À mesure que la fabrication de semi-conducteurs se diversifie, la production en petites séries devient plus courante. Cela est particulièrement vrai pour l'électronique automobile, les semi-conducteurs de puissance, les MEMS, les capteurs, les dispositifs RF, les projets de recherche et développement et les produits semi-conducteurs personnalisés.
Cependant, les équipements de conditionnement de semi-conducteurs sont souvent conçus pour une production en grand volume. Lorsque le même équipement est utilisé pour une production en petites séries, les fabricants peuvent être confrontés à un certain nombre de défis, notamment des changements de produits fréquents, des coûts de configuration élevés, une faible utilisation des équipements et des difficultés à maintenir une qualité de production stable.
Alors, quels sont les principaux défis liés à l’utilisation d’équipements de conditionnement de semi-conducteurs pour la production en petits lots ?
1. Changements de produits fréquents
L’un des plus grands défis liés au conditionnement de semi-conducteurs en petits lots est la nécessité de passer fréquemment d’un produit à l’autre.
Différents forfaits peuvent nécessiter différents :
- Cadres de connexion ou substrats
- Tailles et configurations des matrices
- Paramètres de liaison
- Matériaux d'emballage
- Moules et outillage
- Appareils d'essai
- Logiciels
Par exemple, un dispositif de liaison de puce ou de liaison par fil peut devoir être ajusté lorsque la taille de la puce, le type de boîtier ou les exigences de liaison changent.
Dans le cadre d’une production en grand volume, l’équipement peut faire fonctionner le même produit pendant une longue période. Cependant, dans la production en petites séries, les opérateurs peuvent devoir changer de configuration plusieurs fois par jour.
Cela augmente le temps de configuration et réduit l’utilisation globale de l’équipement.
2. Coûts élevés d’outillage et d’installation
Les processus de conditionnement de semi-conducteurs nécessitent souvent des outils et des accessoires dédiés.
En fonction de l'emballage et du processus, les fabricants peuvent avoir besoin de différents éléments :
- Appareils de collage
- Composants de l'éjecteur
- Pinces
- Moules
- Prises de test
- Buses
- Capillaires
- Outils de coupe
- Plateaux et transporteurs
Pour une production à grande échelle, le coût de ces outils peut être réparti sur des milliers, voire des millions d’unités.
Pour la production en petites séries, le même coût d’outillage est réparti sur un nombre beaucoup plus restreint d’appareils. En conséquence, le coût unitaire de l’outillage peut devenir considérablement plus élevé.
Cela peut rendre la production en petites séries moins attrayante sur le plan économique.
3. Utilisation réduite de l’équipement
L'utilisation des équipements est une autre question importante.
Une machine de conditionnement de semi-conducteurs peut avoir un UPH (unités par heure) théorique élevé, mais la production en petits lots ne permet pas nécessairement à l'équipement de fonctionner en continu à sa capacité nominale.
Par exemple, une machine peut être capable de traiter des centaines ou des milliers d’unités par heure. Cependant, si chaque lot de production ne contient que quelques centaines d’unités, un temps considérable peut être consacré à :
- Chargement du produit
- Sélection de recettes
- Remplacement d'outil
- Configuration de la machine
- Réglage des paramètres
- Qualification
- Nettoyage
- Changement de produit
Par conséquent, l’utilisation réelle de l’équipement peut être bien inférieure à la capacité théorique de la machine.
4. La qualification des processus devient plus importante
Lors du changement de produit, les paramètres du processus peuvent devoir être vérifiés avant le début de la production.
Pour les processus de conditionnement de semi-conducteurs, même de petites modifications des paramètres peuvent affecter la qualité du produit.
Selon le processus, les fabricants devront peut-être vérifier :
- Force de liaison
- Position de liaison
- Hauteur de la boucle métallique
- Précision du placement des matrices
- Volume de distribution
- Qualité du moulage
- Dimensions du colis
- Performances électriques
- Défauts visuels
Pour la production en petits lots, le processus de qualification peut représenter une proportion relativement importante du temps de production total.
Ceci est particulièrement important pour les applications automobiles, les semi-conducteurs de puissance et d'autres applications où des exigences de qualité strictes s'appliquent.
