IC卡最佳封裝良率控制對生產運營模式的影響

張賀豐，紀蓮和，王文赫

（1.北京智芯微電子科技有限公司，國家電網公司重點實驗室電力芯片設計分析實驗室，北京100192；2.北京智芯微電子科技有限公司，北京市電力高可靠性集成電路設計工程技術研究中心，北京100192）

1 引言

智能IC卡是一種卡基多為PVC材質、卡內鑲嵌集成電路芯片（模塊）的卡片，根據應用需求不同可實現身份認證、身份識別、數字簽名、加密解密、信息存儲、支付交易等功能。目前，智能IC卡生產大多為卡片封裝代工模式[1～2]，即客戶提供在卡內鑲嵌的集成電路模塊和卡片封裝規格，并提出制卡要求，卡片制造商利用自己的生產線進行卡片封裝，為客戶提供滿足要求的智能IC卡。

智能IC卡的生產成本[3～5]主要包括集成電路卡模塊、制卡卡基、卡片封裝加工成本。IC卡封裝良率直接反映卡片制造商的工藝水平和質量控制能力，同時直接影響智能IC卡產品成本。

為了控制卡片封裝時的模塊損失，客戶通常會對卡片制造商提出封裝良率要求，即客戶為卡片制造商設定封裝良率目標，卡片制造商通過控制封裝工藝從而實現客戶要求的封裝良率目標。如果智能IC卡制造商封裝卡片的實際良率不能達到目標，則需要賠付客戶模塊損失，即未達目標而多損失的模塊成本。按此約定，無論卡片制造商基準封裝良率多少，或者是否達到客戶的封裝良率目標，對客戶而言，卡片封裝時的模塊損失得到了有效保障，額外的模塊損失由卡片制造商承擔。這將促進卡片制造商加強工藝和質量控制，確?？ㄆ庋b良率處于客戶要求的良率目標之上，從而實現雙贏[6～7]。

2 封裝良率與封裝利潤關系模型的建立

2.1 關系模型的參數定義

客戶制定合理的卡片封裝良率目標，卡片制造商為實現客戶良率目標采取有效的質量控制方法和手段，是促成雙方合作共贏的基礎。一旦良率目標不能達成，一方面會降低客戶的產出預期和質量信心，另一方面卡片制造商需要投入更多資源和成本進行質量改善[8～9]，無疑會給合作雙方帶來不利影響。

如果卡片制造商執行良率提升措施從而達到客戶設定的封裝良率目標，勢必需要投入更多的封裝良率控制成本，同樣會導致卡片制造商的生產利潤下降。本文中，基于這種卡片制造商與客戶之間的卡片封裝代工運營模式，我們深入分析卡片制造商基準封裝良率與封裝利潤之間的關系，進而發現卡片制造商的最佳封裝良率。

為便于分析，我們需要建立卡片制造商封裝良率與封裝利潤之間的關系模型，這里假設卡片封裝中存在的相關參數如表1所示。

單枚模塊成本（a）指客戶與卡片制造商約定的為賠付額外模塊損失時使用的成本；單張卡片封裝良率控制成本（b）指卡片制造商為保持某一卡片產品的封裝良率水平需要為單張卡片付出的成本；單張卡片封裝良率控制系數（μ）是同一卡片產品在不同卡片制造商生產線上生產時封裝能力差異的體現，由卡片制造商的生產管理綜合水平決定，與人員操作熟練程度、機臺使用狀況、原物料質量水平、生產管理方法、產品測試檢測方法等各種因素有關，意味著在投入相同的封裝良率控制成本時得到的基準封裝良率提升幅度不同；卡片制造商基準封裝良率（c）指卡片制造商在封裝某一卡片產品時生產線所能保持的此卡片產品的封裝良率水平；客戶設定的封裝良率目標（d）指客戶與卡片制造商約定的某一卡片產品在生產時需要達到的封裝良率控制線。如未達此封裝良率控制線，卡片制造商需要按照約定的單枚模塊成本向客戶賠付模塊損失；單張卡片封裝投入成本（不包括封裝良率控制成本）（e）指卡片制造商在封裝某一卡片產品時所付出的人工成本、機臺損耗成本、原物料成本等可以保證正常生產的各種成本；單張卡片供貨價格（f）指卡片制造商為客戶供貨封裝的卡片產品時客戶需要為卡片制造商付出的單張卡片價格；單張卡片封裝利潤（g）指卡片制造商為客戶封裝卡片產品時扣除各種成本后所能得到的單張卡片封裝利潤；客戶投入模塊數量（h）指封裝某一卡片產品訂單時客戶為卡片制造商提供的模塊數量。

