IC卡最佳封裝良率控制對(duì)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)模式的影響

張賀豐，紀(jì)蓮和，王文赫

（1.北京智芯微電子科技有限公司，國(guó)家電網(wǎng)公司重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室電力芯片設(shè)計(jì)分析實(shí)驗(yàn)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(shè)計(jì)工程技術(shù)研究中心，北京100192）

1 引言

智能IC卡是一種卡基多為PVC材質(zhì)、卡內(nèi)鑲嵌集成電路芯片（模塊）的卡片，根據(jù)應(yīng)用需求不同可實(shí)現(xiàn)身份認(rèn)證、身份識(shí)別、數(shù)字簽名、加密解密、信息存儲(chǔ)、支付交易等功能。目前，智能IC卡生產(chǎn)大多為卡片封裝代工模式[1～2]，即客戶提供在卡內(nèi)鑲嵌的集成電路模塊和卡片封裝規(guī)格，并提出制卡要求，卡片制造商利用自己的生產(chǎn)線進(jìn)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(chǎn)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(zhì)量控制能力，同時(shí)直接影響智能IC卡產(chǎn)品成本。

為了控制卡片封裝時(shí)的模塊損失，客戶通常會(huì)對(duì)卡片制造商提出封裝良率要求，即客戶為卡片制造商設(shè)定封裝良率目標(biāo)，卡片制造商通過控制封裝工藝從而實(shí)現(xiàn)客戶要求的封裝良率目標(biāo)。如果智能IC卡制造商封裝卡片的實(shí)際良率不能達(dá)到目標(biāo)，則需要賠付客戶模塊損失，即未達(dá)目標(biāo)而多損失的模塊成本。按此約定，無論卡片制造商基準(zhǔn)封裝良率多少，或者是否達(dá)到客戶的封裝良率目標(biāo)，對(duì)客戶而言，卡片封裝時(shí)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(dān)。這將促進(jìn)卡片制造商加強(qiáng)工藝和質(zhì)量控制，確?？ㄆ庋b良率處于客戶要求的良率目標(biāo)之上，從而實(shí)現(xiàn)雙贏[6～7]。

2 封裝良率與封裝利潤(rùn)關(guān)系模型的建立

2.1 關(guān)系模型的參數(shù)定義

客戶制定合理的卡片封裝良率目標(biāo)，卡片制造商為實(shí)現(xiàn)客戶良率目標(biāo)采取有效的質(zhì)量控制方法和手段，是促成雙方合作共贏的基礎(chǔ)。一旦良率目標(biāo)不能達(dá)成，一方面會(huì)降低客戶的產(chǎn)出預(yù)期和質(zhì)量信心，另一方面卡片制造商需要投入更多資源和成本進(jìn)行質(zhì)量改善[8～9]，無疑會(huì)給合作雙方帶來不利影響。

如果卡片制造商執(zhí)行良率提升措施從而達(dá)到客戶設(shè)定的封裝良率目標(biāo)，勢(shì)必需要投入更多的封裝良率控制成本，同樣會(huì)導(dǎo)致卡片制造商的生產(chǎn)利潤(rùn)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(yùn)營(yíng)模式，我們深入分析卡片制造商基準(zhǔn)封裝良率與封裝利潤(rùn)之間的關(guān)系，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)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(rùn)之間的關(guān)系模型，這里假設(shè)卡片封裝中存在的相關(guān)參數(shù)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(shí)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(chǎn)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(shù)（μ）是同一卡片產(chǎn)品在不同卡片制造商生產(chǎn)線上生產(chǎn)時(shí)封裝能力差異的體現(xiàn)，由卡片制造商的生產(chǎn)管理綜合水平?jīng)Q定，與人員操作熟練程度、機(jī)臺(tái)使用狀況、原物料質(zhì)量水平、生產(chǎn)管理方法、產(chǎn)品測(cè)試檢測(cè)方法等各種因素有關(guān)，意味著在投入相同的封裝良率控制成本時(shí)得到的基準(zhǔn)封裝良率提升幅度不同；卡片制造商基準(zhǔn)封裝良率（c）指卡片制造商在封裝某一卡片產(chǎn)品時(shí)生產(chǎn)線所能保持的此卡片產(chǎn)品的封裝良率水平；客戶設(shè)定的封裝良率目標(biāo)（d）指客戶與卡片制造商約定的某一卡片產(chǎn)品在生產(chǎn)時(shí)需要達(dá)到的封裝良率控制線。如未達(dá)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(chǎn)品時(shí)所付出的人工成本、機(jī)臺(tái)損耗成本、原物料成本等可以保證正常生產(chǎn)的各種成本；單張卡片供貨價(jià)格（f）指卡片制造商為客戶供貨封裝的卡片產(chǎn)品時(shí)客戶需要為卡片制造商付出的單張卡片價(jià)格；單張卡片封裝利潤(rùn)（g）指卡片制造商為客戶封裝卡片產(chǎn)品時(shí)扣除各種成本后所能得到的單張卡片封裝利潤(rùn)；客戶投入模塊數(shù)量（h）指封裝某一卡片產(chǎn)品訂單時(shí)客戶為卡片制造商提供的模塊數(shù)量。

