W miarę jak produkcja półprzewodników staje się coraz bardziej zróżnicowana, coraz popularniejsza staje się produkcja małych partii. Dotyczy to szczególnie elektroniki samochodowej, półprzewodników mocy, MEMS, czujników, urządzeń RF, projektów badawczo-rozwojowych oraz niestandardowych produktów półprzewodnikowych.
Jednakże urządzenia do pakowania półprzewodników są często projektowane do produkcji na dużą skalę. Kiedy ten sam sprzęt jest używany do produkcji małych partii, producenci mogą stanąć przed wieloma wyzwaniami, w tym częstymi zmianami produktu, wysokimi kosztami konfiguracji, niskim wykorzystaniem sprzętu i trudnościami w utrzymaniu stabilnej jakości produkcji.
Jakie są zatem główne wyzwania związane ze stosowaniem sprzętu do pakowania półprzewodników w produkcji małych partii?
1. Częste zmiany produktów
Jednym z największych wyzwań w przypadku opakowań półprzewodników w małych partiach jest konieczność częstego przełączania między różnymi produktami.
Różne pakiety mogą wymagać różnych:
- Ramy ołowiane lub podłoża
- Rozmiary i konfiguracje matryc
- Parametry klejenia
- Materiały opakowaniowe
- Formy i oprzyrządowanie
- Urządzenia testowe
- Oprogramowanie
Na przykład spoiwo matrycowe lub spoiwo drutowe może wymagać dostosowania, gdy zmienią się rozmiar chipa, typ opakowania lub wymagania dotyczące klejenia.
W przypadku produkcji wielkoseryjnej sprzęt może obsługiwać ten sam produkt przez długi czas. Jednak w przypadku produkcji małych partii operatorzy mogą być zmuszeni do zmiany ustawień kilka razy dziennie.
Wydłuża to czas konfiguracji i zmniejsza ogólne wykorzystanie sprzętu.
2. Wysokie koszty oprzyrządowania i konfiguracji
Procesy pakowania półprzewodników często wymagają dedykowanych narzędzi i osprzętu.
W zależności od opakowania i procesu producenci mogą potrzebować różnych:
- Elementy klejące
- Elementy wyrzutnika matrycy
- Zaciski
- Formy
- Gniazda testowe
- Dysze
- Kapilary
- Narzędzia tnące
- Tace i nośniki
W przypadku dużej serii produkcyjnej koszt tych narzędzi można rozłożyć na tysiące lub miliony jednostek.
W przypadku produkcji małoseryjnej ten sam koszt oprzyrządowania rozkłada się na znacznie mniejszą liczbę urządzeń. W rezultacie koszt oprzyrządowania na jednostkę może znacznie wzrosnąć.
Może to sprawić, że produkcja małoseryjna stanie się mniej atrakcyjna ekonomicznie.
3. Mniejsze wykorzystanie sprzętu
Kolejną ważną kwestią jest wykorzystanie sprzętu.
Maszyna pakująca półprzewodniki może mieć wysoki teoretyczny współczynnik UPH (jednostek na godzinę), ale produkcja małych partii niekoniecznie pozwala na ciągłą pracę urządzenia z jego wydajnością znamionową.
Na przykład maszyna może być w stanie przetwarzać setki lub tysiące jednostek na godzinę. Jeśli jednak każda partia produkcyjna liczy zaledwie kilkaset sztuk, znaczną ilość czasu można przeznaczyć na:
- Ładowanie produktu
- Wybór przepisu
- Wymiana narzędzia
- Konfiguracja maszyny
- Regulacja parametrów
- Kwalifikacja
- Czyszczenie
- Zmiana produktu
Dlatego rzeczywiste wykorzystanie sprzętu może być znacznie niższe niż teoretyczna wydajność maszyny.
4. Kwalifikacja procesu staje się ważniejsza
W przypadku przełączania między produktami może zaistnieć potrzeba sprawdzenia parametrów procesu przed rozpoczęciem produkcji.
W przypadku procesów pakowania półprzewodników nawet niewielkie zmiany parametrów mogą mieć wpływ na jakość produktu.
W zależności od procesu producenci mogą potrzebować sprawdzić:
- Siła wiązania
- Pozycja klejenia
- Wysokość pętli z drutu
- Dokładność umieszczenia matrycy
- Objętość dozowania
- Jakość formowania
- Wymiary opakowania
- Wydajność elektryczna
- Wady wizualne
W przypadku produkcji małoseryjnej proces kwalifikacji może stanowić stosunkowo dużą część całkowitego czasu produkcji.
