Wie zurück

Die Halbleiterindustrie ist für seine hochtechnische und äußerst effiziente Fertigung bekannt und bietet scheinbar eine Blaupause für hochmoderne Abläufe. Diese Wahrnehmung könnte jedoch in einem Bereich unzureichend sein. Obwohl sie die Informationen für die digitale Wirtschaft bereitstellen, bleiben Halbleiterunternehmen bei der Automatisierung und digitalen Transformation häufig hinter anderen Branchen zurück, insbesondere bei Back-End-Aktivitäten, bei denen es um das Schneiden von Wafern in einzelne Chips, Testprozesse und Verpackung geht.1 Front-End-Prozesse, bei denen dies nicht der Fall ist Der Schwerpunkt dieses Artikels liegt auf der Bestückung von Siliziumscheiben oder Wafern mit Hunderten oder Tausenden von Chips (integrierten Schaltkreisen).

Dieser Artikel ist eine Gemeinschaftsarbeit von Ondrej Burkacky, Luca Fiandro, Mark Nikolka, Giulietta Poltronieri, Taylor Roundtree und Rainer Ulrich und vertritt Ansichten aus der Halbleiterpraxis von McKinsey.

Die fehlende Automatisierung im Backend-Betrieb kann schwerwiegende Folgen haben, da diese Tätigkeiten oft 20 bis 25 Prozent der Herstellungskosten ausmachen. Die Folgen könnten schwerwiegender werden, wenn Unternehmen auf die nächste Generation fortschrittlicher Verpackungen umsteigen,2Ondrej Burkacky, Taeyoung Kim und Inji Yeom, „Advanced Chip Packaging: Howmakers can Play to Win“, McKinsey, 24. Mai 2023. oder wenn sie Viele Unternehmen denken jetzt darüber nach, die Produktion näher an ihren Heimatort zu verlagern, häufig in Länder mit höheren Kosten.

Durch die Steigerung der Back-End-Automatisierung können integrierte Gerätehersteller (IDM) und ausgelagerte Montage- und Testakteure (OSAT) die Durchsatzkapazität erheblich steigern und gleichzeitig die Notwendigkeit kostspieliger Kapitalerweiterungen auf längere Sicht reduzieren oder ganz eliminieren. Die Automatisierung würde den Unternehmen auch mehr Transparenz und Kontrolle über Lieferketten und Kosteneffizienz verschaffen, was zu entsprechenden Gewinnsteigerungen führen würde.

Derzeit setzen nur 30 Prozent der Halbleiterunternehmen künstliche Intelligenz oder maschinelles Lernen in großem Maßstab ein (Abbildung 1). Zu den Gründen zählen laut Branchenführern mangelnde Kapazitäten, Bedenken hinsichtlich der Datensicherheit, Konnektivität und technische Probleme sowie manchmal unklare Geschäftsfälle.3Harald Bauer, David Ebenstein, Giulietta Poltronieri und Jan Paul Stein: „Steht die industrielle Automatisierung vor einem Umbruch? Punkt?“, McKinsey, 16. Juni 2023.

Selbst Halbleiterunternehmen, die Fortschritte in den Bereichen KI und maschinelles Lernen (ML) gemacht haben, haben noch viele Möglichkeiten, Mehrwert zu schaffen. Unsere Untersuchungen zeigen, dass KI/ML branchenweit zwischen 5 und 8 Milliarden US-Dollar zum Jahresgewinn vor Zinsen und Steuern beiträgt. Obwohl dies eine beeindruckende Summe ist, spiegelt sie nur etwa 10 Prozent des vollen Potenzials von KI/ML wider. Darüber hinaus sind die Bereiche Fertigung und Forschung und Entwicklung die Bereiche, in denen KI möglicherweise am wenigsten zum Einsatz kommt.

Die Aktivitäten, die am wahrscheinlichsten von der KI-bezogenen Wertschöpfung profitieren werden, sind Fertigung und Forschung und Entwicklung – zwei Bereiche, in denen sie möglicherweise am wenigsten eingesetzt werden.

Zuletzt wurden die Herausforderungen der Branche in der Fertigung während der globalen Pandemie hervorgehoben. Angesichts der Vorlaufzeiten von sechs Monaten oder länger führte die Chipknappheit zu Verlangsamungen in Branchen von der Automobilindustrie bis zur Landwirtschaft. Selbst jetzt, da die Auswirkungen der Pandemie nachlassen, besteht weiterhin Chipmangel in mehreren Bereichen, insbesondere bei alltäglichen Anwendungen wie Autos, Haushaltsgeräten, medizinischen Geräten und Elektronik. Unterdessen wird das Produktionswachstum bis mindestens 2026 langsam sein, trotz enormer Mittelzuweisungen, die größtenteils in Front-End-Fähigkeiten fließen. In einer Branche, die bis 2030 voraussichtlich einen Jahresumsatz von 1 Billion US-Dollar erreichen wird,4Ondrej Burkacky, Julia Dragon und Nikolaus Lehmann, „Das Halbleiterjahrzehnt: Eine Billionen-Dollar-Industrie“, McKinsey, 1. April 2022. Es gibt viel Raum für Verbesserungen.