表1 關(guān)系模型中的相關(guān)參數(shù)定義

2.2 關(guān)系模型的建立

根據(jù)生產(chǎn)制造行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律，單張卡片封裝良率控制成本（b）與卡片制造商基準(zhǔn)封裝良率（c）存在如下關(guān)系：

在卡片制造商與客戶之間的卡片封裝代工關(guān)系中，如果卡片制造商的基準(zhǔn)封裝良率達(dá)到客戶設(shè)定的封裝良率目標(biāo)（c≥d）時(shí)，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(zhǔn)封裝良率未達(dá)客戶設(shè)定的封裝良率目標(biāo)（c＜d）時(shí)，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(guān)系，可以得到單張卡片封裝利潤(rùn)的關(guān)系模型如下：

當(dāng)c≥d時(shí)，

當(dāng)c≥d時(shí)，

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

當(dāng) c＜d時(shí)，

當(dāng) c＜d時(shí)，

3 單一卡片制造商時(shí)IC卡最佳封裝良率控制對(duì)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)模式的影響

在前文建立的封裝良率與封裝利潤(rùn)關(guān)系模型中，單張卡片封裝良率控制系數(shù)（μ）體現(xiàn)了多個(gè)卡片制造商在封裝某一卡片產(chǎn)品時(shí)表現(xiàn)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(shù)。這里為了分析單一卡片制造商時(shí)IC卡最佳封裝良率控制對(duì)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)模式的影響，假設(shè)單張卡片封裝良率控制系數(shù)對(duì)某一卡片產(chǎn)品而言是固定值。

3.1 卡片制造商基準(zhǔn)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(zhǔn)封裝良率與單張卡片封裝良率控制成本的關(guān)系曲線如圖1所示。從圖中可以看出，在低良率區(qū)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(zhǔn)封裝良率的提升，單張卡片封裝良率控制成本也會(huì)增加。當(dāng)卡片制造商基準(zhǔn)封裝良率接近100%時(shí)，單張卡片封裝良率控制成本急劇增加，甚至?xí)^單張卡片供貨價(jià)格，故一般卡片制造商不會(huì)無限制地提升卡片基準(zhǔn)封裝良率，而是穩(wěn)定在合理的封裝良率水平上。

圖1 卡片制造商基準(zhǔn)封裝良率（c）vs單張卡片封裝良率控制成本（b）

3.2 客戶設(shè)定封裝良率目標(biāo)時(shí)封裝良率差距（Δ）vs單張卡片封裝利潤(rùn)（g）

這里假設(shè)客戶設(shè)定的封裝良率目標(biāo)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(jià)格（f）在卡片制造商的某一產(chǎn)品中屬于固定值。根據(jù)關(guān)系式（4）和（5），封裝良率差距（Δ）與單張卡片封裝利潤(rùn)（g）之間的關(guān)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(rùn)（g）

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

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

3.3 客戶設(shè)定不同的封裝良率目標(biāo)時(shí)封裝良率差距（Δ）vs單張卡片封裝利潤(rùn)（g）

通常來說，隨著行業(yè)內(nèi)每年產(chǎn)品生產(chǎn)制程能力的提高，客戶會(huì)相應(yīng)地提升封裝良率目標(biāo)，這不僅可以降低產(chǎn)品成本，而且可以有效督促卡片制造商積極改善基準(zhǔn)封裝良率。這里假設(shè)客戶設(shè)定封裝良率目標(biāo)從d=93%變化到d=99%，基于關(guān)系式（4）和（5），分析良率差距與單張卡片封裝利潤(rùn)的關(guān)系（見圖3和表2）。

當(dāng)客戶設(shè)定不同的封裝良率目標(biāo)時(shí)，從圖3和表2中可以發(fā)現(xiàn)存在以下關(guān)系：

圖3和式（6）表明，隨著客戶設(shè)定封裝良率目標(biāo)從d=99%減小到d=93%，卡片制造商的單張卡片封裝利潤(rùn)最大值從g1增加到g6，且增加幅度越來越小。當(dāng)客戶設(shè)定封裝良率目標(biāo)足夠低時(shí)，卡片制造商的單張卡片封裝利潤(rùn)最大值會(huì)增加到最大且?guī)缀醣３植蛔儭?/p>

