## MODIFIKASI MESIN TRIM FORM PADA PROSES PENGEMASAN INTEGRATED CIRCUIT UNTUK PENURUNAN DAMAGED LEAD
Nur Sakinah Asaad 1,2 , Purwanto 1
1 Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Batam
2 Teaching Factory Manufacturing of Electronics (TFME), Politeknik Negeri Batam
Jalan Ahmad Yani, Batam Centre, Batam 29461, Indonesia
E-mail: nina.asaad@polibatam.ac.id

## Abstrak
Proses pengemasan Integrated Circuit (IC) pada kemasan Low Profile Quad Flat Package (LQFP) membutuhkan mesin trim form untuk pemotongan, pembentukan dan pemisahan kaki IC sebelum dipisahkan dari lead frame . Salah satu urutan proses pada mesin trim form adalah bagian offload yaitu penempatan IC ke dalam tray dengan modul pick and place termasuk didalamnya turn table dengan pergerakan buka tutup untuk menyesuaikan jarak antar kolom dari leadframe sebelum dipindahkan ke tray . Pergerakan buka tutup dari turn table ini berpengaruh terhadap  cacat  produksi damaged  lead .  Modifikasi  ditujukan  untuk  deteksi  dini  ketidakselarasan  pergerakan sehingga mesin dapat berhenti otomatis dan mengurangi cacat produksi melalui penambahan dua sensor proximity pada turn table . Hasil penelitian menunjukkan penurunan error pada turn table sebesar 88% dan assembly yield mencapai 99.985% atau terjadi peningkatan sebesar 0.07%.
Kata kunci: Integrated Circuit, trim form, turn table , damaged lead, LQFP

## Abstract
Integrated circuit (IC) packaging process of Low Profile Quad Flat Package (LQFP) needs the trim form machine for  trimming,  forming  and  splitting  the  IC  leads  before  separated  from  the  lead  frame.  One  of  the  process sequences in trim form machine is offloaded sequence which is placement of IC units into the tray with the pick and  place  module  including  turn  tables  with  open  and  close  movements  to  adjust  space  between  lead  frame columns  before  being  moved  to  a  tray.  The  opening  and  closing  of  the  turn  table  affects  the  damaged  lead production defects. Modifications were intended for early detection of movement misalignment so that the engine can stop automatically and reduce production defects by adding two proximity sensors on the turn table. Based on the  result  of  this  research,  the  error  on  the  turn  table  could  be  reduced  to  88%  with  assembly  yield  achieved 99.985% or increased up to 0.07%.
Keywords: Integrated Circuit, trim form, turn table, damaged lead, LQFP

## 1. Pendahuluan
Back-End-of-Line (BEOL)  merupakan  proses  akhir dari  dari  tahapan  fabrikasi Integrated  Circuit (IC). Pada  proses  ini  unit  IC  akan  dikemas  agar  IC  dapat lebih  tahan  terhadap  panas  dan  lingkungan,  serta mempunyai  interkoneksi  yang  handal  terhadap substrat  yaitu Printed  Circuit  Board (PCB)  [1-2]. Teknologi  pengemasan  IC  berkembang  mulai  dari through  hole seperti  kemasan Dual  in-line  Package (DIP) sampai  dengan  kemasan Surface  Mount Technology (SMT)  berupa Low  Profile  Quad  Flat Package (LQFP).  Proses  akhir  dalam  manufaktur
kemasan  LQFP  adalah trim  form.  Trim  form adalah proses pemotongan, pembentukan dan pemisahan unit IC  dari  kerangkanya  yang  disebut  dengan lead frame [3]. Proses trim form yang tidak sempurna dapat mengakibatkan  kegagalan  mekanik  dan  cacat  pada kemasan  IC  yang  dihasilkan[4-8].  Pada  proses pengemasan LQFP diketahui bahwa faktor penyebab cacat  kaki  komponen  adalah  proses trim  form serta penanganan material yang tidak sempurna [9].  Cacat kaki  komponen  dalam  pengemasan  IC  yang terpengaruh  oleh  proses trim  form akan  disebut dengan damaged lead . Cacat ini terjadi karena adanya kontak mekanikal pada kaki IC, sehingga bentuk dan ukuran  produk  tidak  sesuai  dengan  kriteria
e -ISSN: 2548-9828
penerimaan  IC.  Kontak  mekanikal  secara  berlebihan akan  menajdi  penyebab  kemiringan  kaki  IC  ataupun patah. Gambar 1 menunjukkan damaged lead berupa kaki  yang  miring  akibat  kontak  fisik  dengan  benda lain.