Unsere jüngsten Erfahrungen bei der Zusammenarbeit mit großen IDMs und OSATs zeigen, dass eine konzertierte Back-End-Fertigungstransformation über einen Zeitraum von 12 bis 18 Monaten zu erheblichen Leistungsvorteilen führen kann. Die erfolgreichsten Transformationen verfolgen einen ganzheitlichen Ansatz, der das Gesamtanlageneffektivitätspotenzial (OEE) (einschließlich digitaler Implementierung und Automatisierung), werksinterne Planung, Lieferkettenkoordination, Gesamtleistungskosten und Ausgabequalität (Ausbeute, Ausschuss und Ausfälle) abdeckt. . Effektiv umgesetzte Maßnahmen in diesen Bereichen können zu einer Steigerung des Produktionsdurchsatzes um 20 bis 30 Prozent, einem Rückgang der Produktionsstückkosten um 20 Prozent und einem Rückgang der Kundenbeschwerden um 30 Prozent führen – und das alles bei nahezu Netto-Nullinvestitionen.

Der Schlüssel zur Erzielung von Back-End-Leistungsvorteilen sind Automatisierung und digitale Innovation. In der Praxis würde sich dies auf mehrere Aspekte des Betriebs auswirken. Ein wichtiger erster Schritt wäre jedoch die Einrichtung eines digitalen Kontrollraums – einer „Brücke auf dem Schiff“, die die Analyse von Engpassprozessschritten wie Schleifen, Drahtbonden/Deckelanbringen, Testen oder Einbrennen erleichtern würde. Durch die Schaffung eines ganzheitlichen, digital informierten Überblicks kann die OEE um bis zu 20 Prozent gesteigert werden. In einem Anwendungsfall führte die Optimierung von Testparametern mithilfe von Digital- und Analysefunktionen zu einer Reduzierung der Testzeit um 13 Prozent (Abbildung 2).

Ein roter Faden, der sich durch diese Erfahrungen zieht, ist, dass Daten das Lebenselixier einer erfolgreichen Transformation sind, sie unterstützen die End-to-End-Optimierung und stellen sicher, dass die Wartung – beispielsweise von Handlern und Testern – zeitnah und effektiv erfolgt (Abbildung 3). In einem Pilotprogramm konnte ein Unternehmen die Ausfallzeiten durch die Einführung vorausschauender Wartungsprozesse um 40 Prozent reduzieren. Eine weitere datengesteuerte Lösung ist RTD (Real-Time Dispatching), die mit einer breiteren Koordinierung der Lieferkette verknüpft werden kann. Darüber hinaus können Daten dem Management Informationen über die Gesamtkostenleistung liefern – beispielsweise in Bezug auf Beschaffung und Arbeitskräfte.

Die größten Hürden bei der Operationalisierung von Back-End-Änderungen liegen oft in drei verschiedenen Geschäftsbereichen: Betriebssysteme, Managementsysteme sowie Denkweisen und Verhaltensweisen. Bei erfolgreichen Transformationen werden diese Parameter fast zwangsläufig berücksichtigt, und es werden Lösungen entwickelt, die auf spezifische Schwachstellen im Produktionsprozess abzielen.

Eine häufige Herausforderung besteht darin, dass Unternehmen nicht über die Infrastruktur verfügen, um Ineffizienzen im Produktionsbetrieb zu erkennen oder zu beheben. Somit würde die Transformation idealerweise erweiterte Funktionen in das Betriebssystem einbetten. Zu den Verbesserungen würden visuelle Managementtechniken gehören, einschließlich der Farbcodierung von Losen oder der Platzierung von Losen an bestimmten gekennzeichneten Orten. Sie würden auch Ablaufroutinen für laufende Arbeiten und Standardarbeitsanweisungen (SOP) umfassen, um Umstellungen und die Leistung des Bedieners zu überwachen. Ein oft übersehener Faktor ist das Maschinenlayout, das optimiert werden sollte, um Wartezeiten zu reduzieren und den Materialfluss zu verbessern.

