ... 55 -圖3 16 訂單分配模組架構 ... 62 -圖3 17 範例說明：訂單之類型及其各階段之製程規格編號 ... 67 -圖3 18 製程階段加工順序及投入量與產出量的關係 ... 68 -圖3 19 各製程階段代工方案狀態之組合 ... 69 -圖3 20 範例說明：各組可行解所需之生產週期時間 ... 71 -圖3 21 完成晶圓針測階段後之移轉限制 ... 76 -圖3 22 完成晶圓封裝階段後之移轉限制 ... 78 -圖4- 1 「第五個月(t=5)」「代工廠商 3(w=3)」可連續三階段代工之數量 ( 5 3, 1, 5, 9 t w i i i TQ== = ′= ′′= )... 99 -圖4 2 「代工廠商 3」之每日承包資訊結果說明... 115 -圖4 3 「訂單 1」之訂單分配甘特圖結果說明... 116 -圖4 4 「訂單 11」之訂單分配甘特圖結果說明 ... 117 -圖4 5 「訂單 13」之訂單分配甘特圖結果說明(1) ... 120 -圖4 6 「訂單 13」之訂單分配甘特圖結果說明(2) ... 121 -圖4 7 「訂單 13」之訂單分配甘特圖結果說明(3) ... 122 -圖4 8 「訂單 13」之訂單分配甘特圖結果說明(4) ... 123 -圖4 9 「訂單 13」之訂單分配甘特圖結果說明(5) ... 125 -圖4 10 「訂單 13」之訂單分配甘特圖結果說明(6) ... 127 -圖4 11 「訂單 13」之訂單分配甘特圖結果說明(7) ... 128 -圖4 12 決策樹：三種不同情境下之決策因子 ... 131

-表目錄

表2 1 半導體一元化代工服務模式彙整表 ... 14 -表2 2 半導體一元化代工服務之相關文獻整理 ... 20 -表2 3 半導體一元化代工服務之相關文獻整理(續) ... 21 -表2 4 範例說明：賣方制定之訂購量區間及其對應單價 ... 23 -表2 5 本文所研究之數量折扣範疇 ... 25 -表2 6 供應鏈體系下具有數量折扣特性且與本文相關之文獻整理 ... 28 -表3- 1 範例說明：各價格等級之最低承包量及其承包單價 ...- 44 - 表3 2 範例說明：相鄰製程階段可接續加工之製程規格組合 ... 52 -表3 3 範例說明：各製程階段之虛擬製程規格編號設定 ... 65 -表3 4 範例說明：訂單之類型及其各階段之製程規格編號 ... 66 -表3 5 範例說明：各代工廠商加工各製程規格所需之生產週期(天) .. 70 -表4- 1 各製程階段之製程規格編號 ...- 80 - 表4- 2 相鄰製程階段可接續加工之製程規格組合( fit_{i i,′})... 81 -表4- 3 每月各製程階段各製程規格之預測需求量( t i d ) ... 81 -表4 4 各訂單之相關資訊 ... 82 -表4- 5 各代工廠商可提供各製程規格之每月產能上限(mqw i, )... 83 -表4- 6 各代工廠商可提供各製程規格之每日產能上限(dqw i, )... 83 -表4- 7 各代工廠商各製程規格各價格等級之承包量下限(lbw i s, , 、ubw i s, , ) ..- 84 -表4- 8 各代工廠商各製程規格各價格等級之承包單價(元)(pcw i s, , ) ... 85 -表4- 9 各代工廠商以單階(連續)代工方案加工各製程規格之生產週期時間 (天)( , k w i ct )... 86 -表4 10 產量配置模組第一階段之 ILOG 模式求解資訊... 87 -表4- 11 產量配置第一階段規劃結果：每月各代工廠商各製程規格之配置 量( t_{, ,} w i s Q )... 88 -表4- 12 產量配置第一階段規劃結果：各代工廠商各製程規格於規劃幅度 內之總配置量... 89 -表4- 13 產量配置第一階段規劃結果：各代工廠商各製程規格之承包價格

等級(L_{w i s, ,} ) ... 89 -表4- 14 產量配置第一階段規劃結果：每月各製程規格之承包代工廠商 (Xw it_, )... 89 -表4 15 產量配置模組第二階段之 ILOG 模式求解資訊... 93 -表4- 16 產量配置第二階段規劃結果：每月各代工廠商各製程規格之配置 量( , , t w i s Q )... 94 -表4- 17 產量配置第二階段規劃結果：各代工廠商各製程規格規劃幅度內 之總配置量... 95 -表4- 18 產量配置第二階段規劃結果：各代工廠商各製程規格之承包價格 等級(L_{w i s, ,} ) ... 95 -表4- 19 產量配置第二階段規劃結果：各代工廠商各製程規格之承包單價 (元)(Cw i_, ) ... 95 -表4- 20 產量配置第二階段規劃結果：每月各製程規格之承包代工廠商 ( t_, w i X )... 96 -表4- 21 產量配置第二階段規劃結果：每月「各代工廠商(w)」可連續兩階 段代工之數量( t_{, ,} w i i SQ ′) ... 96 -表4- 22 產量配置第二階段規劃結果：每月「各代工廠商(w)」可連續三階 段代工之數量( t_{, , ,} w i i i TQ ′ ′′) ... 97 -表4- 23 產量配置第二階段規劃結果：每月各代工廠商各代工型態之數量 ( t_, w m Z )... 97 -表4- 24 產量配置第二階段規劃結果：第一個月各代工廠商各製程規格之 配置量(qw i_, ) ... 104 -表4- 25 各代工廠商各製程規格訂單分配量低於預定配置量之單位懲罰成 本(元) (ucw i_, ) ... 104 -表4 26 訂單分配模組之 ILOG 模式求解資訊... 105 -表4- 27 各訂單每日採各代工型態於各代工廠商各製程規格之加工量 ( , , , t k w i a P ) ... 105 -表4- 28 各訂單每日採各代工型態於各代工廠商各製程規格之之完工量 ( , , , t k w i a E ) ... 110 -表4- 29 各代工廠商各製程規格訂單分配量低於預定配置量之數量(Uw i_, ) -

114

-表4- 30 各訂單是否允諾承接(Ya )... 114 -表4- 31 「無數量折扣情境」下各代工廠商各製程規格之承包單價

(元)(pcw i s_{, ,} )... 133 -表4- 32 ILOG OPL STUDIO 求解資訊：「無數量折扣情境」與原情境之比

較... 133 -表4- 33 「無數量折扣情境」之規劃結果：每月各代工廠商各製程規格之 配置量( , , t w i s Q )... 134 -表4- 34 「無數量折扣情境」之規劃結果：各代工廠商各製程規格規劃幅 度內之總配置量... 135 -表4- 35 「無數量折扣情境」之規劃結果：每月各製程規格之承包代工廠 商( t_, w i X )... 135 -表4- 36 「無數量折扣情境」下之規劃結果於實際配置時應得之價格等級 ... 136 -表4- 37 「無數量折扣情境」下之規劃結果於實際配置時應得之承包單價 (元) ... 136 -表4 38 實際產量配置成本：「無數量折扣情境」與原情境之比較 ... 136 -表4- 39 各代工廠商各製程規格於規劃幅度內之總配置量：「無數量折扣情 境」與原情境之比較... 137 -表4- 40 「未規劃連續代工數量情境」規劃結果：第一個月各代工廠商各 製程規格之配置量(q_{w i,} ) ... 139 -表4- 41 「未規劃連續代工數量情境」規劃結果：各代工廠商各製程規格 之承包單價(元)(c_{w i,} )... 139 -表4- 42 「未規劃連續代工數量情境」下分配量低於預定量之單位懲罰成 本(元) (uc_{w i,} ) ... 140