圖3 客戶設(shè)定不同的封裝良率目標(biāo)時(shí)封裝良率差距（Δ）vs封裝利潤(rùn)（g）

表2 客戶設(shè)定不同的封裝良率目標(biāo)時(shí)單張卡片封裝利潤(rùn)最大值

圖3和式（7）表明，隨著客戶設(shè)定封裝良率目標(biāo)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(rùn)最大化，則需要卡片制造商基準(zhǔn)封裝良率與客戶設(shè)定封裝良率目標(biāo)的差距絕對(duì)值越來越小，且減少幅度越來越小。當(dāng)客戶設(shè)定封裝良率目標(biāo)足夠低時(shí)，卡片制造商基準(zhǔn)封裝良率等于客戶設(shè)定封裝良率目標(biāo)就能保證卡片制造商單張卡片封裝利潤(rùn)最大化。

綜合式（6）和（7）的分析規(guī)律，從生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)模式角度考慮，卡片制造商為了追求卡片封裝利潤(rùn)最大化，不會(huì)持續(xù)加強(qiáng)工藝和質(zhì)量控制去滿足客戶的封裝良率需求，而是采取基準(zhǔn)封裝良率小于或等于客戶設(shè)定的封裝良率策略，并且在每次供貨時(shí)賠付客戶額外的模塊損失。進(jìn)一步，基于式（7），無論客戶設(shè)定的卡片封裝良率目標(biāo)是多少，卡片制造商都會(huì)采用這種生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)模式從而實(shí)現(xiàn)單張卡片封裝利潤(rùn)最大化。

從產(chǎn)品成本角度考慮，客戶為卡片制造商設(shè)定封裝良率目標(biāo)越高，產(chǎn)品成本越低，越有利于客戶。但是，基于式（6），客戶設(shè)定封裝良率目標(biāo)越高，卡片制造商的單張卡片封裝利潤(rùn)最大值越小，越不利于卡片制造商。所以客戶設(shè)定封裝良率目標(biāo)直接關(guān)系到客戶與卡片制造商各自的商業(yè)利益，需要在市場(chǎng)博弈中尋找到平衡點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)雙方的商業(yè)共贏。

4 多家卡片制造商時(shí)IC卡最佳封裝良率控制對(duì)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)模式的影響

一般而言，為了保障正常供貨，一個(gè)客戶會(huì)選擇多家卡片制造商進(jìn)行相同產(chǎn)品的封裝。對(duì)于同一產(chǎn)品，雖然多個(gè)卡片制造商的生產(chǎn)線封裝能力存在差異（體現(xiàn)在單張卡片封裝良率控制系數(shù)μ上），但是客戶會(huì)設(shè)定相同的封裝良率目標(biāo)。為了借助前文中的關(guān)系模型進(jìn)行深入的量化分析，這里假設(shè)一個(gè)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(chǎn)線封裝能力存在差異，分別體現(xiàn)在各自單張卡片封裝良率控制系數(shù)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(shù)

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

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

圖4 5家卡片制造商的基準(zhǔn)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(zhǔn)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(shù)關(guān)系如下：

可見，單張卡片封裝良率控制系數(shù)越低，達(dá)到相同的基準(zhǔn)封裝良率時(shí)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(shù)越低意味著卡片制造商的生產(chǎn)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(zhǔn)封裝良率。

4.2 多家卡片制造商時(shí)封裝良率差距（Δ）vs單張卡片封裝利潤(rùn)（g）

在式（4）和（5）中，同一產(chǎn)品在不同卡片制造商的生產(chǎn)線上封裝時(shí)，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(jià)格（f）都是固定值?；谑剑?）的假設(shè)，同時(shí)假設(shè)客戶對(duì)5家卡片制造商設(shè)定相同的封裝良率目標(biāo)d=98%，那么關(guān)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(rùn)

表4 5家卡片制造商封裝利潤(rùn)最大值（g m）與封裝良率差距（Δm）

對(duì)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(guān)系式：

當(dāng)一個(gè)客戶選擇5家卡片制造商為其封裝同一卡片產(chǎn)品且設(shè)定相同的卡片封裝良率目標(biāo)（98%）時(shí)，從式（8）和圖5中可以看出，單張卡片封裝良率控制系數(shù)越小，在相同的基準(zhǔn)封裝良率情況下，單張卡片封裝利潤(rùn)越高。正如前文所述，單張卡片封裝良率控制系數(shù)越小意味著卡片制造商生產(chǎn)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(chǎn)綜合成本供貨質(zhì)量相同、價(jià)格相同的卡片產(chǎn)品，理所當(dāng)然會(huì)得到較高的卡片封裝利潤(rùn)。