Einige führende Unternehmen greifen zur Produktivitätssteigerung auf eine Reihe von Hebeln der Industrie 4.0 zurück, die nahtlos in bestehende Betriebssysteme integriert werden müssen. Zu den wirksamsten gehören diese:

Eine häufige Herausforderung auf Führungsebene ist eine schwache KPI-Struktur und die manuelle oder halbautomatische Datenerfassung aus nicht verbundenen Systemen. Dies führt zu mangelnder Transparenz und häufig verzögertem Handeln. Darüber hinaus werden übergeordnete Ziele nicht in Betriebs- und Schichtziele umgesetzt, was auf eine Diskrepanz zwischen der Geschäftsleitung und dem Tagesgeschäft zurückzuführen ist. Im Allgemeinen sind sich die Betreiber in der Werkstatt nicht im Klaren darüber, welche Erwartungen sie haben, was zu begrenztem Engagement und niedrigen Kundenbindungsraten führt.

Diskrepanzen können durch klare KPIs und den Einsatz von Dashboards zur Überwachung und Überwachung gemildert werden. Diese sollten auf den täglichen Betrieb in der Werkstatt indiziert sein (z. B. produzierte oder getestete Werkzeuge pro Schicht und Bereich oder Gesamtertrag pro Schicht). Um Prozesse zu überwachen und Engpässe zu beheben, sollten regelmäßige Treffen auf Führungsebene stattfinden. Wenn Ziele verfehlt werden, sollte die Geschäftsleitung die Problemlösung unterstützen, an Gemba-Spaziergängen teilnehmen (ein Lean-Ansatz, bei dem Manager die Werkstatt persönlich besuchen) und daran arbeiten, potenzielle Hindernisse zu beseitigen. Umgekehrt sollten Erfolge bei Erreichen oder Übertreffen von Zielen anerkannt und belohnt und dann angepasst werden, um Verbesserungen zu erfassen.

Effektive organisatorische Veränderungen basieren auf Kultur und Denkweise. Einfache Maßnahmen wie regelmäßige Feedbackgespräche, Präsentation von Erfolgen vor Führungskräften und maßgeschneiderte Lernmodule (z. B. zu Automatisierung, Fertigungsprinzipien und Qualität) können Begeisterung wecken und eine abgestimmte Entscheidungsfindung sicherstellen.

Typischerweise ist eine Änderung des Führungsstils erforderlich. Führungskräfte wenden die „Standardarbeit“ für Führungskräfte an und definieren, was, wann und wie Führungskräfte Maßnahmen ergreifen sollen. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass Sie bei Gemba-Rundgängen und Prozessbestätigungen in der Werkstatt anwesend sind, bei der Lösung von Grundursachenproblemen unterstützen und regelmäßig Feedback und Coaching anbieten. Schichtleiter sollten sich unterdessen dafür einsetzen, die Autonomie auf Fertigungsebene zu stärken und Leistungsdialoge zu leiten. Teambuilding-Initiativen können dazu beitragen, ein Gefühl der Zusammenarbeit und des Lernens zu entwickeln. Gleichzeitig wird ein maßgeschneidertes Programm zum Aufbau von Fähigkeiten rund um Fertigungsqualität und industrielle Automatisierung dazu beitragen, den Wandel zu verankern und aufrechtzuerhalten.

Schließlich sollten sich Unternehmen nicht schämen, ihre Erfolge zu feiern. Es ist sinnvoll, die Transformationsgeschichte zu artikulieren und zu kommunizieren, kulturelle Widerstände direkt anzugehen und zu zeigen, wie persönliche und betriebliche Leistungsverbesserungen Hand in Hand gehen.

Die Transformation von Back-End-Abläufen kann erhebliche Auswirkungen auf den Anlagendurchsatz, die Produktivität und die Leistung haben, die Auswirkungen hängen jedoch von der Wirksamkeit der Änderungsinitiativen ab. Die erfolgreichsten basieren auf drei Säulen: Betriebssystemen, Managementsystemen sowie Denkweisen und Verhaltensweisen. Unsere Erfahrung zeigt, dass eine Kombination aus Analyse- und Automatisierungstools, verbesserter Aufsicht und kulturellem Wandel in nur ein oder zwei Monaten zu Ergebnissen führen kann, während sich Kapazitätsgewinne über ein bis zwei Jahre ergeben. Angesichts dieser Vorteile haben Entscheidungsträger die Möglichkeit, sich wieder auf die Ausführung zu konzentrieren, Engpässe zu beheben und eine robustere und entschlossenere Back-End-Strategie zu entwickeln.

Ondrej Burkackyist Senior Partner im Münchner Büro von McKinsey, woMark Nikolkaist Berater;Luca Fandroist Partner im Mailänder Büro, woGiulietta Poltronieriist assoziierter Partner;Taylor Roundtree ist Associate Partner im Büro in Atlanta; UndRainer Ulrichist Partner im Stuttgarter Büro.

Die Autoren danken Francesco Cicciarella, Ralf Hahn, Bo Huang, Andrea Pedroni und Federica Pozzato für ihre Beiträge zu diesem Artikel.