-表4- 43 ILOG OPL STUDIO 求解資訊：「未規劃連續代工數量情境」與原 情境之比較... 140 -表4- 44 「未規劃連續代工數量情境」規劃結果：每月各代工廠商可連續 兩階段代工數量( t_{, ,} w i i SQ _{′ ′′}) ... 141 -表4- 45 「未規劃連續代工數量情境」規劃結果：每月各代工廠商可連續

三階段代工數量( t_{, , ,} w i i i TQ _{′ ′′}) ... 142 -表4- 46 「未規劃連續代工數量情境」規劃結果：每月各代工廠商各代工 型態之數量( t_, w m Z )... 142 -表4- 47 每月各代工廠商各代工型態之數量：「未規劃連續代工數量情境」 與原情境比較... 142 -表4- 48 ILOG OPL STUDIO 求解資訊：「無接續加工製程資訊情境」與原

情境之比較... 144 -表4- 49 「無接續加工製程資訊模式」之規劃結果：每月各代工廠商各製 程規格配置量( t_{, ,} w i s Q ) ... 145 -表4- 50 「無接續加工製程資訊情境」規劃結果：各代工廠商各製程規格 之承包價格等級(L_{w i s, ,} ) ... 146 -表4- 51 「無接續加工製程資訊情境」規劃結果：各代工廠商各製程規格 之承包單價(元)(C_{w i,} ) ... 146 -表4- 52 「無接續加工製程資訊情境」規劃結果：每月各製程規格之承包 代工廠商( t_, w i X )... 146 -表4- 53 「無接續加工製程資訊情境」規劃結果：每月各代工廠商可連續 兩階段代工數量( t_{, ,} w i i SQ _{′ ′′}) ... 147 -表4- 54 「無接續加工製程資訊情境」規劃結果：每月各代工廠商可連續 三階段代工數量( t_{, , ,} w i i i TQ _{′ ′′}) ... 147 -表4- 55 「無接續加工製程資訊模式」規劃結果：每月各代工廠商各代工 型態之數量( t_, w m Z )... 147 -表4- 56 每月各代工廠商各代工型態之數量( t_, w m Z )：「無接續加工製程資訊 情境」與原情境比較... 148 -表4- 57 「無接續加工製程資訊情境」規劃結果：第一個月各代工廠商各 製程規格之承包量(q_{w i,} ) ... 149 -表4- 58 訂單分配量低於各代工廠商各製程規格預定配置量之單位懲罰成 本(元) (uc_{w i,} ) ... 149

-表4- 59 ILOG OPL STUDIO 求解資訊：「無接續加工製程資訊情境」與原 情境之比較... 150

-符號一覽表

產量配置模組第一階段模式符號表 z 上標： t 規劃週期；t=1, …, T。 z 下標： w 後段代工廠商編號；w=1, …,W。

i 製程規格編號；i=1, …, e, e+1, …, e+f, e+f+1, …, e+f+g； i=1, …, e 為晶圓針測階段之製程規格編號； i=e+1, …, e+f 為晶圓封裝階段之製程規格編號； i= e+f+1, …, e+f+g 為最終測試階段之製程規格編號。 s 價格等級編號，等級編號越大表示外包數量越多；s=1, …, S。 z 輸入參數： B 極大整數值。 t i d 規劃週期 t 下，製程規格 i 之預測需求量。 , , w i s lb _{規劃幅度內，代工廠商 w 對製程規格 i 設定歸屬於「價格等級 s」} 之最低承包量。其中，本模式將「價格等級 1」的承包量下限設 為0，即若配置量為零則對應至「價格等級 1」。 , w i mq _{代工廠商 w 製程規格 i 每月可提供之產量上限(單位)。} n 同一製程規格之承包廠商最低家數。 , , w i s pc _{代工廠商 w 設定製程規格 i 在「價格等級 s」下之承包單價。} r 配置量須佔該製程規格月需求量之最小比例值；1> r >0。 , , w i s ub _{規劃幅度內，代工廠商 w 對製程規格 i 設定歸屬於「價格等級 s」} 之最高承包量。 z 決策變數： , , w i s L _{規劃幅度內，代工廠商 w 製程規格 i 之價格等級是否為「價格等} 級 s」；Lw i s_{, ,} ∈{0,1}，其值為1 代表「是」，為 0 則代表「否」。 , , t w i s Q _{在規劃週期 t，代工廠商 w 製程規格 i「價格等級 s」之配置量。}

, t w i X _{在規劃週期 t，代工廠商 w 是否為製程規格 i 之承包廠商；}

{ }

, 0,1 t w i X ∈ ，其值為1 代表「是」，為 0 則代表「否」。 產量配置模組第二階段模式符號表 z 上標： t 規劃週期；t=1, …, T。 z 下標： w 後段代工廠商編號；w=1, …,W。

i 製程規格編號；i=1, …, e, e+1, …, e+f, e+f+1, …, e+f+g； i=1, …, e 為晶圓針測階段之製程規格編號； i=e+1, …, e+f 為晶圓封裝階段之製程規格編號； i= e+f+1, …, e+f+g 為最終測試階段之製程規格編號。 s 價格等級編號，等級編號越大表示外包數量越多；s=1, …, S。 m 連續代工型態； m∈M ， M ∈{1,2}，其中 m=1 表示「連續兩階 段代工」，m=2 表示「連續三階段代工」。 z 輸入參數： B 極大整數值。 t i d 規劃週期 t 下，製程規格 i 之預測需求量。 , , w i s lb _{規劃幅度內，代工廠商 w 對製程規格 i 設定歸屬於「價格等級 s」} 之最低承包量。其中，本模式將「價格等級 1」的承包量下限設 為0，即若配置量為零則對應至「價格等級 1」。 , w i mq _{代工廠商 w 製程規格 i 每月可提供之產量上限(單位)。} n 同一製程規格之承包廠商最低家數。 , , w i s pc _{代工廠商 w 設定製程規格 i 在「價格等級 s」下之承包單價。} r 配置量須佔該製程規格月需求量之最小比例值；1> r >0。 , , w i s ub _{規劃幅度內，代工廠商 w 對製程規格 i 設定歸屬於「價格等級 s」} 之最高承包量。