表1 關系模型中的相關參數定義

2.2 關系模型的建立

根據生產制造行業的經驗規律，單張卡片封裝良率控制成本（b）與卡片制造商基準封裝良率（c）存在如下關系：

在卡片制造商與客戶之間的卡片封裝代工關系中，如果卡片制造商的基準封裝良率達到客戶設定的封裝良率目標（c≥d）時，卡片制造商無需賠付客戶額外的集成電路模塊損失就可直接供貨。如果卡片制造商的基準封裝良率未達客戶設定的封裝良率目標（c＜d）時，卡片制造商需要賠付客戶額外的集成電路模塊損失才可供貨?；谶@種關系，可以得到單張卡片封裝利潤的關系模型如下：

當c≥d時，

當c≥d時，

這里，假設卡片制造商基準封裝良率與客戶封裝良率目標的差距Δ=c-d，同時代入關系式（1），可以得到關系式（2）和（3）的變形如下：

當 c＜d時，

當 c＜d時，

3 單一卡片制造商時IC卡最佳封裝良率控制對生產運營模式的影響

在前文建立的封裝良率與封裝利潤關系模型中，單張卡片封裝良率控制系數（μ）體現了多個卡片制造商在封裝某一卡片產品時表現出來的封裝能力差異，因此不同的卡片制造商有不同的單張卡片封裝良率控制系數。這里為了分析單一卡片制造商時IC卡最佳封裝良率控制對生產運營模式的影響，假設單張卡片封裝良率控制系數對某一卡片產品而言是固定值。

3.1 卡片制造商基準封裝良率（c）vs單張卡片封裝良率控制成本（b）

基于式（1），卡片制造商基準封裝良率與單張卡片封裝良率控制成本的關系曲線如圖1所示。從圖中可以看出，在低良率區域卡片制造商單張卡片封裝良率控制成本較低。隨著卡片制造商基準封裝良率的提升，單張卡片封裝良率控制成本也會增加。當卡片制造商基準封裝良率接近100%時，單張卡片封裝良率控制成本急劇增加，甚至會超過單張卡片供貨價格，故一般卡片制造商不會無限制地提升卡片基準封裝良率，而是穩定在合理的封裝良率水平上。

圖1 卡片制造商基準封裝良率（c）vs單張卡片封裝良率控制成本（b）

3.2 客戶設定封裝良率目標時封裝良率差距（Δ）vs單張卡片封裝利潤（g）

這里假設客戶設定的封裝良率目標d=98%，而單枚模塊成本（a）、單張卡片封裝投入成本（e）和單張卡片供貨價格（f）在卡片制造商的某一產品中屬于固定值。根據關系式（4）和（5），封裝良率差距（Δ）與單張卡片封裝利潤（g）之間的關系曲線如圖2所示。

圖2 封裝良率差距（Δ）vs單張卡片封裝利潤（g）

從圖2中可以看出，當c≥d（或者Δ≥0.00%）時，意味著卡片制造商基準封裝良率不小于客戶設定的封裝良率目標，此時單張卡片封裝利潤（g）與封裝良率差距（Δ）幾乎成反比關系，即封裝良率差距（Δ）越大，單張卡片封裝利潤（g）越小。這時，卡片制造商如果想實現單張卡片封裝利潤最大化，那么封裝良率差距（Δ）應該是0，即d=c，卡片制造商的最佳封裝良率應該無限接近或等于客戶設定的封裝良率目標。

當c＜d（或者Δ＜0.00%）時，表示卡片制造商基準封裝良率小于客戶設定的封裝良率目標，此時單張卡片封裝利潤（g）與封裝良率差距（Δ）呈現拋物線關系（見圖2），即卡片制造商付出良率改善的成本，努力達到客戶設定的封裝良率目標，并不能使單張卡片封裝利潤最大化，反而降低了單張卡片封裝利潤。正如圖2中標注所示，當Δ=Δm時，單張卡片封裝利潤將呈現最大化，這時卡片制造商基準封裝良率小于并接近客戶設定的封裝良率目標，c與d之間需要保持一定的差距，這個差距就是|Δm|，這樣才能使卡片制造商的單張卡片封裝利潤最大化。

3.3 客戶設定不同的封裝良率目標時封裝良率差距（Δ）vs單張卡片封裝利潤（g）

通常來說，隨著行業內每年產品生產制程能力的提高，客戶會相應地提升封裝良率目標，這不僅可以降低產品成本，而且可以有效督促卡片制造商積極改善基準封裝良率。這里假設客戶設定封裝良率目標從d=93%變化到d=99%，基于關系式（4）和（5），分析良率差距與單張卡片封裝利潤的關系（見圖3和表2）。

當客戶設定不同的封裝良率目標時，從圖3和表2中可以發現存在以下關系：

圖3和式（6）表明，隨著客戶設定封裝良率目標從d=99%減小到d=93%，卡片制造商的單張卡片封裝利潤最大值從g1增加到g6，且增加幅度越來越小。當客戶設定封裝良率目標足夠低時，卡片制造商的單張卡片封裝利潤最大值會增加到最大且幾乎保持不變。