## Gambar 1: Damaged Lead
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  menurunkan  cacat damaged lead akibat pemindahan unit IC LQFP yang tidak  sesuai  pada  mesin trim  form di  bagian  BEOL. Keberhasilan penelitian diindikasikan oleh peningkatan assembly  yield, yaitu  persentase keberhasilan  hasil  produksi  tanpa  cacat. Assembly yield untuk kemasan IC yang kompleks berada di atas 99%,  dan perubahan persentase assembly yield akan berdampak  besar  pada  biaya  ekonomi[10].  Oleh karena itu, peningkatan assembly yield , menjadi target dari industri pengemasan IC.

## 2. Trim Form
Proses  pengemasan  IC  LQFP  pada  mesin trim  form terdiri  atas  enam  tahapan  yang  ditunjukkan  oleh gambar 2 dan 3. Proses (A) merupakan proses onload yaitu  penempatan lead  frame yang  memuat  delapan kemasan IC ke dalam mesin sebelum dilakukan trim atau  pemotongan dambar, yaitu  bagian  dari lead frame yang  menyatukan  kaki-kaki  komponen (B). Selanjutnya  dilakukan preform dimana  kaki  IC dibengkokkan sebesar 15  (C) sebelum dibengkokkan kembali menjadi tipe gull wing yang disebut dengan proses final form (D). Panjang kaki IC akan dipotong sesuai dengan ukuran pada proses lead length cut (E) sebelum  menjadi  produk  akhir  berupa  IC  LQFP. Proses pemisahan unit IC dari lead frame menjadi unit satuan (F) dikenal dengan singulation . Produk satuan IC  ditempatkan  ke  dalam  wadah  atau tray menggunakan  modul pick  and  place dalam  tahapan yang disebut offload .
Gambar 2: Tahapan Pembentukan IC  LQFP

## Gambar 3: Diagram Blok Mesin Trim Form
Tahapan offload terdiri  atas  beberapa  bagian  yang ditunjukkan  oleh  gambar  4.  Bagian  pertama  adalah transfer pad yang tersusun secara matriks empat baris dua  kolom  sehingga  terdapat  16  unit  dalam  sekali proses transfer. Unit selanjutnya berpindah ke bagian turn  table untuk  penyesuaian  jarak  antar  kolom menjadi  lebih  kecil  dengan  cara  menutup  landasan meja  sehingga  unit  dapat  ditransfer  ke  bagian precissor . Precissor merupakan  tempat  transisi  unit sebelum  dipindahkan  ke  dalam  wadah  yang selanjutnya disebut tray . Pada proses akhir, unit-unit ini akan dipindahkan ke tray pada bagian offload tray .
Gambar 4: Diagram Blok Offload
Turn  table terdiri  atas  dua  meja  yang  bergerak membuka dan menutup. Mekanisme pergerakan meja dilakukan  oleh  dua  silinder  elektropneumatik  dan dibatasi oleh dua sensor reed switch . Sensor berfungsi untuk mendeteksi posisi silinder pada saat membuka dan  menutup.  Sensor  kiri  berfungsi  sebagai  sensor batas  pada  saat  membuka  sedangkan  sensor  kanan untuk batas pada saat  menutup.  Pada mesin terdapat saluran vakum yang berfungsi untuk menahan posisi unit-unit  IC  di  atas  meja  agar  tetap  stabil. Pick  and place akan  memindahkan  unit  IC  dari turn  table ke bagian precissor .  Tampilan  awal  dari turn  table ditunjukkan oleh gambar 5.

## Gambar 5: Turn Table
Mekanisme  pergerakan turn  table lebih  detail ditunjukkan  oleh  gambar  6.  Pergerakan  buka  tutup meja  dilakukan  untuk  menyesuaikan  lebar  jarak antara  IC  dengan tray setelah  dipisahkan  dalam proses singulation sebelum  ditransfer  ke precissor . Turn table akan membuka selebar 16.7 mm pada saat menerima  IC  dari transfer  pad dan  menutup  dengan jarak 12 mm ketika unit akan ditransfer ke turn table .
Gambar  6: Mekanisme Pergerakan pada Turn Table

## 3. Desain Modifikasi Turn Table
Mekanisme  pergerakan turn  table sebelum  proses modifikasi  ditunjukkan  oleh  gambar  7.  Sensor  limit open dan close tidak  dapat  mendeteksi  kesalahan posisi  meja  apabila  terjadi  kondisi  meja  yang miring/ misaligned akibat terdapat unit IC yang jatuh atau obyek luar mengganjal pada area A dan B. Pada kondisi dengan unit atau obyek mengganjal pada area A,  maka meja  A  tidak  akan  dapat  menutup  dengan sempurna. Karena sensor close pada  silinder B tetap aktif, maka sistem tidak dapat mendeteksi kesalahan. Demikian pula sebaliknya, apabila terdapat unit atau obyek luar yang mengganjal pada area B, maka meja B tidak dapat membuka sempurna. Selain itu, sistem juga  tidak  akan  dapat  mendeteksi  kesalahan  yang disebabkan  oleh  sensor open pada silinder  A  yang tetap aktif.
Gambar 7:  Mekanisme Turn Table sebelum Dimodifikasi
Modifikasi dilakukan dengan penambahan dua sensor proximity untuk  mendeteksi turn  table pada  saat kondisi  membuka.  Sensor reed  switch yang  telah terpasang sebelumnya pada kedua silinder dialihfungsikan untuk mendeteksi turn table pada saat kondisi  menutup.  Agar  sensor proximity berfungsi dengan baik, maka ditambahkan dudukan sensor yang disesuaikan dengan kondisi turn table .