,

i i

fit _′ 某一製程階段之「製程規格 i」與其下一製程階段之「製程規格 i′」

是否可接續加工； fit_{i i,′}∈

{ }

0,1 ，其值為1 代表「是」，為 0 則代表 「否」。 obj 第一階段模式所求得規劃幅度內之最小產量配置成本。 tol 晶圓製造業者允許之配置成本上限佔原配置成本之比例；tol ≥ 。1 z 決策變數： , , w i s L _{規劃幅度內，代工廠商 w 製程規格 i 之價格等級是否為「價格等} 級 s」；Lw i s_{, ,} ∈{0,1}，其值為1 代表「是」，為 0 則代表「否」。 , , t w i s Q _{在規劃週期 t，代工廠商 w 製程規格 i「價格等級 s」之配置量。} , t w i X _{在規劃週期 t，代工廠商 w 是否為製程規格 i 之承包廠商；}

{ }

, 0,1 t w i X ∈ ，其值為1 代表「是」，為 0 則代表「否」。 , w i C _{代工廠商 w 製程規格 i 之預定承包單價。} , , t w i i SQ _{′ 在規劃週期 t，代工廠商 w 某一製程階段的「製程規格 i」與其下} 一製程階段的「製程規格i′」可進行「連續兩階段代工」之最大 數量。 , , , t w i i i TQ ′ ′′ 在規劃週期 t，代工廠商 w 晶圓針測階段的「製程規格 i」、晶圓 封裝階段的「製程規格i′」與最終測試階段的「製程規格i′′」可 進行「連續三階段代工」之最大數量。 , t w m Z 在規劃週期 t，代工廠商 w 可進行連續代工型態 m 之數量。 訂單分配模組符號表 z 上標： k 代工狀態；k∈K，K =

{

1, 2,3

}

，其中 k=1 表示「單階代工」，k=2 表示「連續代工的第一製程階段」，k=3 表示「連續代工的後續(第 二或第三)製程階段」。 t 規劃週期；t =0, 1, …, T。

z 下標：

a 訂單編號；a=1, …, A。

i 製程規格編號；i=1, …, e, e+1, …, e+f, e+f+1, …, e+f+g, e+f+g+1, e+f+g+2, e+f+g+3。

i=1, …, e 為晶圓針測階段之製程規格編號； i=e+1, …, e+f 為晶圓封裝階段之製程規格編號； i= e+f+1, …, e+f+g 為最終測試階段之製程規格編號；

i= e+f+g+1, e+f+g+2, e+f+g+3 為各階段之虛擬製程規格編號，依

序屬於晶圓針測階段、晶圓封裝階段與最終測試階段。 w 後段代工廠商編號； w=0, 1, …,W，其中 w=0 為虛擬之代工廠商編號。 ‹ 輸入參數： a as 訂單 a 在晶圓封裝階段之製程規格編號；

{

1,..., , 2

}

a as ∈ +e e+ f e+ + + ，若訂單 a 不須經過晶圓封裝階f g 段，則以虛擬之製程規格編號表示(as_a=e+ + + )。 f g 2 , w i c _{第一個月代工廠商 w 製程規格 i 之承包單價。} a cp 訂單 a 在晶圓針測階段之製程規格編號；

{

1,..., , 1

}

a cp ∈ e e+ + + ，若訂單 a 不須經過晶圓針測階段，則f g 以虛擬之製程規格編號表示(cp_a=e+ + + )。 f g 1 , k w i ct _{一訂單採用代工狀態 k 於代工廠商 w 加工製程規格 i 所需之生產} 週期時間(天)。 a d 訂單 a 之需求量。 , w i dq _{代工廠商 w 製程規格 i 每日可提供之產量上限(單位)。} a due 訂單 a 之交期日。 a ft 訂單 a 在最終測試階段之製程規格編號；

{

1,..., , 3

}

a ft ∈ + +e f e+ +f g e+ + + ，若訂單 a 不須經過最終f g 測試階段，則以虛擬之製程規格編號表示( ft_a=e+ + + )。 f g 3 a lc 未允諾承接訂單 a 所造成之單位損失機會成本。 , w i q _{第一個月代工廠商 w 製程規格 i 之預定配置量。}

a str 訂單 a 完成晶圓製造階段且可開始進行後段製程加工的日期。 , w i uc _{第一個月代工廠商 w 製程規格 i 之訂單分配量低於預定配置量時} 的單位懲罰成本。 z 決策變數： , , , t k w i a E _{在規劃週期 t，以代工狀態 k 於代工廠商 w 製程規格 i 完成訂單 a} 之完工量。 , , , t k w i a P _{在規劃週期 t，以代工狀態 k 於代工廠商 w 製程規格 i 加工訂單 a} 之分配量。 , w i U _{在規劃幅度內，代工廠商 w 製程規格 i 之訂單分配量低於預定配} 置量的數量。 a Y 是否允諾承接訂單 a；Ya ∈

{ }

0,1 ，其值為1 代表「是」，為 0 則代 表「否」。

第一章 緒論

1.1 研究背景與動機

隨著半導體產業競爭越趨激烈，使其產品之生命週期大幅縮短且獲利 空間日漸壓縮。為滿足顧客對於快速回應與縮短產品生產週期等需求，晶 圓製造業者提出一有效整合半導體供應鏈之生產服務模式- 半導體後段一 元化代工服務(Semiconductor Backend Turnkey Service; SBTS)。該模式由晶

圓製造業者主導整個半導體後段製程之生產，在 IC 設計業者對晶圓製造 業者下單後，晶圓製造業者即可提供從晶圓製造、晶圓針測、晶圓封裝到 最終測試的全套代工服務。對 IC 設計業者而言，此服務模式不但可減少 許多繁瑣的下單、監督與跟催等工作，亦能有效縮短產品之生產週期時 間，且品質責任歸屬明確；對晶圓製造業者而言，此服務模式可增加客戶 下單的誘因，藉此爭取更多的訂單來維持甚至追求更高的獲利空間，同時 強化其核心競爭力並提升顧客滿意度。 在晶圓製造業者主導一元化代工服務的情況下，若晶圓製造業者無法 充分掌握後段代工廠商1可允諾之產能，即無法確保其後段產能足以提供一 元化代工服務之訂單需求。相對地，對於後段代工廠商而言，若無法瞭解 晶圓製造業者的訂單需求，即不能預先準備機台等相關資源，亦無法提供 進一步的加值服務。因此，晶圓製造業者須在考量一元化代工服務之執行 成本下，依其訂單需求選擇適當的後段代工廠商預先配置產量，以確保其 與後段代工廠商能相輔相成，提供客戶穩定優質的一元化代工服務。再 者，當晶圓製造業者欲將訂單分配至後段代工廠商進行後續製程時，不但 須滿足訂單之各項需求與交期限制，亦須考量後段代工廠商之配置產量及 生產限制，妥善地將訂單分配至適當的後段代工廠商進行加工，使晶圓製 造業者以最小成本完成訂單之後段製程。 針對上述晶圓製造業者執行一元化代工服務時所面臨之產量配置與訂 1 _{後段代工廠商：半導體後段製程(包括晶圓針測、晶圓封裝及最終測試)之代工廠商。}

