À medida que a fabricação de semicondutores se torna cada vez mais diversificada, a produção de pequenos lotes está se tornando mais comum. Isto é particularmente verdadeiro para eletrônicos automotivos, semicondutores de potência, MEMS, sensores, dispositivos de RF, projetos de pesquisa e desenvolvimento e produtos semicondutores personalizados.
No entanto, os equipamentos de embalagem de semicondutores são frequentemente projetados para produção em alto volume. Quando o mesmo equipamento é usado para produção de pequenos lotes, os fabricantes podem enfrentar uma série de desafios, incluindo mudanças frequentes de produtos, altos custos de configuração, baixa utilização de equipamentos e dificuldades em manter uma qualidade de produção estável.
Então, quais são os principais desafios do uso de equipamentos de embalagem de semicondutores para produção de pequenos lotes?
1. Trocas frequentes de produtos
Um dos maiores desafios nas embalagens de semicondutores de pequenos lotes é a necessidade de alternar frequentemente entre produtos diferentes.
Pacotes diferentes podem exigir diferentes:
- Quadros de chumbo ou substratos
- Tamanhos e configurações de matrizes
- Parâmetros de ligação
- Materiais de embalagem
- Moldes e ferramentas
- Dispositivos de teste
- Programas de software
Por exemplo, um adesivo de matriz ou de fio pode precisar ser ajustado quando o tamanho do chip, o tipo de pacote ou os requisitos de ligação mudam.
Na produção de alto volume, o equipamento pode operar o mesmo produto por um longo período de tempo. Na produção de pequenos lotes, entretanto, os operadores podem precisar alterar as configurações várias vezes ao dia.
Isso aumenta o tempo de configuração e reduz a utilização geral do equipamento.
2. Altos custos de ferramentas e configuração
Os processos de embalagem de semicondutores geralmente exigem ferramentas e acessórios dedicados.
Dependendo do pacote e do processo, os fabricantes podem precisar de diferentes:
- Acessórios de colagem
- Componentes do ejetor de matriz
- Grampos
- Moldes
- Soquetes de teste
- Bicos
- Capilares
- Ferramentas de corte
- Bandejas e transportadores
Para uma grande produção, o custo destas ferramentas pode ser distribuído por milhares ou milhões de unidades.
Para a produção de pequenos lotes, o mesmo custo de ferramentas é distribuído por um número muito menor de dispositivos. Como resultado, o custo do ferramental por unidade pode tornar-se significativamente mais elevado.
Isso pode tornar a produção de pequenos lotes menos atraente economicamente.
3. Menor utilização de equipamentos
A utilização do equipamento é outra questão importante.
Uma máquina de embalagem de semicondutores pode ter um UPH (unidades por hora) teórico alto, mas a produção de pequenos lotes não permite necessariamente que o equipamento opere continuamente em sua capacidade nominal.
Por exemplo, uma máquina pode ser capaz de processar centenas ou milhares de unidades por hora. No entanto, se cada lote de produção contiver apenas algumas centenas de unidades, uma quantidade considerável de tempo poderá ser gasta em:
- Carregamento do produto
- Seleção de receita
- Substituição de ferramentas
- Configuração da máquina
- Ajuste de parâmetros
- Qualificação
- Limpeza
- Mudança de produto
Portanto, a utilização real do equipamento pode ser muito inferior à capacidade teórica da máquina.
4. A qualificação do processo torna-se mais importante
Ao alternar entre produtos, pode ser necessário verificar os parâmetros do processo antes do início da produção.
Para processos de embalagem de semicondutores, mesmo pequenas alterações nos parâmetros podem afetar a qualidade do produto.
Dependendo do processo, os fabricantes podem precisar verificar:
- Força de ligação
- Posição de ligação
- Altura do laço de fio
- Precisão de posicionamento da matriz
- Volume de distribuição
- Qualidade de moldagem
- Dimensões do pacote
- Desempenho elétrico
- Defeitos visuais
Para a produção de pequenos lotes, o processo de qualificação pode representar uma proporção relativamente grande do tempo total de produção.