## Gambar 8: Desain Dudukan Sensor
Dudukan  sensor  tambahan  terdiri  atas  dua  bagian utama  yaitu  bagian  dasar  (sensor mounting) sebagai dudukan  dari  sensor  dan  bagian  pemegang  sensor (sensor holder )  kiri  dan  kanan  sebagai  penyangga sensor proximity dan  berfungsi  untuk  melimitasi pembukaan  kiri  dan  kanan  dari  pergerakan  silinder turn  table. Desain  dudukan  sensor  pada  gambar  8 diimplementasikan  dari  bahan  aluminium  dengan alasan  ringan  sehingga  memudahkan  pergerakan mesin.  Bagian sensor holder kiri dan kanan didesain dengan bentuk dan ukuran yang sama. Detail dimensi dalam  satuan  mm  dari  dudukan  sensor  ditunjukkan oleh gambar 9.

## Gambar 9: Dimensi Dudukan Sensor
Langkah  modifikasi  dilakukan  dengan  pengubahan fungsi  sensor reed  switch menjadi  sensor  untuk menutup kiri ( close L) dan menutup kanan ( close R), serta  penambahan  sensor proximity sebagai  sensor untuk  membuka  kiri  ( open L)  dan  membuka  kanan ( open R). Kondisi kedua sensor kiri dan kanan harus terpenuhi  apabila turn  table bergerak  membuka ataupun  menutup.  Apabila  kondisi  tidak  dapat terpenuhi maka mesin akan mengirimkan pesan error dan  menghentikan  proses  produksi.  Pesan error ini tidak  dapat  dihilangkan  apabila  kondisi turn  table belum kembali normal.
Gambar 10 : Mekanisme Turn Table setelah Dimodifikasi
Gambar 11: Turn table hasil Modifikasi
Penampakan mesin trim form yang telah dimodifikasi secara  lengkap  dapat  dilihat  pada  gambar  11.  Tidak ada  perubahan  pada  letak  sensor reed  switch. Dua sensor proximity ditempatkan  pada  bagian  kiri  dan kanan turn  table untuk  gerakan  membuka  meja dengan  penambahan  dudukan  sensor  pada  bagian depan meja.

## 4. Penurunan Damaged Lead
Modifikasi  yang  dilakukan  pada  penelitian  ini dikhususkan  untuk  penurunan damaged  lead pada kemasan LQFP. Data yang digunakan  meliputi cacat unit  yang  terjadi  di  semua  bagian  mesin trim  form selama empat bulan yang ditunjukkan oleh gambar 12. Cacat damaged  lead sebagian  besar  terjadi  karena misplaced unit,  yaitu  peletakan  unit  IC  yang  miring terhadap landasan atau tempat IC. Slug pulling adalah damaged  lead yang  terjadi  pada  proses  pemotongan kaki  IC  ( lead  length  cut )  yaitu  sebesar  20%.  Cacat unit  ini  terjadi  karena  sisa  potongan  kaki  IC  tidak jatuh di bagian pembuangan.  Sedangkan cacat di area singulation sebesar  10%  terjadi  karena  proses pemisahan  unit  terkendala  oleh lead  frame yang bengkok  atau  modul singulation yang  kotor.  Data cacat  yang  terjadi  di  area turn  table sebesar  10%, tetapi  karena  proses  yang  berurutan  maka  kesalahan pada turn table ini akan mengakibatkan cacat karena misplaced unit di area precissor sebesar 40% dan tray sebesar  20%.  Dengan  adanya  proses  modifikasi  di area turn  table, maka  diharapkan  terjadi  penurunan damaged lead di area turn table.
Gambar 12: Damaged lead pada Mesin Trim Form
Berdasarkan data pada grafik gambar 13 dan gambar 14  terlihat  bahwa  jumlah error yang  terjadi  pada mesin trim  form mengalami  penurunan  yang signifikan,  terutama  pada  tiga  bulan  terakhir  setelah modifikasi tidak terdapat error pada mesin trim form . Error ini akan menyebabkan kegagalan produksi pada proses  yang  terjadi  setelah  tahapan  ini  sehingga penurunan error pada turn  table akan  meningkatkan jumlah unit IC yang dihasilkan tanpa kesalahan.
Gambar 13: Grafik Error pada Turn Table sebelum Modifikasi