單分配問題，朱氏[10]提出一「半導體後段一元化代工服務之生產規劃模 式」。該模式以晶圓製造業者的立場，考量多種類型之訂單服務及後段代 工廠商之生產特性，先針對未來一年內每月各類產品之需求量，決定各後 段代工廠商每月最適之配置產品及數量，再針對一個月內每日訂單的來 到，妥善地將各訂單分配至適當的代工廠商進行後段製程，使晶圓製造業 者能以最低的外包成本實行一元化代工服務。 然而，朱氏[10]所提出之模式僅考量單一晶圓製造廠，且假設外包之單 位成本只依後段代工廠商及產品別的不同而有所差異，與外包數量無關， 意即不論晶圓製造業者將相同製程規格或產品別配置於一代工廠商之數 量多寡，皆不影響其外包之單位成本；再者，該模式決定各後段代工廠商 每月最適之配置產品及數量時，並未將訂單於同一代工廠商連續加工多階 製程可縮短其生產週期時間2之特性納入考量。反觀現實環境中，一家晶圓 製造業者旗下通常擁有多座晶圓製造廠，如圖1- 1 所示；再者，在晶圓製 造業者主導之一元代工服務模式下，晶圓製造業者會將各家客戶之訂單整 合成一大量訂單，藉此利用後段代工廠商所提供之「數量折扣3」來降低其 外包成本，進而維持或提昇其整體獲利；此外，為縮短訂單之生產週期時 間以避免因訂單交期緊迫而導致外包成本提升，在決定後段代工廠商每月 最適配置產品及數量時，即須考量訂單可縮短其生產週期時間之彈性。 圖1- 1 半導體後段供應鏈生產環境[25] 2_{生產週期時間：一訂單從投入代工廠商到產出並運送至下一代工廠商所需之時間。} 3 _{數量折扣：在一定期限內允諾或交付某廠商生產一定數量以上之相同性質產品時，承} 包廠商會根據該產品之數量提供適度的價格優惠。

承上所述，在晶圓製造業者提供一元化代工服務的情況下，晶圓製造 業者配置於某一代工廠商之產品及數量與該代工廠商所提供之「數量折 扣」息息相關，故晶圓製造業者須決定如何在滿足訂單之預測需求及考量 訂單可縮短之生產週期時間下，充分利用數量折扣來配置各後段代工廠商 每月之產品及數量，以降低執行一元化代工服務所需之外包成本。此外， 晶圓製造業者須在考量訂單需求及各後段代工廠商之配置產量的情況 下，將來到訂單以最小成本分配至各後段代工廠商進行後續製程，使其如 期如量地達交。上述兩項決策乃當前晶圓製造業者推行一元化代工服務所 面臨的重要生產規劃議題。 1.2 研究目的 基於上述之研究動機，本文將針對晶圓製造業者執行一元化代工服務 所面臨之產量配置及訂單分配問題進行求解，在考量半導體供應鏈環境及 一元化代工服務的各項特性下，建構一半導體後段一元化代工服務之生產 規劃模式，以達成下列兩項研究目的： (1) 規劃各後段代工廠商未來半年內每月之配置產量：在已知合格後段代工 廠商名單與未來半年內各製程規格每月之預測需求下，同時考量後段代 工廠商之數量折扣資訊及生產限制 (包括可處理之製程階段、製程規格 能力、可允諾產能等)、訂單可縮短之生產週期時間等，使晶圓製造業 者在後段產能足以應付一元化代工服務之預測需求的情況下，規劃各後 段代工廠商各製程規格每月之配置量，期能以最小配置成本執行穩定可 行之一元化代工服務。 (2) 規劃第一個月內一元化代工服務訂單之每日訂單分配：在已知後段代工 廠商之配置量與第一個月內一元化代工服務訂單之相關資訊下，同時考 量各訂單之需求限制、各後段代工廠商之配置產量及生產限制(包括生 產週期時間、可允諾產能等)等，將訂單適時地分配至各後段代工廠商 進行加工，期能使晶圓製造業者以最小成本滿足訂單之各項需求與交期 限制。

1.3 研究範圍與限制 本文在多晶圓製造廠、多後段代工廠商、多製程階段、多種產品、多 類型訂單服務之半導體後段(包括晶圓針測、晶圓封裝、最終測試)供應鏈 環境下，以一元化代工服務提供者─晶圓製造業者的立場，考量後段代工 廠商之數量折扣、生產限制等特性，規劃各後段代工廠商未來半年內每月 之配置產量，以及第一個月內一元化代工服務訂單之每日訂單分配。因 此，本文之研究範圍包含半導體後段製程外包之產量配置與訂單分配等議 題，屬於供應鏈管理範疇內的中短期生產規劃。 為有效達成本文之規劃目的並降低其複雜度，本文假設如下： (1) 所有承包廠商皆完全配合晶圓製造業者之產量配置及訂單分配規劃。 (2) 相較於半導體後段製程外包之代工成本，外包之運輸相關成本不足以 影響本文之規劃結果，故在此不考慮運輸相關成本。 (3) 不考慮存貨與製程良率問題，投入量即為產出量。 (4) 不考慮通貨膨脹問題，且產品之外包價格不隨時間更動。

1.4 研究步驟與方法 本文首先探討此研究之相關背景與研究動機，然後陳述研究目的，接 著藉由文獻探討針對本文所研究之問題及環境做更詳細地定義與分析。之 後，本文會建構產量配置模組及訂單分配模組，在考量後段代工廠商之數 量折扣及訂單可縮短之生產週期時間下，解決晶圓製造業者執行一元化代 工服務時所面臨之生產規劃問題，並以一案例分析之。最後，本文將提出 結論與未來可行之研究方向。 圖1- 2 研究步驟及流程

第二章 文獻探討

2.1 半導體製程簡介 半導體製程大致可分為五個階段：IC 設計、晶圓製造、晶圓針測、晶 圓封裝及最終測試，茲將分別簡述如下： z IC 設計(IC Design) 由IC 設計業者或半導體廠設計團隊經市場調查等方式決定產品所需 之功能，再透過研發人員將這些功能建構在其所設計的IC 產品之中[19]。 z 晶圓製造(Wafer Manufacturing) 依設計完成之 IC 電路圖製作光罩，再將光罩上的電路圖一層層地建 構在晶圓上的晶粒中。基本步驟是先將晶圓經過適當的清洗，然後進行氧 化和沈積使晶圓上形成薄膜，接著在晶圓上塗佈光阻並將光罩上的電路圖 曝光顯影到光阻上，再利用蝕刻技術保留所需電路，將未受光阻保護的薄 膜去除，之後對特定區域進行離子植入以獲得精確的電子特性，最後把光 阻去除即可在晶圓上完成一層電路圖，將上述步驟重複15 至 30 次不等， 始可在晶圓上完成一格格擁有完整立體電路的晶粒[17]。由此可知，晶圓 製造之製程相當繁複(約 400~600 道製程作業)且需要花費很長的一段時間 (約 45~75 天)，故晶圓製造為半導體供應鏈之瓶頸製程[25]。

z 晶圓針測(Wafer Sort, Circuit Probe; C/P)