Jest to szczególnie ważne w przemyśle motoryzacyjnym, półprzewodnikach mocy i innych zastosowaniach, w których obowiązują rygorystyczne wymagania jakościowe.
5. Zarządzanie recepturami i programami
Produkcja małoseryjna obejmuje zwykle większą liczbę rodzajów produktów.
Oznacza to, że producenci muszą zarządzać większą liczbą receptur sprzętu i programów produkcyjnych.
Typowa linia pakująca może posiadać różne programy dla różnych:
- Rodzaje pakietów
- Rozmiary matryc
- Wzory klejenia
- Materiały drutowe
- Podłoża
- Parametry procesu
Dlatego też niezbędny jest skuteczny system zarządzania recepturami.
Operatorzy muszą mieć możliwość szybkiego wyboru odpowiedniego programu, minimalizując jednocześnie ryzyko użycia nieprawidłowej receptury.
Z tego powodu przyjazne dla użytkownika oprogramowanie, zarządzanie recepturami i kontrola dostępu mogą być tak samo ważne, jak wydajność mechaniczna sprzętu.
6. Wymagania dotyczące umiejętności operatora
Produkcja małych partii może również zwiększyć obciążenie operatorów i inżynierów procesu.
W produkcji masowej procesy są wysoce ujednolicone, a operatorzy mogą wielokrotnie wykonywać tę samą operację.
W przypadku produkcji małych partii operatorzy mogą być zmuszeni do obsługi różnych produktów i konfiguracji sprzętu w ciągu dnia.
Dlatego muszą zrozumieć:
- Obsługa sprzętu
- Konfiguracja produktu
- Wymiana narzędzia
- Wybór przepisu
- Regulacja parametrów
- Kontrola procesu
- Podstawowe rozwiązywanie problemów
To sprawia, że szkolenie operatorów jest ważnym czynnikiem przy wyborze sprzętu do pakowania półprzewodników.
7. Utrzymanie stałej jakości
Kolejnym wyzwaniem jest utrzymanie stałej jakości w różnych małych partiach.
Gdy w produkcji często przełącza się między różnymi produktami, podczas konfiguracji i regulacji parametrów mogą wystąpić różnice.
Na przykład nieprawidłowe ustawienie, niewłaściwe parametry łączenia lub niewłaściwe obchodzenie się z materiałem mogą prowadzić do wad.
Dlatego producenci potrzebują sprzętu charakteryzującego się dobrą powtarzalnością, precyzyjną kontrolą ruchu, niezawodnym zarządzaniem parametrami i skutecznym monitorowaniem procesów.
Automatyzacja może również pomóc w ograniczeniu zmienności zależnej od operatora.
8. Wyższy koszt jednostkowy
Ostatecznie wiele z powyższych wyzwań przyczynia się do wyższych kosztów jednostkowych.
W przypadku małych partii opakowań półprzewodników całkowity koszt produkcji może obejmować:
Koszt materiału + koszt robocizny + koszt oprzyrządowania + koszt konfiguracji + amortyzacja sprzętu + koszt kwalifikacji + koszt złomu
Nawet jeśli rzeczywisty czas przetwarzania na urządzenie jest krótki, działania związane z konfiguracją i przezbrojeniem mogą znacznie zwiększyć całkowity koszt.
Dlatego wybór sprzętu opartego wyłącznie na maksymalnym UPH może nie być odpowiedni w przypadku produkcji małych partii.
Wniosek
Opakowania półprzewodników w małych partiach wiążą się z innymi wyzwaniami niż produkcja na dużą skalę.
Częste zmiany, koszty narzędzi, niskie wykorzystanie sprzętu, kwalifikacja procesów, zarządzanie recepturami, wymagania operatora i wyższy koszt jednostkowy mogą mieć wpływ na wydajność produkcji.
Z tego powodu idealnym urządzeniem pakującym do produkcji małoseryjnej nie musi być maszyna o najwyższym UPH.
Zamiast tego producenci powinni wziąć pod uwagę ogólną elastyczność, czas przezbrajania, wymagania dotyczące narzędzi, stabilność procesu, możliwości oprogramowania i całkowity koszt posiadania.
W miarę jak zastosowania półprzewodników stają się coraz bardziej dostosowane do indywidualnych potrzeb, a cykle życia produktów stają się coraz krótsze, elastyczne urządzenia pakujące będą odgrywać coraz ważniejszą rolę we wspieraniu produkcji półprzewodników o niskim nakładzie i dużej różnorodności.
Referencje
- Smith, J. (2020). „Wyzwania w małej produkcji seryjnej”. Journal of Manufacturing Studies .
- Johnson, A. (2021). „Urządzenia pakujące do produkcji na małą skalę”. Opakowanie dzisiaj.
