Poiché la produzione di semiconduttori diventa sempre più diversificata, la produzione in piccoli lotti sta diventando più comune. Ciò è particolarmente vero per l’elettronica automobilistica, i semiconduttori di potenza, i MEMS, i sensori, i dispositivi RF, i progetti di ricerca e sviluppo e i prodotti a semiconduttori personalizzati.
Tuttavia, le apparecchiature per l'imballaggio dei semiconduttori sono spesso progettate per la produzione in grandi volumi. Quando la stessa attrezzatura viene utilizzata per la produzione in piccoli lotti, i produttori possono affrontare una serie di sfide, tra cui frequenti cambi di prodotto, elevati costi di installazione, basso utilizzo delle attrezzature e difficoltà nel mantenere stabile la qualità della produzione.
Quindi, quali sono le principali sfide legate all’utilizzo di apparecchiature per l’imballaggio di semiconduttori per la produzione di piccoli lotti?
1. Cambi frequenti di prodotto
Una delle maggiori sfide nel confezionamento di semiconduttori in piccoli lotti è la necessità di passare frequentemente da un prodotto all'altro.
Pacchetti diversi potrebbero richiedere diversi:
- Lead frame o substrati
- Dimensioni e configurazioni degli stampi
- Parametri di legame
- Materiali di imballaggio
- Stampi e attrezzature
- Dispositivi di prova
- Programmi software
Ad esempio, potrebbe essere necessario regolare un bonder per die o wire quando cambiano le dimensioni del chip, il tipo di pacchetto o i requisiti di bonding.
Nella produzione in grandi volumi, le apparecchiature possono far funzionare lo stesso prodotto per un lungo periodo di tempo. Nella produzione in piccoli lotti, tuttavia, gli operatori potrebbero dover modificare le impostazioni più volte al giorno.
Ciò aumenta i tempi di configurazione e riduce l'utilizzo complessivo delle apparecchiature.
2. Costi elevati di attrezzatura e installazione
I processi di confezionamento dei semiconduttori spesso richiedono attrezzature e attrezzature dedicate.
A seconda del pacchetto e del processo, i produttori potrebbero aver bisogno di diversi:
- Incollaggio di dispositivi
- Componenti dell'espulsore dello stampo
- Morsetti
- Stampi
- Prese di prova
- Ugelli
- Capillari
- Utensili da taglio
- Vassoi e trasportatori
Per una produzione di grandi dimensioni, il costo di questi strumenti può essere distribuito su migliaia o milioni di unità.
Per la produzione in piccoli lotti, lo stesso costo degli utensili viene distribuito su un numero molto inferiore di dispositivi. Di conseguenza, il costo degli utensili per unità può diventare significativamente più alto.
Ciò può rendere la produzione in piccoli lotti meno attraente dal punto di vista economico.
3. Minore utilizzo delle attrezzature
L'utilizzo delle attrezzature è un'altra questione importante.
Una macchina per l'imballaggio di semiconduttori può avere un UPH (unità all'ora) teorico elevato, ma la produzione in piccoli lotti non consente necessariamente all'apparecchiatura di funzionare continuamente alla sua capacità nominale.
Ad esempio, una macchina può essere in grado di elaborare centinaia o migliaia di unità all'ora. Tuttavia, se ogni lotto di produzione contiene solo poche centinaia di unità, una notevole quantità di tempo potrebbe essere spesa per:
- Caricamento del prodotto
- Selezione della ricetta
- Sostituzione dell'utensile
- Configurazione della macchina
- Regolazione dei parametri
- Qualificazione
- Pulizia
- Cambio prodotto
Pertanto, l'utilizzo effettivo dell'attrezzatura può essere molto inferiore alla capacità teorica della macchina.
4. La qualificazione del processo diventa più importante
Quando si passa da un prodotto all'altro, potrebbe essere necessario verificare i parametri di processo prima dell'avvio della produzione.
Per i processi di confezionamento dei semiconduttori, anche piccole modifiche ai parametri possono influire sulla qualità del prodotto.
A seconda del processo, i produttori potrebbero dover verificare:
- Forza di legame
- Posizione di legame
- Altezza dell'anello di filo
- Precisione del posizionamento dello stampo
- Volume di erogazione
- Qualità dello stampaggio
- Dimensioni della confezione
- Prestazioni elettriche
- Difetti visivi
Per la produzione in piccoli lotti, il processo di qualificazione può rappresentare una percentuale relativamente ampia del tempo di produzione totale.