從關(guān)系式（8）和（9）進(jìn)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(shù)變小，單張卡片封裝利潤(rùn)最大值逐漸變大。換而言之，卡片制造商生產(chǎn)線封裝能力越高，所能達(dá)到的卡片封裝利潤(rùn)最大值就越大。所以，降低單張卡片封裝良率控制系數(shù)，努力提高生產(chǎn)線封裝能力，是卡片制造商持之以恒的追求目標(biāo)。

從關(guān)系式（8）和（10）進(jìn)行分析，5家卡片制造商如果想獲得單張卡片封裝利潤(rùn)最大值，需要使生產(chǎn)線基準(zhǔn)封裝良率與客戶設(shè)定封裝良率目標(biāo)的差距保持在Δm。卡片制造商的單張卡片封裝良率控制系數(shù)越大，相應(yīng)的Δm絕對(duì)值越大，即基準(zhǔn)封裝良率要遠(yuǎn)小于客戶設(shè)定的封裝良率目標(biāo)。反之，相應(yīng)的Δm絕對(duì)值越小，即基準(zhǔn)封裝良率要稍小于或等于客戶設(shè)定的封裝良率目標(biāo)。

從卡片代工的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)模式角度考慮，生產(chǎn)的差異性導(dǎo)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(shù)。這個(gè)系數(shù)越小，卡片制造商的封裝能力越強(qiáng)，卡片封裝利潤(rùn)最大值越大?？ㄆ圃焐倘绻朐诳ㄆ庋b行業(yè)中生產(chǎn)有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品，必須堅(jiān)持不懈地降低單張卡片封裝良率控制系數(shù)，提高生產(chǎn)線封裝能力，這樣才能進(jìn)一步降低單張卡片封裝良率控制成本，實(shí)現(xiàn)卡片制造商孜孜不倦追求的較高的卡片封裝利潤(rùn)。另一方面，卡片制造商為了實(shí)現(xiàn)卡片封裝利潤(rùn)最大化，需要使生產(chǎn)線基準(zhǔn)封裝良率小于或等于客戶設(shè)定的封裝良率目標(biāo)，兩者的差距由單張卡片封裝良率控制系數(shù)決定，同時(shí)在為客戶供貨時(shí)賠付少量的額外集成電路模塊損失。

5 結(jié)論

在智能IC卡代工生產(chǎn)模式下，客戶為了保障產(chǎn)品成本為卡片制造商設(shè)定了卡片封裝良率控制線。表面上，這種設(shè)定有利于卡片制造商加強(qiáng)工藝和質(zhì)量控制，使卡片制造商努力達(dá)到客戶設(shè)定的封裝良率目標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)雙贏的商業(yè)合作模式。實(shí)際上，無論客戶設(shè)定的封裝良率目標(biāo)是多少，卡片制造商為了追求卡片封裝利潤(rùn)最大化，都會(huì)采取基準(zhǔn)封裝良率小于或等于客戶設(shè)定的封裝良率目標(biāo)的策略，而且在每次供貨時(shí)賠付客戶額外的模塊損失。另外，客戶設(shè)定的卡片封裝良率目標(biāo)越高，越有利于客戶，但是卡片制造商的單張卡片封裝利潤(rùn)最大值會(huì)變小，越不利于卡片制造商，這就需要雙方在市場(chǎng)博弈中尋找封裝良率需求的平衡點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)雙方的長(zhǎng)久合作。

當(dāng)一個(gè)客戶選擇多家卡片制造商為其供貨同一卡片產(chǎn)品時(shí)，生產(chǎn)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(shù)。此系數(shù)越小，表明卡片制造商的封裝能力越強(qiáng)，卡片封裝利潤(rùn)最大值越大。作為供應(yīng)商，為了追求較高的卡片封裝利潤(rùn)，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(shù)，提高生產(chǎn)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(shí)，卡片制造商為了實(shí)現(xiàn)卡片封裝利潤(rùn)最大化，在控制生產(chǎn)線的基準(zhǔn)封裝良率小于或等于客戶設(shè)定的封裝良率目標(biāo)時(shí)，需要基于單張卡片封裝良率控制系數(shù)決定雙方的良率差距，單張卡片封裝良率控制系數(shù)越大，相應(yīng)的Δm絕對(duì)值越大，反之，相應(yīng)的Δm絕對(duì)值越小。

總之，滿足了上述條件的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)模式，卡片制造商才能在卡片封裝行業(yè)中生產(chǎn)出有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)企業(yè)長(zhǎng)久經(jīng)營(yíng)的良性循環(huán)。

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