完成晶圓製造階段後，每片晶圓上皆佈滿一格格的晶粒，但並非每一 格晶粒皆為良品。為避免部分不良品造成往後晶圓封裝及最終測試階段的 產能和成本浪費，即須對晶圓上的每一格晶粒進行測試以找出不良品。晶 圓針測主要是利用雷射或極細微的探針來測試每一格晶粒的電氣特性，不 合格的晶粒會被標註記號以便與合格品做區隔。然而，基於成本的考量， 部分不合格品會嘗試利用雷射進行修復[17]。晶圓針測之生產週期時間約 為2~4 天[10]。

z 晶圓封裝(Assembly, Packaging) 將切割好的合格晶粒連接至傳輸電力或訊號的線路，並利用塑膠或陶 瓷將其包覆，以避免晶粒受到機械性刮傷或高溫破壞[15][17]。目前使用的 封裝技術有許多種，包括焊線封裝、覆晶封裝等[17]。晶圓封裝之生產週 期時間約為4~6 天[10]。 z 最終測試(Final Testing; F/T) 先進行電性測試以挑選出晶圓封裝所造成的不良品，並依其電性對每 一個檢測後的產品進行分類，作為往後判斷產品等級的依據。若此測試須 在高溫環境下進行，則須採用預燒流程以產生高溫、高電壓、高電流的嚴 苛環境，使品質未達標準的 IC 提早老化損壞。完成電性測試後，再利用 機械視覺設備對其產品外觀進行檢測，檢測產品上的標記(Mark)是否端正 清晰，以及接腳的對稱性、平整性和共面度等。待上述之電性和外觀檢測 完成後，尚須將產品烘乾以免因水氣而受損，最後再進行產品包裝的動作 [17]。最終測試之生產週期時間約為 4~6 天[10]。

本文所研究之製程範圍在於晶圓製造階段之後的半導體後段製程(包 括晶圓針測、晶圓封裝及最終測試階段)，即從晶圓產出(Wafer Out)到最終 成品交貨(Delivery)，如圖 2-1 所示。 圖2- 1 本文研究之製程範圍 晶圓製造 (Wafer Manufacturing) 晶圓針測 (Circuit Probe) 晶圓封裝 (Assembly) 最終測試 (Final Testing) 晶圓產出 (Wafer Out) IC 設計 (IC design) 下訂單 (Order) 交貨 (Delivery)

2.2 導體產業範疇與趨勢 由於半導體製程極為繁複，故其供應鏈體系所延伸之成員亦十分廣 泛，從上游至下游的成員略可分為兩大類[17]：與製程直接相關的核心成 員(包括IC設計、晶圓製造、晶圓針測、晶圓封裝、最終測試等)，以及提 供副原料和其餘相關服務的輔助成員(包括設備儀器、間接原物料、化學 品、導線架、基板等)，如圖2- 2所示。 圖2- 2 半導體供應鏈產業範疇[22] 雖然近年來半導體市場需求仍持續擴大，但隨著市場結構的快速變動 和全球化的競爭趨勢，使得業者鮮少能以一己之力在市場上競爭，紛紛透 過合資、策略聯盟或兼併的方式與上下游或同業進行橫向與縱向的整合， 以分散風險並爭取更多效益，故半導體供應鏈的整合已是無法阻擋的趨勢 [9][11][15]。

其中，由於晶圓廠(Wafer Fabrication; FAB)的資本及技術門檻較高，使 得本身無晶圓廠之IC 設計業者(IC design house/FABLESS)不易跨足整併 或經營，因此IC 設計業者多選擇專注於其晶片系統研發和行銷上的核心 競爭力，而將繁雜的製程技術問題外包給可靠且具備先進製程技術的晶圓 製造業者。承上所述，當IC 設計業者只負責設計與行銷時，製造方面即

全權交由代工業者代為控管，故晶圓製造業者不僅須負責本身的晶圓製 造，尚須負責協調與其後續製程相關之代工廠商，包括晶圓針測、封裝、 最 終 測 試 到 出 貨 ， 遂 成 為 半 導 體 製 造 供 應 鏈 上 控 制 中 樞 的 角 色 [4][9][11][15]。 2.3 半導體產業之一元化代工服務 吳氏[15]指出，半導體產業所稱之「一元化代工服務(TurnKey Service)」 有許多種定義。廣義而言，由於半導體市場競爭越趨激烈，各家代工業者 為爭取IC 設計業者的訂單，紛紛以策略聯盟的方式提供客戶整套製造系 統的服務，包含晶圓代工、測試、封裝等服務項目，讓IC 設計業者在生 產過程中只須進行監控或驗收的動作，此一服務型態即統稱為「一元化代 工服務(Turnkey Service)」。 2.3.1 一元化代工服務模式 承上所述，一元化代工服務模式可依其服務範圍及提供者的不同而分 為多種模式。本文在此節錄吳氏[15]所整理之各種一元化代工服務模式， 以藉此定位本文所探討之一元化代工服務模式。吳氏[15]將一元化代工服 務的提供者分為兩大類；由晶圓製造業者提供之一元化代工服務模式，以 及由封測業者提供之一元化代工服務模式，茲將分別簡述如下。 (1) 由晶圓製造業者提供之一元化的代工服務模式 由晶圓製造業者採用策略聯盟或整併的方式全權負責晶圓製造及其後 續之製程階段，待最終測試完成後再出貨至客戶手中。此一模式又可分為 下列二種服務型態[15]： z 執行至最終測試(Final Test) 當IC 設計業者下單給晶圓製造業者後，晶圓製造業者不但須負責本身

的晶圓製造製程，亦須負責安排後續的晶圓針測、封裝到最終測試等製 程，包括產能安排、訂單分配、產品良率及製程追蹤等，待最終測試階段 完成後，始依晶粒(Die)完成品的數量交貨給IC 設計業者，因此晶圓製造 業者須對最終出貨至IC 設計業者之產品負責。 在此型態下，IC 設計業者唯一的聯絡窗口即為晶圓製造業者，而晶圓 製造業者即為後段製程代工廠商的客戶，後段製程代工廠商不會與IC 設 計業者有資訊流的傳遞，其聯絡窗口亦為晶圓製造業者[15]，如圖2- 3所示。 圖2- 3 由晶圓製造業者提供之一元化代工服務模式- 執行至最終測試[15] z 執行至晶圓封裝(Assembly) 由於IC 設計業者須對其客戶負責其產品的良率與品質，部分IC 設計 業者因而希望在最後一道關卡(最終測試)上親自執行與監督，因此僅委託 晶圓製造業者執行至晶圓封裝完畢[15]，如圖2- 4所示。 圖2- 4 由晶圓製造業者提供之一元化代工服務模式- 執行至晶圓封裝[15]

