A medida que la fabricación de semiconductores se diversifica cada vez más, la producción en lotes pequeños se vuelve más común. Esto es particularmente cierto para la electrónica automotriz, semiconductores de potencia, MEMS, sensores, dispositivos de RF, proyectos de investigación y desarrollo y productos semiconductores personalizados.
Sin embargo, los equipos de envasado de semiconductores suelen estar diseñados para una producción de gran volumen. Cuando se utiliza el mismo equipo para la producción de lotes pequeños, los fabricantes pueden enfrentar una serie de desafíos, incluidos cambios frecuentes de producto, altos costos de instalación, baja utilización del equipo y dificultades para mantener una calidad de producción estable.
Entonces, ¿cuáles son los principales desafíos que plantea el uso de equipos de envasado de semiconductores para la producción de lotes pequeños?
1. Cambios frecuentes de producto
Uno de los mayores desafíos en el empaque de semiconductores de lotes pequeños es la necesidad de cambiar frecuentemente entre diferentes productos.
Diferentes paquetes pueden requerir diferentes:
- Marcos o sustratos de plomo.
- Tamaños y configuraciones de matrices.
- Parámetros de unión
- Materiales de embalaje
- moldes y herramientas
- Accesorios de prueba
- Programas de software
Por ejemplo, es posible que sea necesario ajustar un soldador de matriz o un soldador de alambre cuando cambian el tamaño del chip, el tipo de paquete o los requisitos de unión.
En la producción de gran volumen, los equipos pueden ejecutar el mismo producto durante un largo período de tiempo. Sin embargo, en la producción de lotes pequeños, es posible que los operadores necesiten cambiar la configuración varias veces al día.
Esto aumenta el tiempo de configuración y reduce la utilización general del equipo.
2. Altos costos de herramientas y configuración
Los procesos de embalaje de semiconductores a menudo requieren herramientas y accesorios específicos.
Dependiendo del paquete y el proceso, los fabricantes pueden necesitar diferentes:
- Accesorios de unión
- Componentes del eyector de matriz
- Abrazaderas
- Moldes
- Tomas de prueba
- Boquillas
- Capilares
- herramientas de corte
- Bandejas y transportadores
Para una producción grande, el costo de estas herramientas se puede distribuir entre miles o millones de unidades.
Para la producción de lotes pequeños, el mismo costo de herramientas se distribuye entre una cantidad mucho menor de dispositivos. Como resultado, el coste de herramientas por unidad puede llegar a ser significativamente mayor.
Esto puede hacer que la producción en lotes pequeños sea menos atractiva económicamente.
3. Menor utilización del equipo
La utilización del equipo es otro tema importante.
Una máquina envasadora de semiconductores puede tener una UPH (unidades por hora) teórica alta, pero la producción en lotes pequeños no necesariamente permite que el equipo funcione continuamente a su capacidad nominal.
Por ejemplo, una máquina puede ser capaz de procesar cientos o miles de unidades por hora. Sin embargo, si cada lote de producción contiene sólo unos pocos cientos de unidades, se puede dedicar una cantidad considerable de tiempo a:
- Carga de producto
- Selección de recetas
- Reemplazo de herramientas
- Configuración de la máquina
- Ajuste de parámetros
- Calificación
- Limpieza
- Cambio de producto
Por lo tanto, la utilización real del equipo puede ser mucho menor que la capacidad teórica de la máquina.
4. La calificación del proceso se vuelve más importante
Al cambiar entre productos, es posible que sea necesario verificar los parámetros del proceso antes de que comience la producción.
En los procesos de envasado de semiconductores, incluso pequeños cambios en los parámetros pueden afectar la calidad del producto.
Dependiendo del proceso, es posible que los fabricantes deban verificar:
- Fuerza de unión
- Posición de unión
- Altura del bucle de alambre
- Precisión de colocación del troquel
- Volumen de dispensación
- Calidad de moldeo
- Dimensiones del paquete
- Rendimiento eléctrico
- Defectos visuales
Para la producción en lotes pequeños, el proceso de calificación puede representar una proporción relativamente grande del tiempo total de producción.