圖3 客戶設定不同的封裝良率目標時封裝良率差距（Δ）vs封裝利潤（g）

表2 客戶設定不同的封裝良率目標時單張卡片封裝利潤最大值

圖3和式（7）表明，隨著客戶設定封裝良率目標從d=99%減小到d=93%，如果卡片制造商要保持單張卡片封裝利潤最大化，則需要卡片制造商基準封裝良率與客戶設定封裝良率目標的差距絕對值越來越小，且減少幅度越來越小。當客戶設定封裝良率目標足夠低時，卡片制造商基準封裝良率等于客戶設定封裝良率目標就能保證卡片制造商單張卡片封裝利潤最大化。

綜合式（6）和（7）的分析規律，從生產運營模式角度考慮，卡片制造商為了追求卡片封裝利潤最大化，不會持續加強工藝和質量控制去滿足客戶的封裝良率需求，而是采取基準封裝良率小于或等于客戶設定的封裝良率策略，并且在每次供貨時賠付客戶額外的模塊損失。進一步，基于式（7），無論客戶設定的卡片封裝良率目標是多少，卡片制造商都會采用這種生產運營模式從而實現單張卡片封裝利潤最大化。

從產品成本角度考慮，客戶為卡片制造商設定封裝良率目標越高，產品成本越低，越有利于客戶。但是，基于式（6），客戶設定封裝良率目標越高，卡片制造商的單張卡片封裝利潤最大值越小，越不利于卡片制造商。所以客戶設定封裝良率目標直接關系到客戶與卡片制造商各自的商業利益，需要在市場博弈中尋找到平衡點，實現雙方的商業共贏。

4 多家卡片制造商時IC卡最佳封裝良率控制對生產運營模式的影響

一般而言，為了保障正常供貨，一個客戶會選擇多家卡片制造商進行相同產品的封裝。對于同一產品，雖然多個卡片制造商的生產線封裝能力存在差異（體現在單張卡片封裝良率控制系數μ上），但是客戶會設定相同的封裝良率目標。為了借助前文中的關系模型進行深入的量化分析，這里假設一個客戶有5家卡片制造商為其封裝供貨。這5家卡片制造商的生產線封裝能力存在差異，分別體現在各自單張卡片封裝良率控制系數上，見表3。

表3 5家卡片制造商及其單張卡片封裝良率控制系數

4.1 多家卡片制造商時基準封裝良率（c）vs單張卡片封裝良率控制成本（b）

根據假設的5家卡片制造商及其單張卡片封裝良率控制系數（見表3），參照式（1），可以得到5家卡片制造商的基準封裝良率（c）與單張卡片封裝良率控制成本（b）的關系曲線，見圖4。

圖4 5家卡片制造商的基準封裝良率vs單張卡片封裝良率控制成本

從圖4中可以看出，5家卡片制造商的單張卡片封裝良率控制成本隨著基準封裝良率的提升而增加，其中5家卡片制造商的單張卡片封裝良率控制系數關系如下：

可見，單張卡片封裝良率控制系數越低，達到相同的基準封裝良率時單張卡片封裝良率控制成本越低，即單張卡片封裝良率控制系數越低意味著卡片制造商的生產管理綜合水平越高，封裝能力越高，投入較小的封裝良率控制成本就可以得到較高的基準封裝良率。

4.2 多家卡片制造商時封裝良率差距（Δ）vs單張卡片封裝利潤（g）

在式（4）和（5）中，同一產品在不同卡片制造商的生產線上封裝時，單枚模塊成本（a）、單張卡片封裝投入成本（e）和單張卡片供貨價格（f）都是固定值?；谑剑?）的假設，同時假設客戶對5家卡片制造商設定相同的封裝良率目標d=98%，那么關系式（4）和（5）的曲線模型如圖5所示。

圖5 5家卡片制造商的封裝良率差距vs單張卡片封裝利潤

表4 5家卡片制造商封裝利潤最大值（g m）與封裝良率差距（Δm）

對于5家卡片制造商而言，基于圖5和表4的分析，可以得到以下關系式：

當一個客戶選擇5家卡片制造商為其封裝同一卡片產品且設定相同的卡片封裝良率目標（98%）時，從式（8）和圖5中可以看出，單張卡片封裝良率控制系數越小，在相同的基準封裝良率情況下，單張卡片封裝利潤越高。正如前文所述，單張卡片封裝良率控制系數越小意味著卡片制造商生產線封裝能力越高，單張卡片封裝良率控制成本越低，即卡片制造商使用較小的生產綜合成本供貨質量相同、價格相同的卡片產品，理所當然會得到較高的卡片封裝利潤。