(2) 由封測業者所提供之一元化代工服務模式 由封裝業者或測試業者採用策略聯盟或整併的方式全權負責晶圓製造 完成後之後續製程階段，待最終測試完成後再出貨至客戶手中。此一模式 又可分為下列二種服務型態[15]： z 晶圓針測(Circuit Probe)由封測業者執行： 此服務型態為封測業者所執行之一元化代工服務中最常見的一種；IC 設計業者待晶圓製造業者加工完成後，始將其後續所需製程包括晶圓針 測、封裝與最終測試皆交由後段封測業者負責執行，待最終產品完成後再 出貨至IC 設計業者[15]，如圖2- 5所示。 圖2- 5 由封測業者提供之一元化代工服務模式- 針測由封裝業者執行[15] z 晶圓針測(Circuit Probe)由晶圓製造業者執行： 若晶圓製造廠可提供IC 設計業者所需之晶圓針測服務，則IC 設計業 者即可將晶圓針測委由晶圓製造業者負責執行，待晶圓針測完成後再交由 封測業者負責後續之製程階段[15]，如圖2- 6所示。

圖2- 6 由封測業者提供之一元化代工服務模式- 針測由晶圓業者執行[15] z IC 設計業者自行尋找晶圓針測業者 若IC 設計業者所設計之產品須用到特殊技術的針測機台，則IC 設計 業者即會自行尋找合適的晶圓針測業者，待晶圓針測製程完工後再交由封 測業者進行後續製程[15]，如圖2- 7所示。 圖2- 7 由封測業者提供之一元化代工服務模式- 針測由客戶自行執行[15]

本文將上述之一元化代工服務模式整理如表2- 1所示。本文所探討之一 元化代工服務模式係由晶圓製造業者所主導，不但可提供IC 設計業者從 晶圓製造、晶圓針測、晶圓封裝到最終測試之全套代工服務，亦可依IC 設 計業者之需求選擇所需之後段製程，故所包含之服務模式如表2- 1粗體字 所示。 表2- 1 半導體一元化代工服務模式彙整表 負責製程階段(打勾者) 晶圓針測 晶圓封裝 最終測試 服務模式

9

9

9

執行至最終測試 晶圓製造 業者

9

9

IC 設計 _業者 執行至晶圓封裝

9

9

9

_{由封裝測試業者執行} 晶圓針測 晶圓製造 業者

9

9

晶圓針測 由晶圓製造業者執行 服務提供者 封裝測試 業者 IC 設計 業者

9

9

晶圓針測 由IC 設計業者執行 2.3.2 半導體一元化代工服務之相關文獻 吳氏[15]與邱氏[11]等學者指出，對 IC 設計業者而言，一元化代工服 務可省去許多下單、跟催與監督的繁雜工作，讓 IC 設計業者不須耗費過 多時間及成本在不具附加價值的事務上，可更加專注地發展其核心競爭 力，同時該服務可縮短其新產品所需之生產週期時間，有助於即早搶奪市 場佔有率；對代工業者而言，此服務模式不但能增加客戶下單的誘因，甚 至可創造更多的附加價值，故在當前競爭競烈的環境下此一優勢更顯重 要，目前已有許多代工業者提供其客戶此項服務，包括台灣積體電路公司 (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company; TSMC)、聯華電子公司 (United Microelectronics Corporation; UMC) 及 特 許 半 導 體 (Chartered

Semiconductor Manufacturing; CSM)等[6][18][23]。 然而，一元化代工服務雖能為IC 設計業者提供較佳的服務，卻也將 IC 設計業者原本繁重的作業移轉至提供此項服務的代工業者身上，使得代工 業者遭遇生產管理方面的諸多難題。因此，眾多學者分別站在不同代工業 者的立場，針對執行一元化代工服務時所面臨的生管問題進行研究，以尋 求或提出一有效的解決方案。 吳氏[15]提出，雖然晶圓製造業者所提供之一元化代工服務可減輕 IC 設計業者的負擔，但當時國內此一服務佔晶圓製造業者實際接單的比例仍 不算高。因此，該研究利用訪談、問卷調查及限制理論等工具，探究IC 設 計業者與晶圓製造業者在一元化代工服務上的合作問題，同時分析此項服 務模式較適合在哪些條件或環境下執行。經該研究分析指出，一元化代工 服務並非在任何情境下皆可適用，且該研究進一步建議適用一元化代工服 務之條件為： (1) 非新研發之產品：因新研發之產品在設計或後段製程技術上還未趨成 熟，易造成製程良率的下降或不穩定。 (2) 穩定之產品：產品已趨成熟，製程相當穩定且良率可達一定水準。 (3) 少樣多量之產品：製程較具一致性，在生產規劃或作業上較好安排。 (4) 需求變動較少之產品：若需求變動頻繁，將造成訂單交期須時常更動， 導致生產規劃不易且服務品質降低。 (5) 相互信任之客戶：IC 設計業者干涉過多將會造成執行上的困難，導致 事倍功半。

(6) 良好之價格分享模式(Profit sharing model)：若能訂定出一套完善的「成 本利潤分攤/分享模式」，讓晶圓製造業者與 IC 設計業者皆能藉此互 利共生，使得彼此合作更為順利。

邱氏[11]認為，在晶圓製造業者提供IC 設計業者一元化代工服務的情 況下，即須竭盡所能地滿足IC 設計業者各項嚴苛的要求，其中又以準時 達交最為重要。因此，該研究利用「限制理論(Theory of Constraints; TOC)」

與「關鍵鏈專案管理(Critical Chain Project Management; CCPM)」的觀念來 建構半導體供應鏈的模型與架構，提供晶圓製造業者一個監控機制來保護 其訂單之交期表現。其中，「關鍵鏈專案管理」包含兩項基本觀念：「專 案緩衝」與「緩衝管理」；前者可用來估計訂單之交期，而後者可當成訂 單監控的機制，以確保其訂單能夠準時達交。該研究以新竹科學園區一家 知名半導體廠商為研究個案，利用eM-Plant 來設計模擬實驗，最後提出三 點結論： (1) 在研究個案中，利用「專案緩衝」計算交期的正確性雖未達預期成效， 但若配合「關鍵比例(Critical Ratio; CR)」進行判斷，則效果十分良好。 (2) 在使用「先進先出法(First In First Out; FIFO)」所得之平均加工時間做

為交期基準下，將使用「專案緩衝」加「關鍵比例」相互配合之方法與 僅使用「關鍵比例」之方法相比，前者之達交率與產出績效較佳。 (3) 驗證Dr. Goldratt 將「專案緩衝」切成三等分是合理且可行的。 吳氏[16]與李氏[13]提出，在晶圓製造業者所主導之一元化代工服務 下，晶圓製造業者須面對眾多承包廠商與上千種產品，故如何即時檢測出 製程中可能導致訂單交期延誤的突發狀況，並在最短的時間內進行妥善地 處理，將嚴重關係著晶圓製造業者提供此一服務的競爭優勢。然而，以往 晶圓製造業者監控後段代工廠商的製程進度，多是根據代工廠商定期的在 製品資訊與經驗法則來進行評估，並無一套明確的管理機制予以控管，故 仍常有訂單延遲達交的情況產生。 針對上述問題，吳氏[16]建立一套「產出預警機制」，包括產出預估模 組、產能負荷評估模組、延遲預警判斷原則及延遲資訊回饋系統。該預警 機制可幫助晶圓製造業者即時做出正確的決策，以避免訂單交期延誤。李 氏[13]則建構一套「半導體供應鏈體系之例外事件管理雛形系統」，其主要 概念在於整合半導體後段製程委外產品之生產資訊，包括生產週期時間、 料況、委外廠每日實際產出等，並藉由例外管理系統與後端資料分析機制 管控針測廠、封裝廠及最終測試廠之生產實況與供應鏈間之例外事件。以 上研究經由各自驗證結果指出，其所提出之機制或系統可即時掌控各訂單

