I takt med att halvledartillverkning blir allt mer diversifierad, blir småpartiproduktion allt vanligare. Detta gäller särskilt för fordonselektronik, krafthalvledare, MEMS, sensorer, RF-enheter, forsknings- och utvecklingsprojekt och skräddarsydda halvledarprodukter.
Emellertid är halvledarförpackningsutrustning ofta utformad för produktion i stora volymer. När samma utrustning används för produktion i små serier kan tillverkare ställas inför ett antal utmaningar, inklusive frekventa produktbyten, höga installationskostnader, lågt utrustningsutnyttjande och svårigheter att upprätthålla en stabil produktionskvalitet.
Så, vilka är de största utmaningarna med att använda halvledarförpackningsutrustning för produktion av små partier?
1. Frekventa produktbyten
En av de största utmaningarna inom halvledarförpackningar i små partier är behovet av att ofta byta mellan olika produkter.
Olika paket kan kräva olika:
- Blyramar eller underlag
- Formstorlekar och konfigurationer
- Bindningsparametrar
- Förpackningsmaterial
- Formar och verktyg
- Testar fixturer
- Programvara
Till exempel kan en formbonder eller trådbonder behöva justeras när spånstorleken, förpackningstypen eller bindningskraven ändras.
I högvolymproduktion kan utrustning köra samma produkt under lång tid. I småbatchproduktion kan dock operatörer behöva ändra inställningar flera gånger om dagen.
Detta ökar inställningstiden och minskar det totala utrustningsutnyttjandet.
2. Höga verktygs- och installationskostnader
Halvledarförpackningsprocesser kräver ofta dedikerade verktyg och fixturer.
Beroende på paketet och processen kan tillverkare behöva olika:
- Bindningsfixturer
- Die ejektorkomponenter
- Klämmor
- Formar
- Testa uttag
- Munstycken
- Kapillärer
- Skärverktyg
- Brickor och bärare
För en stor produktionsserie kan kostnaden för dessa verktyg fördelas på tusentals eller miljontals enheter.
För små serieproduktion är samma verktygskostnad fördelad på ett mycket mindre antal enheter. Som ett resultat kan verktygskostnaden per enhet bli betydligt högre.
Detta kan göra småpartiproduktion mindre ekonomiskt attraktiv.
3. Lägre utrustningsutnyttjande
Utnyttjande av utrustning är en annan viktig fråga.
En halvledarförpackningsmaskin kan ha en hög teoretisk UPH (Units Per Hour), men produktion i små partier tillåter inte nödvändigtvis utrustningen att arbeta kontinuerligt med sin nominella kapacitet.
Till exempel kan en maskin vara kapabel att bearbeta hundratals eller tusentals enheter per timme. Men om varje produktionssats bara innehåller några hundra enheter kan en avsevärd tid läggas på:
- Produkten laddas
- Receptval
- Verktygsbyte
- Maskininställning
- Parameterjustering
- Kompetens
- Rengöring
- Produktbyte
Därför kan det faktiska utrustningsutnyttjandet vara mycket lägre än maskinens teoretiska kapacitet.
4. Processkvalificering blir viktigare
Vid byte mellan produkter kan processparametrar behöva verifieras innan produktionen startar.
För halvledarförpackningsprocesser kan även små förändringar i parametrar påverka produktkvaliteten.
Beroende på processen kan tillverkare behöva kontrollera:
- Bindningsstyrka
- Bindningsposition
- Trådslingans höjd
- Noggrannhet i formplaceringen
- Utmatningsvolym
- Formningskvalitet
- Förpackningens mått
- Elektrisk prestanda
- Synfel
För småpartiproduktion kan kvalificeringsprocessen utgöra en relativt stor del av den totala produktionstiden.
Detta är särskilt viktigt för fordon, krafthalvledare och andra applikationer där strikta kvalitetskrav gäller.
5. Recept- och programhantering
Tillverkning i små partier omfattar vanligtvis ett större antal produkttyper.
Detta innebär att tillverkare måste hantera fler utrustningsrecept och produktionsprogram.
En typisk förpackningslinje kan ha olika program för olika:
- Pakettyper
- Formstorlekar
- Bindningsmönster
- Trådmaterial
- Substrat
- Processparametrar
Ett effektivt recepthanteringssystem är därför viktigt.
Operatörer måste snabbt kunna välja rätt program och samtidigt minimera risken för att använda ett felaktigt recept.
Av denna anledning kan användarvänlig programvara, recepthantering och åtkomstkontroll vara lika viktigt som utrustningens mekaniska prestanda.
6. Operatörens skicklighetskrav
Småpartiproduktion kan också öka arbetsbelastningen för operatörer och processingenjörer.
Vid massproduktion är processer mycket standardiserade och operatörer kan upprepade gånger utföra samma operation.
I småpartiproduktion kan operatörer behöva hantera olika produkter och utrustningskonfigurationer under dagen.
De måste därför förstå:
- Drift av utrustning
- Produktinställning
- Verktygsbyte
- Receptval
- Parameterjustering
- Processinspektion
- Grundläggande felsökning
Detta gör operatörsutbildning till en viktig faktor vid val av halvledarförpackningsutrustning.
7. Upprätthålla konsekvent kvalitet
En annan utmaning är att upprätthålla jämn kvalitet över olika små partier.
När produktionen ofta växlar mellan olika produkter kan variationer förekomma under installation och parameterjustering.
Till exempel kan felaktig uppriktning, olämpliga bindningsparametrar eller felaktig materialhantering leda till defekter.
Tillverkare behöver därför utrustning med god repeterbarhet, exakt rörelsekontroll, tillförlitlig parameterhantering och effektiv processövervakning.
Automatisering kan också bidra till att minska operatörsberoende variation.
8. Högre kostnad per enhet
I slutändan bidrar många av utmaningarna ovan till en högre kostnad per enhet.
För halvledarförpackningar i små partier kan den totala produktionskostnaden inkludera:
Materialkostnad + arbetskostnad + verktygskostnad + installationskostnad + utrustningsavskrivning + kvalifikationskostnad + skrotkostnad
Även om den faktiska handläggningstiden per enhet är kort, kan installations- och omställningsaktiviteter öka den totala kostnaden avsevärt.
Därför kanske det inte är lämpligt att välja utrustning baserad enbart på maximal UPH för små serier.
Slutsats
Halvledarförpackningar i små partier presenterar en annan uppsättning utmaningar från tillverkning av stora volymer.
Frekventa byten, verktygskostnader, lågt utrustningsutnyttjande, processkvalificering, recepthantering, operatörskrav och högre kostnad per enhet kan alla påverka produktionseffektiviteten.
Av denna anledning är den idealiska förpackningsutrustningen för produktion av små serier inte nödvändigtvis maskinen med den högsta UPH.
Istället bör tillverkare överväga den övergripande flexibiliteten, övergångstiden, verktygskrav, processstabilitet, mjukvarukapacitet och totala ägandekostnader.
I takt med att halvledarapplikationer blir allt mer kundanpassade och produktlivscyklerna blir kortare kommer flexibel förpackningsutrustning att spela en allt viktigare roll för att stödja lågvolym, högmixad halvledarproduktion.
Referenser
- Smith, J. (2020). "Utmaningar i det lilla - Batch Manufacturing". Journal of Manufacturing Studies.
- Johnson, A. (2021). "Förpackningsutrustning för småskalig produktion". Förpackning idag.