從關系式（8）和（9）進行分析，5家卡片制造商中隨著單張卡片封裝良率控制系數變小，單張卡片封裝利潤最大值逐漸變大。換而言之，卡片制造商生產線封裝能力越高，所能達到的卡片封裝利潤最大值就越大。所以，降低單張卡片封裝良率控制系數，努力提高生產線封裝能力，是卡片制造商持之以恒的追求目標。

從關系式（8）和（10）進行分析，5家卡片制造商如果想獲得單張卡片封裝利潤最大值，需要使生產線基準封裝良率與客戶設定封裝良率目標的差距保持在Δm?？ㄆ圃焐痰膯螐埧ㄆ庋b良率控制系數越大，相應的Δm絕對值越大，即基準封裝良率要遠小于客戶設定的封裝良率目標。反之，相應的Δm絕對值越小，即基準封裝良率要稍小于或等于客戶設定的封裝良率目標。

從卡片代工的生產運營模式角度考慮，生產的差異性導致不同的卡片制造商有不同的單張卡片封裝良率控制系數。這個系數越小，卡片制造商的封裝能力越強，卡片封裝利潤最大值越大?？ㄆ圃焐倘绻朐诳ㄆ庋b行業中生產有競爭力的產品，必須堅持不懈地降低單張卡片封裝良率控制系數，提高生產線封裝能力，這樣才能進一步降低單張卡片封裝良率控制成本，實現卡片制造商孜孜不倦追求的較高的卡片封裝利潤。另一方面，卡片制造商為了實現卡片封裝利潤最大化，需要使生產線基準封裝良率小于或等于客戶設定的封裝良率目標，兩者的差距由單張卡片封裝良率控制系數決定，同時在為客戶供貨時賠付少量的額外集成電路模塊損失。

5 結論

在智能IC卡代工生產模式下，客戶為了保障產品成本為卡片制造商設定了卡片封裝良率控制線。表面上，這種設定有利于卡片制造商加強工藝和質量控制，使卡片制造商努力達到客戶設定的封裝良率目標，從而實現雙贏的商業合作模式。實際上，無論客戶設定的封裝良率目標是多少，卡片制造商為了追求卡片封裝利潤最大化，都會采取基準封裝良率小于或等于客戶設定的封裝良率目標的策略，而且在每次供貨時賠付客戶額外的模塊損失。另外，客戶設定的卡片封裝良率目標越高，越有利于客戶，但是卡片制造商的單張卡片封裝利潤最大值會變小，越不利于卡片制造商，這就需要雙方在市場博弈中尋找封裝良率需求的平衡點以實現雙方的長久合作。

當一個客戶選擇多家卡片制造商為其供貨同一卡片產品時，生產的差異性決定了不同的卡片制造商有不同的單張卡片封裝良率控制系數。此系數越小，表明卡片制造商的封裝能力越強，卡片封裝利潤最大值越大。作為供應商，為了追求較高的卡片封裝利潤，卡片制造商需要持之以恒地降低單張卡片封裝良率控制系數，提高生產線封裝能力，從而降低單張卡片封裝良率控制成本。與此同時，卡片制造商為了實現卡片封裝利潤最大化，在控制生產線的基準封裝良率小于或等于客戶設定的封裝良率目標時，需要基于單張卡片封裝良率控制系數決定雙方的良率差距，單張卡片封裝良率控制系數越大，相應的Δm絕對值越大，反之，相應的Δm絕對值越小。

總之，滿足了上述條件的生產運營模式，卡片制造商才能在卡片封裝行業中生產出有競爭力的產品，實現企業長久經營的良性循環。

[1]楊立強.中國制造業的代工發展模式：國際比較與發展路徑[J].經濟問題探索，2011,(10)：1-5.

[2]洪韌.中國電子制造業中的代工模式與產業升級[J].大經貿，2006,(9)：76-77.

[3]袁園.對我國制造業精益成本管理的思考[J].金融與經濟，2009,(12)：101-102.

[4]張艷芳，李海君.企業產品生產成本控制的現狀及解決對策[J].產業與科技論壇，2010,(6)：215-216.

[5]楊麗彥.產品生產成本控制探討[J].河北企業，2010,(8)：15-16.

[6]曾瑜萍.試論供應鏈管理的雙贏合作[J].當代經濟，2007,(7x)：78-79.

[7]劉高峰.構建共贏價值鏈推進競合策略[J].通信企業管理，2003,(5)：62-63.

[8]何楨，施亮星，生靜.6σ質量計劃與連續質量改進[J].工業工程，2001,4(4)：13-17.

[9]馮祖龍.運用PFMEA實現車間制造質量改進[J].裝備制造技術，2009,(8)：160-161.