狀態並適時發出警報，讓晶圓製造業者能適時介入進行危機處理，以確保 一元化代工服務之整體績效。 Hsu et al.[6]指出在低利潤的市場環境下，半導體後段業者將難以獨立生 存，故企業多藉由內部整合或利用協同式規劃形成策略聯盟(Strategic alliances)，以取得更多的競爭優勢。該研究從封測業者執行一元化代工服 務 的 立 場 ， 提 出 一 「 融 合 作 業 基 礎 成 本 之 協 同 式 生 產 規 劃 系 統 (Activity-Based Costing Collaborative Production Planning System; ABC/CPPS)」，幫助生產規劃者在協同式生產的環境下，評估半導體後段 一元化代工服務在訂單投入產線初期之生產利潤(Profit)，並利用「述詞/ 擬轉網路(Predicate/Transition net; Pr/Tr net)」來模擬及執行作業基礎成本模 式，以考量生產線的動態特性(Dynamic characteristics)。該研究利用財務衡 量的方式-「利潤」來評估規劃結果，以檢視封測業者之投料策略與派工法 則的適當性，並與企業的財務觀點相互結合。

Guo et al.[5]認為在一元化代工服務模式下，及時達交(On-time delivery) 是追求顧客滿意度的基本且重要條件，而是否能準時交貨端視後段代工業 者之績效而訂。然而，不可避免的生產變異將使得後段代工業者難以維持 或改善其績效與目標，其中績效包括生產週期時間(Cycle time)、有效產出 率(Throughput rate)及交期準確性(Due-day accuracy)。因此，該研究站在封 測代工業者的立場，提出一「例外管理模式(Exception management model)」 為上述多項互相衝突的目標找出一折衷之解決方案。該研究主要可分為三 大部分：

(1) 提出一整合之績效指標，以解決多項績效衡量的問題。

(2) 設計一「可允許之在製品變異水準(Available WIP Deviation Level; AWDL)」之設定模式，以取得適當的「可允許之在製品變異水準」來 啟動例外管理措施。

(3) 提出一修正措施，使異常的在製品水準回復正常。

結果顯示該模式有助於後段代工業者設定適當的例外狀況啟動條件，並同 時降低不確定性因素的發生，以達成更好的交期績效。

Chung et al.[3]指出在半導體生產之一元化代工服務(Semiconductor production turnkey service; SPTS) 下 ， 同 時 整 合 生 產 與 運 輸 規 劃 (Collaborative production-distribution planning)是極為重要的實務問題。此 外，為降低供應鏈之生產成本與生產週期時間，該研究認為應由晶圓製造 業者負責執行一元化代工服務之生產與運輸規劃。因此，該研究以晶圓製 造業者的立場，提出一整合生產與運輸規劃之整數規劃模式。模式中同時 考量多樣產品、多階段製程，以及多家具有不同製程規格能力之外包廠， 以最小化總成本為目標，求解最佳之生產與運輸規劃。然而，當問題變得 與現實環境一樣複雜時，該模式即無法在有效的時間內進行求解。為解決 此一問題，該研究將其問題情境轉換成網路模式中的旅行者購買問題 (Traveling Purchaser Problem; TPP) ， 並 修 改 一 現 存 之 啟 發 式 演 算 法 (Generalized-Saving Algorithm; GSA)來進行求解，期能在有限的時間內解 決複雜的實務問題。經數值實驗證明，該研究所提供之啟發式演算法可顯 著地提升其解題的效率，並求得良好的解。 朱氏[10]提出，在晶圓製造業者所提供之一元化代工服務體系下，對於 提供訂單給後段代工廠商的晶圓製造業者而言，若沒有固定的後段協同夥 伴，將因無法預定後段製程產能而增加逾期交貨的風險；相對地，對於承 包訂單的後段代工廠商(針測廠、封裝廠與最終測試廠)來說，在無法取得 晶圓製造業者長期下單的允諾下，僅能就短期之訂單進行篩選，不但使得 後段代工廠商須面臨頻繁的接單作業，也會因為無法掌握客戶的動態而無 法提供進一步的服務。因此，為提供IC 設計業者優質的一元化代工服務， 晶圓製造業者與後段代工廠商都應存在著實質的合作關係。 然而，受限於簽約後所引發之監督與跟催等固定成本，晶圓製造業者

無法與全部後段代工廠商進行策略聯盟，因此晶圓製造業者即須慎選其協 同生產之夥伴，找出最具競爭力的協同廠組合，並妥善地規劃後段代工廠 商之中期、短期生產規劃，以提供穩定可行之一元化代工服務，朝向持續 獲利的目標邁進。承上所述，該研究提出一「半導體後段一元化代工服務 之生產規劃模式」，其中包括下列三項模組功能，茲將分別簡述如下： (1) 產量配置模組：用來因應中期之產能規劃問題。其考量半導體後段供 應鏈之多階多廠環境、各代工廠商之生產特性、每月各產品之需求波 動等，以最小成本為目標，利用數學規劃模式求解各代工廠商之預定 代工數量，確保後段代工廠商足以提供適當的產能以應付其預測之訂 單需求。 (2) 訂單分配模組：用來解決短期訂單分派問題。除考量「產量配置模組」 之規劃結果與生產環境外，尚考量訂單之需求與交期限制、各後段代 工廠商所提供之代工方案等，以最小成本為目標，利用數學規劃模式 求解各訂單之配置方式與數量，以滿足一元化代工服務訂單之各項需 求。 (3) 協同廠組合評估模組：利用上述之「產量配置模組」與「訂單分配模 組」為基礎，運用資料包絡分析法(Data Envelopment Analysis; DEA)針 對成本、訂單完成率及因應需求變動之彈性等三項績效指標，評估可 行之協同廠組合，以篩選出最具效率之協同廠組合。

