Slik forbedres kapasiteten til chiplet- og WLCSP-sammenstillinger ved å bruke bånd-og-rull-bærere med høy presisjon

Bransjestandarder som EIA-481 og IEC (International Electrotechnical Commission) 60286-3 krever en maksimal tillatt konveks krumning (camber) på 1 millimeter (mm) over en båndseksjon på 250 mm. De stiller også krav til lommestørrelser og generelle dimensjonstoleranser. Standardene dikterer ikke spesifikke materialer for bærerbåndsystemer. For små og robuste passive komponenter som brikkekondensatorer og motstander, kan et bærerbånd i papir være et godt valg. Det er billig og kan fungere godt for komponenter ned til tykkelser på rundt 0,9 mm.

For tynnere komponenter som krever en mer stiv lomme, slik som mange overflatemonterte (SMD) halvlederenheter, kan bånd av polyester, polystyren eller polykarbonat være et godt valg. Polyester kan oppleve relativt høy krymping, noe som gjør lommene mindre stabile når de lagres over lengre perioder. Polystyrenbånd kan ha relativt høy konveks krumning (camber), men ligger likevel innenfor EIA-481- og IEC 60286-3-spesifikasjonene. For de minste komponentene, som chiplet-er, WLCSP-er og BGA-er, er tape som er laget med spesialutviklet polykarbonat ofte det beste valget. Polykarbonat er sterkt og kan beskytte ømfintlige komponenter mot støt. Dessuten holder den lave krympingen lommene stabile over lengre perioder. Dette bidrar til å støtte nøyaktig båndmating og lommeposisjoner som trengs av plukkroboter.

Komponenter som krymper

Den kontinuerlige krympingen av halvlederenheter driver behovet for tettere dimensjonstoleranser for bærerbånd. Standardene for bærerbånd muliggjør lommedimensjoner som kan avvike opptil 100 mikrometer (μm). Dette er greit for passive komponenter i brikker og større SMD-halvlederenheter. Mindre komponenter krever toleranser på ca. 50 μm for å hindre overdreven enhetsrotasjon eller vipping i lommen. De nyeste formatene, som WLCSP, kan kreve lommer som er 44 % grunnere, relativt til større enheter (figur 1). De har også toleranser på 30 μm, som kun kan leveres konsekvent ved å bruke høypresisjons bærerbånd av polykarbonat.

Figur 1: Bruken av mindre komponenter som WLCSP har resultert i en 44 % reduksjon i lommehøyden på bærerbånd. (Bildekilde: 3M)

Chiplet-utfordringen

Bruken av chiplet-er er én måte som enhetsprodusenter bruker til å håndtere behovet for mindre løsninger. Chiplet-er gjør det mulig for enhetskonstruktører å velge fra en katalog av brikker som leverer spesifikke funksjoner som kan innkapsles sammen for å støtte høyere funksjonalitet på systemnivå. Vanlige chiplet-kapslingsteknologier inkluderer 2,5 dimensjoner (2,5D) og 3D-strukturer. I 2,5D-innkapsling, noen ganger kalt interposer-teknologi, er flere enheter montert side om side på et enkelt fundament. Interposeren gir konnektivitet. I en 3D-struktur er brikkene stablet for å oppnå en enda mindre fysisk størrelse.

Chiplet-er er nyttige, men de krever spesiell håndtering. De må også beskyttes mot skader forårsaket av elektrostatisk utladning (ESD). Den lille størrelsen gjør dem svært utsatt for feilstilling og kantflising i lommen hvis bærerbåndet ikke er svært stabilt med stramme toleranser. I tillegg foregår produksjonen i et renromsmiljø i klasse 10 000, så derfor kreves egnede bærerbånd med spesialutviklede egenskaper.

Egenskaper for polykarbonat

Spesialutviklet bærerbånd av polykarbonat har flere egenskaper som gjør dem spesielt godt egnet for bruk med ren plate-, chiplet-, WLCSP- og BGA-enheter. Den har en nominell overflatemotstand på mellom 10⁴ og 10⁸ Ω/kvadrat (Ω/square). Dette gjør det mulig å spre ladningsakkumulering forårsaket av triboelektriske virkninger, og dermed beskytte enheter som er følsomme mot elektrostatisk utladning (ESD). Polykarbonat er også svært stabilt, og opplever vanligvis en krymping på <0,1 % etter 24 timer ved +85 °C, sammenlignet med <0,5 % for polystyren under samme forhold.

Som et eksempel er 3M sitt 3000BD-presisjonsbærerbånd av polykarbonat laget ved hjelp av en innovativ prosess som produserer svært presise og nøyaktige lommer. Sammenlignet med de varmeformede lommene i konvensjonelle støtter, har 3000BD-båndene brattere sideveggvinkler, noe som reduserer muligheten for brikkebevegelser opp veggen. De har også stramme toleranser med hensyn til lengden og bredden på lommen for å hindre komponentrotasjon, og de har en ekstremt flat bunn som bidrar til forbedret ytelse med plukkrobotutstyr (figur 2). I tillegg vil de stramme lommetoleransene beskytte mot platekantflising, noe som kan være en ganske stor bekymring når chiplet-er og rene plater skal sendes.

Figur 2: Lommer i bærerbånd av polykarbonat (venstre) har steilere sider og flatere bunner sammenlignet med alternative bånd (høyre). (Bildekilde: 3M)

3000BD-bærerbåndet av polykarbonat er svært allsidig, og tilbys i formater som passer for både renromsmiljøer og ikke-renromsmiljøer. Ettersom de rengjøres og innkapsles i et renrom i klasse 10 000, gir dette maksimal beskyttelse mot partikkelforurensning, med partikkelantall som er 60–70 % lavere enn standard bærerbånd, og hver plastrull er forseglet i en statisk skjermpose for beskyttelse. 3000BD-bærerbånd er også tilgjengelige på pappruller for utstyr i ikke-renrom og for mindre følsomme komponenter.