Esto es particularmente importante para aplicaciones automotrices, de semiconductores de potencia y otras aplicaciones donde se aplican estrictos requisitos de calidad.
5. Gestión de recetas y programas
La producción en lotes pequeños suele implicar una mayor cantidad de tipos de productos.
Esto significa que los fabricantes necesitan gestionar más recetas de equipos y programas de producción.
Una línea de envasado típica puede tener diferentes programas para diferentes:
- Tipos de paquetes
- Tamaños de troquel
- Patrones de vinculación
- Materiales de alambre
- Sustratos
- Parámetros del proceso
Por tanto, es esencial contar con un sistema de gestión de recetas eficaz.
Los operadores deben poder seleccionar rápidamente el programa correcto y al mismo tiempo minimizar el riesgo de utilizar una receta incorrecta.
Por esta razón, el software fácil de usar, la gestión de recetas y el control de acceso pueden ser tan importantes como el rendimiento mecánico del equipo.
6. Requisitos de habilidades del operador
La producción en lotes pequeños también puede aumentar la carga de trabajo de los operadores e ingenieros de procesos.
En la producción en masa, los procesos están altamente estandarizados y los operadores pueden realizar repetidamente la misma operación.
En la producción de lotes pequeños, es posible que los operadores necesiten manejar diferentes productos y configuraciones de equipos a lo largo del día.
Por lo tanto, necesitan comprender:
- Operación del equipo
- Configuración del producto
- Reemplazo de herramientas
- Selección de recetas
- Ajuste de parámetros
- Inspección de procesos
- Solución de problemas básicos
Esto hace que la formación de los operadores sea una consideración importante a la hora de seleccionar equipos de envasado de semiconductores.
7. Mantener una calidad constante
Otro desafío es mantener una calidad constante en diferentes lotes pequeños.
Cuando la producción cambia frecuentemente entre diferentes productos, pueden ocurrir variaciones durante la configuración y el ajuste de parámetros.
Por ejemplo, una alineación incorrecta, parámetros de unión inadecuados o una manipulación inadecuada del material pueden provocar defectos.
Por lo tanto, los fabricantes necesitan equipos con buena repetibilidad, control de movimiento preciso, gestión confiable de parámetros y monitoreo efectivo del proceso.
La automatización también puede ayudar a reducir la variación dependiente del operador.
8. Mayor costo por unidad
En última instancia, muchos de los desafíos anteriores contribuyen a un mayor costo por unidad.
Para envases de semiconductores de lotes pequeños, el costo total de producción puede incluir:
Costo de materiales + Costo de mano de obra + Costo de herramientas + Costo de instalación + Depreciación del equipo + Costo de calificación + Costo de chatarra
Incluso si el tiempo de procesamiento real por dispositivo es corto, las actividades de configuración y cambio pueden aumentar significativamente el costo total.
Por lo tanto, seleccionar equipos basándose únicamente en la UPH máxima puede no ser apropiado para la producción de lotes pequeños.
Conclusión
El embalaje de semiconductores en lotes pequeños presenta un conjunto de desafíos diferentes a los de la fabricación en gran volumen.
Los cambios frecuentes, los costos de herramientas, la baja utilización de equipos, la calificación de procesos, la gestión de recetas, los requisitos del operador y el mayor costo por unidad pueden afectar la eficiencia de la producción.
Por esta razón, el equipo de envasado ideal para la producción de lotes pequeños no es necesariamente la máquina con el UPH más alto.
En cambio, los fabricantes deberían considerar la flexibilidad general, el tiempo de cambio, los requisitos de herramientas, la estabilidad del proceso, las capacidades del software y el costo total de propiedad.
A medida que las aplicaciones de semiconductores se personalizan cada vez más y los ciclos de vida de los productos se acortan, los equipos de embalaje flexible desempeñarán un papel cada vez más importante para respaldar la producción de semiconductores de bajo volumen y alta mezcla.
Referencias
- Smith, J. (2020). "Desafíos en la fabricación por lotes pequeños". Revista de estudios de fabricación.
- Johnson, A. (2021). "Equipos de embalaje para producción a pequeña escala". Embalaje hoy.