本文將上述諸位學者對於半導體一元化代工服務之相關研究彙整如表 2-2 及表 2-3 所示。

表2- 2 半導體一元化代工服務之相關文獻整理 作者 立場 研究目的 研究貢獻 吳宛婕 [15] IC 設計業者 & 晶圓製造業者 使晶圓製造廠與 IC 設計業者可藉由一 元化代工服務，讓彼此合作更為順利。 建議適用一元化代工服務的條件為： (1) 非新研發之產品 (2) 穩定之產品 (3) 少樣多量之產品 (4) 需求變動較少之產品 (5) 相互信任之客戶 (6) 良好之價格分享模式 邱勝寬 [11] 晶圓製造業者 確保訂單皆能準時達交 (1) 在研究個案中，以「專案緩衝」計算交期的正確性 不足，但配合「關鍵比例」進行判斷效果良好。 (2) 在使用「先進先出法」所得之平均加工時間做為交 期基準的情況下，「專案緩衝」與「關鍵比例」配 合的達交率與產出較單一使用「關鍵比例」高。 (3) 驗證將「專案緩衝」切成三等分是合理且可行的。 吳佩容 [16] 建立一套產出預警機制，包括產出預估模組、產能負 荷評估模組、延遲預警判斷原則及延遲資訊回饋系統。 李玉純 [13] 晶圓製造業者 即時掌控訂單狀態並適時發出警報，讓 例 外 事 件 的 管 理 更 具 準 確 性 與 時 效 性，以避免造成訂單交期延誤。 建構半導體供應鏈體系之例外事件管理雛形系統；整_{合委外產品之生產資訊，並藉由例外管理系統與資料} 分析機制，管控後段代工廠商之生產現況與例外事件。

表2- 3 半導體一元化代工服務之相關文獻整理(續) 作者 立場 研究目的 研究貢獻 Hsu et al. [6] 封裝測試業者 評估半導體後段一元化代工服務在訂 單投入產線初期之生產利潤，以藉此檢 視投料策略與派工法則的適當性。 (1) 提出「融合作業基礎成本之協同式生產規劃系統 (ABC/CPPS)」。 (2) 利用「述詞/擬轉網路(Pr/Tr net)」來模擬及執行 作業基礎成本模式，以考量生產線的動態特性。 Guo et al. [5] 封裝測試業者 使後段代工廠商維持或改善其績效與 目標，包括生產週期時間、有效產出率 及交期準確性。 (1) 提出整合之績效指標。 (2) 設計「可允許之在製品變異水準(AWDL)」之設 定模式，以啟動例外管理措施。 (3) 提出修正措施，使異常在製品水準回復正常。 Chung et al. [3] 晶圓製造業者 以最小總成本執行協同式生產與運輸 規劃(Collaborative production-distribution planning) (1) 提出一協同式生產與運輸規劃之整數規劃模 式，該模式同時考量多樣產品、多階段製程、多 間具有不同製程規格能力之外包廠。 (2) 將其問題轉換成網路模式中的旅行者購買問題 (TPP)，並修改現存之啟發式演算法(GSA)來進行 求解，以在有限的時間內解決複雜的實務問題。 朱昱銘 [10] 晶圓製造業者 找出最具競爭力的協同廠組合，並妥善 規劃後段代工廠商之中短期生產規劃。 提出半導體後段一元化代工服務之生產規劃模式； (1) 產量配置模組：確保後段代工廠商足以提供適當 產能來應付一元化代工服務之預測需求。 (2) 訂單分配模組：滿足訂單之實際需求。 (3) 協同廠組合評估模組：運用「資料包絡分析法 (DEA)」篩選出最具效率之協同廠組合。

2.4 數量折扣 在全球運籌的環境下，企業多會要求其供應商提供更好的服務品質、 供貨彈性與反應速度等，故採購政策的制定多已趨向多元化。然而，產品 價格的優惠或折扣對買方而言仍具有相當大的吸引力，因此價格折扣往往 是影響採購決策的主要誘因。當市場上有多家供應商可供企業選擇時，各 家供應商即會基於成本分攤、銷售額或市場競爭力等經濟利益考量，以大 量促銷的方式給予買方價格折扣或數量折扣(Quantity Discounts)。此一大量 促銷的方式雖可使企業有效地降低其採購成本，但也可能導致其存貨成本 等額外成本的增加[12][20][21][24]。 林氏[14]在其研究中指出，企業利用大量採購以取得數量折扣的優缺 點如下： z 優點： 1. 進貨單價較低廉 2. 節省設置成本(對於擁有自製能力的企業而言) 3. 避免缺貨損失 4. 可享供應商提供的其它優惠 z 缺點： 1. 增加庫存成本 2. 降低存貨週轉率 3. 增加廢舊產品損失 4. 積壓較多的資金 承上所述，企業在利用供應商所提供之數量折扣來取得其優惠時，亦 須審慎地評估其可能造成的額外成本，以決定最適之購買批量讓總採購成 本最小化，使得數量折扣成為買賣雙方雙贏互利的契機，提升供應鏈的整 體利潤。

2.4.1 數量折扣之相關文獻

Benton and Park[2]將眾多與數量折扣相關的文獻進行分類：依買方需 求特性可分為「時段性需求(Time-phased Demand)」與「非時段性需求 (Non-time-phased Demand)」；依賣方折扣方案可分為「全量折扣(All-units Discounts)」與「增量折扣(Incremental Discounts)」；依研究觀點可分為「買 方 觀 點(Buyer’s Perspective) 」 及 「 買 賣 雙 方 觀 點 (Buyer-Supplier’s Perspective)」。以下即針對上述各項分類進行簡單說明： z 買方需求特性(Demand Pattern) 「時段性需求(Time-phased Demand)」表示買方的需求量會隨著時間的 演進而改變；以冰品為例，夏季冰品的需求量會大於冬季的需求量，故冰 品 的 需 求 量 會 隨 著 季 節 的 轉 變 而 有 所 不 同 。 反 之 ， 「 非 時 段 性 需求 (Non-time-phased Demand)」則表示買方的需求量不會隨著時間的演進而改 變，亦或在規劃幅度內其需求量皆固定不變[2]。 z 賣方折扣方案(Discount Scheme) 「全量折扣(All-units Discounts)」表示若訂購量落在供應商所提供的折 扣區間內，則所有訂購單位皆可享有對應之折扣區間所提供的統一折扣單 價。反之，「增量折扣(Incremental Discounts)」則表示僅有增購量可享有 折扣價格，且增購量的折扣價格須視其對應之折扣區間分別計算[2]。 舉例來說：如表2-4所示，假設賣方制定訂購量介於0至50單位的單價 為$5(原價)，介於51至80單位的單價為$4，81單位以上的單價為$2；買方 之訂購量為100單位。 表2- 4 範例說明：賣方制定之訂購量區間及其對應單價 數量區間(單位) 0 ~ 50 51 ~ 80 81以上 單位價格(元) $5 (原價) $4 $2

(1) 採「全量折扣」方案：全部訂購量(共100單位)之單價皆為優惠價$2， 故總訂購成本共為$200(=100*$2)，如圖2-8所示。 圖2- 8 範例說明：「全量折扣」下訂購量與總訂購成本之關係 (2) 採「增量折扣」方案：落在0至50區間內的單位(共50單位)仍以原價$5 計算，僅有落在51至80區間內的單位(共30單位)享有價格優惠$4，以及 落在81至150區間內的單位(共20單位)享有價格優惠$2，故總訂購成本 共為$410(=50*$5+30*$4+20*$2)，如圖2-9所示。 圖2- 9 範例說明：「增量折扣」下訂購量與總訂購成本之關係 50 80 0 訂購量 總訂購成本 單價$5 單價$4 單價$2 $20 100 可行解： 50 80 0 訂購量 總訂購成本 單價$5 單價$4 單價$2 $41 100 可行解：