## Gambar 14: Grafik Error pada Turn Table setelah Modifikasi
Perbandingan  data  hasil  produksi  sebelum  dan sesudah  modifikasi  selama  empat  bulan  dilakukan untuk  melihat  signifikansi  hasil  penelitian  terhadap hasil  produksi.  Dari  grafik  pada  gambar  15  dan gambar  16  terlihat  penurunan  jumlah  unit  yang mengalami  cacat  produksi damaged  lead sangat signifikan  sehingga assembly  yield selama  empat bulan dapat berada di atas target 99.94%.
Gambar 15: Grafik Damaged Lead sebelum Modifikasi
Gambar 16: Grafik Damaged Lead setelah Modifikasi
Perbandingan error dan assembly yield selama empat bulan ditunjukkan oleh tabel 1.
Tabel 1: Perbandingan Error dan     Assembly Yield
Bulan  Sebelum Sesudah Pengurangan Sebelum Sesudah Peningkatan
1 2 1 50% 99.94 99.99 0.05% 2 3 0 100% 99.93 99.99 0.06% 3 4 0 100% 99.94 99.99 0.05% 4 2 0 100% 99.85 99.97 0.12% Rata-rata 0.25 88% Rata-rata 99.985 0.07% Error (Kali) Assembly Yield (%) Hasil penelitian menunjukkan assembly yield stabil di atas target yield dengan rata-rata 99.985% atau terjadi peningkatan  sebesar  0.07%. Error pada turn  table berhasil dikurangi sebesar 88%.

## 5. Kesimpulan
Modifikasi turn table melalui penambahan dua sensor proximity pada mesin trim form berhasil menurunkan jumlah error pada  area turn  table sebesar  0.07%. Penurunan  ini  berdampak  pada  berkurangnya  cacat produksi damaged lead pada kemasan LQFP sehingga terjadi peningkatan assembly yield sebesar 99.985%.

## Referensi
[1] H. Geng,  “Semiconductor  Manufacturing Handbook”,  Edisi  Kedua, Mc  Graw  Hill
Education , California, 2018.
[2] H. Ardebili, J. Zhang, M.G. Pecht, Encapsulation Technologies  for  Electronic  Applications,  Edisi Kedua, Elsevier , 2018.
[3] G. Kelly, The Simulation of Thermomechanically Induced  Stress  in  Plastic  Encapsulated  IC Packages, Springer  Science+Business  Media ,
New York, 1999. [4] Q.  Qian.,  Yong  Liu,  Yumin  Liu,  H.  Yang,  Scott Irving., “TO220 Package Lead frame Optimization  for  Reducing  Trim  and  Form Delamination  by  Simulation”, 6th  International Conference on Electronic Packaging Technology , Shenzhen, China, 2005.
[5] Yong  L.,  S.  Irving,  M.  Rioux,,  “Delamination Modeling  for  IC  Package  with  Multiple  Initial Cracks”, 53rd  Electronic  Components  and Technology Conference , Lousiana, USA, 2003.
[6] A.  R.  Uy  ,  M.V.  Picardal,  P.  Enriquez,    A.C. Alaraz, Package Crack Resolution Through Low
Stress  Dambar  Punch  Design:  A  Six  Sigma DMAIC Approach, 34th IEEE/CPMT International Electronic Manufacturing Technology Symposium (IEMT), Melaka, Malaysia, 2010.
[7] W.L. Chin, C.E. Tan, Norsholiha Mohd Shauffi, Crack  Die  Elimination  by  Comprehensive Optimization  Throughout  All  Assembly  Process Steps, IEEE  37th  International  Electronics Manufacturing  Technology  (IEMT)    18th Electronics  Materials  and  Packaging  (EMAP) Conference , 2016.
[8] K.A.Z. Abidin, K.C. Lee, I. Ibrahim, A. Zainudin, Problem Analysis at Semiconductor Company: A Case  Study  on  IC  Packages, Journal  of  Applied Sciences 11 , 1937-1944, 2011.
[9] T.S.  Kiong,  I.  Ruzaini,  Kesvakumar,  F.C.Seng, Package Warpage Challenges for LQFP 144 Lead CMOS  90  Device  and  it's  Impact  to  Lead Coplanarity, 34th  IEEE/CPMT  International
Electronic Manufacturing
Technology Symposium (IEMT) ,  Melaka, Malaysia 2010.
[10] S.  Balasubramaniam,  A.K.  Sarwar,  D.  M.  H. Walker,  Yield  Learning  in  Integrated  Circuit Package  Assembly, IEEE  Transactions  on Components,  Packaging,  and  Manufacturing Technology , Part C, Vol. 20, No. 2, April 1997.