Isto é particularmente importante para aplicações automotivas, de semicondutores de potência e outras aplicações onde se aplicam requisitos rigorosos de qualidade.
5. Receita e gerenciamento de programas
A produção de pequenos lotes geralmente envolve um número maior de tipos de produtos.
Isso significa que os fabricantes precisam gerenciar mais receitas de equipamentos e programas de produção.
Uma linha de embalagem típica pode ter programas diferentes para:
- Tipos de pacote
- Tamanhos de matrizes
- Padrões de ligação
- Materiais de arame
- Substratos
- Parâmetros de processo
Um sistema eficiente de gerenciamento de receitas é, portanto, essencial.
Os operadores precisam ser capazes de selecionar rapidamente o programa correto e, ao mesmo tempo, minimizar o risco de usar uma receita incorreta.
Por esse motivo, software de fácil utilização, gerenciamento de receitas e controle de acesso podem ser tão importantes quanto o desempenho mecânico do equipamento.
6. Requisitos de habilidade do operador
A produção de pequenos lotes também pode aumentar a carga de trabalho dos operadores e engenheiros de processo.
Na produção em massa, os processos são altamente padronizados e os operadores podem executar repetidamente a mesma operação.
Na produção de pequenos lotes, os operadores podem precisar lidar com diferentes produtos e configurações de equipamentos ao longo do dia.
Portanto, eles precisam entender:
- Operação do equipamento
- Configuração do produto
- Substituição de ferramentas
- Seleção de receita
- Ajuste de parâmetros
- Inspeção de processo
- Solução de problemas básicos
Isto torna o treinamento do operador uma consideração importante ao selecionar equipamentos de embalagem de semicondutores.
7. Manter uma qualidade consistente
Outro desafio é manter uma qualidade consistente em diferentes lotes pequenos.
Quando a produção alterna frequentemente entre produtos diferentes, podem ocorrer variações durante a configuração e o ajuste dos parâmetros.
Por exemplo, alinhamento incorreto, parâmetros de ligação inadequados ou manuseio inadequado do material podem causar defeitos.
Portanto, os fabricantes precisam de equipamentos com boa repetibilidade, controle preciso de movimento, gerenciamento confiável de parâmetros e monitoramento eficaz de processos.
A automação também pode ajudar a reduzir a variação dependente do operador.
8. Maior custo por unidade
Em última análise, muitos dos desafios acima contribuem para um custo por unidade mais elevado.
Para embalagens de semicondutores de pequenos lotes, o custo total de produção pode incluir:
Custo de material + Custo de mão de obra + Custo de ferramentas + Custo de configuração + Depreciação de equipamento + Custo de qualificação + Custo de sucata
Mesmo que o tempo real de processamento por dispositivo seja curto, as atividades de configuração e troca podem aumentar significativamente o custo total.
Portanto, selecionar equipamentos com base apenas no UPH máximo pode não ser apropriado para produção de pequenos lotes.
Conclusão
A embalagem de semicondutores em pequenos lotes apresenta um conjunto diferente de desafios da fabricação em alto volume.
Trocas frequentes, custos de ferramentas, baixa utilização de equipamentos, qualificação de processos, gerenciamento de receitas, requisitos do operador e custo mais elevado por unidade podem afetar a eficiência da produção.
Por esta razão, o equipamento de embalagem ideal para a produção de pequenos lotes não é necessariamente a máquina com o maior UPH.
Em vez disso, os fabricantes devem considerar a flexibilidade geral, o tempo de troca, os requisitos de ferramentas, a estabilidade do processo, as capacidades do software e o custo total de propriedade.
À medida que as aplicações de semicondutores se tornam cada vez mais personalizadas e os ciclos de vida dos produtos se tornam mais curtos, os equipamentos de embalagens flexíveis desempenharão um papel cada vez mais importante no apoio à produção de semicondutores de baixo volume e alta mistura.
Referências
- Smith, J. (2020). "Desafios na fabricação de pequenos lotes". Jornal de Estudos de Manufatura.
- Johnson, A. (2021). “Equipamentos de embalagem para produção em pequena escala” . Embalagem hoje.