5. Gestion des recettes et des programmes
La production en petites séries implique généralement un plus grand nombre de types de produits.
Cela signifie que les fabricants doivent gérer davantage de recettes d’équipement et de programmes de production.
Une ligne de conditionnement typique peut avoir différents programmes pour différents :
- Types de forfaits
- Tailles de matrice
- Modèles de liaison
- Matériaux de fil
- Substrats
- Paramètres du processus
Un système de gestion des recettes efficace est donc essentiel.
Les opérateurs doivent être capables de sélectionner rapidement le bon programme tout en minimisant le risque d'utiliser une recette incorrecte.
Pour cette raison, un logiciel convivial, la gestion des recettes et le contrôle d’accès peuvent être tout aussi importants que les performances mécaniques de l’équipement.
6. Exigences en matière de compétences de l'opérateur
La production en petits lots peut également augmenter la charge de travail des opérateurs et des ingénieurs de procédés.
Dans la production de masse, les processus sont hautement standardisés et les opérateurs peuvent effectuer la même opération de manière répétée.
Dans la production en petits lots, les opérateurs peuvent avoir besoin de gérer différents produits et configurations d'équipement tout au long de la journée.
Ils doivent donc comprendre :
- Fonctionnement de l'équipement
- Configuration du produit
- Remplacement d'outil
- Sélection de recettes
- Réglage des paramètres
- Inspection des processus
- Dépannage de base
La formation des opérateurs est donc un élément important à prendre en compte lors de la sélection des équipements de conditionnement de semi-conducteurs.
7. Maintenir une qualité constante
Un autre défi consiste à maintenir une qualité constante sur différents petits lots.
Lorsque la production bascule fréquemment entre différents produits, des variations peuvent se produire lors de la configuration et du réglage des paramètres.
Par exemple, un alignement incorrect, des paramètres de liaison inappropriés ou une mauvaise manipulation des matériaux peuvent entraîner des défauts.
Les fabricants ont donc besoin d'équipements offrant une bonne répétabilité, un contrôle de mouvement précis, une gestion fiable des paramètres et une surveillance efficace des processus.
L'automatisation peut également contribuer à réduire les variations dépendant de l'opérateur.
8. Coût unitaire plus élevé
En fin de compte, bon nombre des défis ci-dessus contribuent à un coût unitaire plus élevé.
Pour le conditionnement de semi-conducteurs en petits lots, le coût de production total peut inclure :
Coût des matériaux + Coût de la main d'œuvre + Coût de l'outillage + Coût d'installation + Dépréciation de l'équipement + Coût de qualification + Coût de la ferraille
Même si le temps de traitement réel par appareil est court, les activités de configuration et de changement peuvent augmenter considérablement le coût total.
Par conséquent, la sélection d’équipements basée uniquement sur l’UPH maximum peut ne pas être appropriée pour la production en petits lots.
Conclusion
Le conditionnement de semi-conducteurs en petits lots présente un ensemble de défis différents de ceux de la fabrication en grand volume.
Les changements fréquents, les coûts d'outillage, la faible utilisation des équipements, la qualification des processus, la gestion des recettes, les exigences des opérateurs et le coût unitaire plus élevé peuvent tous affecter l'efficacité de la production.
Pour cette raison, l’équipement d’emballage idéal pour la production en petites séries n’est pas nécessairement la machine avec l’UPH le plus élevé.
Les fabricants doivent plutôt prendre en compte la flexibilité globale, le temps de changement, les exigences en matière d'outillage, la stabilité des processus, les capacités logicielles et le coût total de possession.
À mesure que les applications des semi-conducteurs deviennent de plus en plus personnalisées et que les cycles de vie des produits deviennent plus courts, les équipements d'emballage flexibles joueront un rôle de plus en plus important dans le soutien à la production de semi-conducteurs à faible volume et à forte diversité.
Références
- Smith, J. (2020). "Les défis de la fabrication en petits lots". Journal d'études sur la fabrication.
- Johnson, A. (2021). "Équipement d'emballage pour la production à petite échelle". L'emballage aujourd'hui.