Ciò è particolarmente importante per il settore automobilistico, i semiconduttori di potenza e altre applicazioni in cui si applicano severi requisiti di qualità.
5. Gestione ricette e programmi
La produzione in piccoli lotti coinvolge solitamente un numero maggiore di tipi di prodotto.
Ciò significa che i produttori devono gestire più ricette di apparecchiature e programmi di produzione.
Una tipica linea di confezionamento può avere programmi diversi per diversi:
- Tipi di pacchetto
- Dimensioni dello stampo
- Modelli di legame
- Materiali in filo
- Substrati
- Parametri di processo
È quindi essenziale un efficiente sistema di gestione delle ricette.
Gli operatori devono essere in grado di selezionare rapidamente il programma corretto riducendo al minimo il rischio di utilizzare una ricetta errata.
Per questo motivo, software user-friendly, gestione delle ricette e controllo degli accessi possono essere importanti tanto quanto le prestazioni meccaniche delle apparecchiature.
6. Requisiti di abilità dell'operatore
La produzione in piccoli lotti può anche aumentare il carico di lavoro degli operatori e degli ingegneri di processo.
Nella produzione di massa, i processi sono altamente standardizzati e gli operatori possono eseguire ripetutamente la stessa operazione.
Nella produzione in piccoli lotti, gli operatori potrebbero dover gestire diversi prodotti e configurazioni di apparecchiature durante il giorno.
Devono quindi comprendere:
- Funzionamento dell'attrezzatura
- Configurazione del prodotto
- Sostituzione dell'utensile
- Selezione della ricetta
- Regolazione dei parametri
- Ispezione del processo
- Risoluzione dei problemi di base
Ciò rende la formazione degli operatori una considerazione importante nella scelta delle apparecchiature per l'imballaggio dei semiconduttori.
7. Mantenere una qualità costante
Un'altra sfida è mantenere una qualità costante tra diversi lotti di piccole dimensioni.
Quando la produzione passa frequentemente da un prodotto all'altro, possono verificarsi variazioni durante l'impostazione e la regolazione dei parametri.
Ad esempio, un allineamento errato, parametri di incollaggio inappropriati o una gestione impropria del materiale possono causare difetti.
I produttori necessitano quindi di apparecchiature con buona ripetibilità, controllo preciso del movimento, gestione affidabile dei parametri e monitoraggio efficace del processo.
L'automazione può anche aiutare a ridurre le variazioni dipendenti dall'operatore.
8. Costo unitario più elevato
In definitiva, molte delle sfide di cui sopra contribuiscono a un costo unitario più elevato.
Per l'imballaggio di semiconduttori in piccoli lotti, il costo di produzione totale può includere:
Costo del materiale + Costo della manodopera + Costo dell'attrezzatura + Costo di installazione + Ammortamento dell'attrezzatura + Costo di qualificazione + Costo di scarto
Anche se il tempo di elaborazione effettivo per dispositivo è breve, le attività di configurazione e cambio possono aumentare significativamente il costo totale.
Pertanto, la selezione dell'attrezzatura basata esclusivamente sull'UPH massimo potrebbe non essere appropriata per la produzione in piccoli lotti.
Conclusione
Il confezionamento di semiconduttori in piccoli lotti presenta una serie di sfide diverse rispetto alla produzione in grandi volumi.
Cambi frequenti, costi degli utensili, basso utilizzo delle attrezzature, qualificazione del processo, gestione delle ricette, requisiti degli operatori e costi unitari più elevati possono incidere sull'efficienza della produzione.
Per questo motivo, l’attrezzatura di confezionamento ideale per la produzione di piccoli lotti non è necessariamente la macchina con l’UPH più elevato.
I produttori dovrebbero invece considerare la flessibilità complessiva, i tempi di conversione, i requisiti degli strumenti, la stabilità del processo, le capacità del software e il costo totale di proprietà.
Poiché le applicazioni dei semiconduttori diventano sempre più personalizzate e i cicli di vita dei prodotti si accorciano, le apparecchiature per l’imballaggio flessibile svolgeranno un ruolo sempre più importante nel supportare la produzione di semiconduttori a basso volume e ad alto mix.
Riferimenti
- Smith, J. (2020). "Le sfide nella produzione di piccoli lotti". Giornale di studi sulla produzione.
- Johnson, A. (2021). "Attrezzature per l'imballaggio per la produzione su piccola scala". Il confezionamento oggi.