Disse bærerbåndene er laget med en resirkulerbar karbonfylt termoplastpolymerfilm, og de støtter høye nivåer av bærekraft. De inneholder et lavere nivå av korrosive, vann-ekstraherbare ioniske forurensninger sammenlignet med andre bånd, og oppfyller nivået på 5 deler per million (ppm –parts per million) som trengs for å støtte forbedret loddeevne for loddeperler av tinn-bly (SnPb), indium-bly (InPb), gull (Au) og kobber (Cu) (figur 3).

Figur 3: Sammenligning av ioniske kontamineringsnivåer i ppm for tre båndmaterialer testet i henhold til kravene i MIL-STD-883E, metode 5011. (Bildekilde: 3M)

Bærerbånd med høy presisjon

To eksempler på presisjonsbånd av polykarbonat i 3000BD-serien fra 3M, inkluderer 3000BD-.12MM og 3000BD-12X8, som måler henholdsvis 220 meter (m) og 87 meter. De tilbys som kontinuerlige, skjøtefrie bånd som har en bredde fra 8 mm til 44 mm, med et viklingsformat på plastspoler fra 330 mm (13 tommer) til 560 mm (22 tommer) for renromsutstyr. Et planetviklingsformat er tilgjengelig som spesialordre. Avhengig av variabler som lommedybde og avstands- og viklingsformat, vil disse spolene vanligvis holde fra 30 til 2000 meter med bærerbånd (figur 4).

Figur 4: Presisjonsbånd i polykarbonat kommer i ruller på opptil 2000 m. (Bildekilde: 3M)

Valg av omslagsbånd

Å velge et presisjonsbånd med høy ytelse, er bare halve løsningen. Konstruktører trenger også et omslagsbånd som kan beskytte komponenter og gi en jevn kontaktflate med plukkrobotutstyr. To vanlige alternativer for omslagsbånd er varmeaktivert lim (HAA – heat-activated adhesive) og trykkfølsomt lim (PSA – pressure-sensitive adhesive).

HAA-bånd festes ved å bruke en oppvarmet forseglingssko for å presse på kantene av båndet, og dermed forsegle komponentene og etterlate dem fri for limrester. Med HAA må varmen, trykket og forseglingshastigheten styres nøyaktig. Limet på HAA-bånd kan også påvirkes av temperatur, fuktighet og oppbevaringstid. Som et resultat kan avtrekningskraften som trengs med HAA-tape være ganske inkonsekvent. Den varierende avtrekningskraften kan resultere i at enheter spretter ut av bærerlommene (kalt trampolinering), noe som forsinker monteringsprosessen.

For mindre komponenter som chiplet-er og WLCSP-er, kan PSA-bånd være det beste valget. PSA-bånd har en jevnere og mer konsistent avtrekningskraft, noe som minimerer trampolinering (trampolining) og øker hastigheten på monteringsprosessen. I tillegg er de mindre følsomme for varme- og temperaturforhold og har mindre sannsynlighet for å variere over tid. En ulempe med noen PSA-bånd er at de kan etterlate rester som kan bygge seg opp på monteringsmaskiner.

PSA-båndforseglinger i komponenter

For å utfylle 3000BD-serien med presisjonsbærere i polykarbonat, kan konstruktører bruke 3M sin 2668-serie med polyesterfilmbånd som er PSA-ledende, høyskjærende og trykkfølsomme. For eksempel måler 2668-5.4MMX500M 5,4 mm bred og 300 m lang, mens 2668-13.3MMX500M måler 13,3 mm bred og 300 m lang. Disse omslagsbåndene gir et flatere omslag sammenlignet med HAA-bånd, og gir en avtrekningskraft med en variasjon på ±10 gram sammenlignet med ±20 gram for standard HAA-omslagsbånd. De har et ledende blokkeringsfilmlag ved siden av komponenten for å gi ESD-beskyttelse og minimere limrester.

Bånd 2668 kan brukes med små komponenter, for eksempel rene plater, chiplet-er og WLCSP-er som krever ekstra forsiktighet, for å forhindre trampolinering under fjerning av bånd (figur 5). Som et resultat kan dette båndet brukes på utstyr for høyhastighetsfjerning av bånd for å øke hastigheten på monteringsprosessen. Den er tilgjengelig i standard og renromskompatibel emballasje. Forskjellene mellom de to er:

• Standardbånd leveres på en plastkjerne, innkapslet med papirinnlegg med høy tetthet og en sentreringskjerne i én enkel polyetylenpose som er innpakket i en pappkartong.
• Renromsbånd er det samme båndet, men leveres i to polyetylenposer. Dette gjør at omslagsbåndet kan brukes og oppbevares i et renrom i den indre posen som ikke har hatt direkte kontakt med pappkartongen.

Figur 5: Her vises PSA-bærerbånd (øverst til venstre) som trekkes av en ledende 3000BD-presisjonsbærer av polykarbonat med BGA-enheter for størrelsesreferanse. (Bildekilde: 3M)

Konklusjon

Presisjonsbåndsystemer av polykarbonat kan brukes sammen med PSA-bærerbånd for å forbedre ytelsen når enheter med rene plater, chiplet-er, hvelvet plate, brikkeskalinnkapsling, WLCSP og BGA brukes. Disse bånd-og-rull-systemene gir omfattende beskyttelse for ømfintlige komponenter, og de har de stramme dimensjonstoleransene som trengs for å støtte høyhastighets plukkrobotutstyr.

Anbefalt lesing

1. Tynnfilmteknologi med høy presisjon