如何利用精密編帶包裝載帶提高芯粒和 WLCSP 裝配產量

作者：Jeff Shepard

投稿人：DigiKey 北美編輯

EIA-481 和國際電工委員會 (IEC) 60286-3 等行業標準規定，在一段 250 mm 的載帶上，最大容許彎曲度為 1 mm。這些標準還規定了口袋尺寸和整體尺寸公差。對于載帶系統的具體材料，標準未做規定。對于小而堅固的無源元器件（如片式電容器和電阻器），紙質載帶是不錯的選擇。這種載帶價格低廉，適用于厚度小至 0.9 mm 的元器件。

對于需要更堅固口袋的更薄元器件，如許多表面貼裝 (SMD) 半導體器件，聚酯、聚苯乙烯或聚碳酸酯載帶都是不錯的選擇。聚酯纖維的收縮率相對較高，長期存放會降低口袋的穩定性。聚苯乙烯載帶的彎曲度相對較高，但仍符合 EIA-481 和 IEC 60286-3 規范。對于最小的元器件，如芯粒、WLCSP 和 BGA，使用改良聚碳酸酯制成的載帶通常是最佳選擇。聚碳酸酯堅固耐用，可保護易損元器件免受沖擊。此外，其收縮率較低，能夠使口袋在較長時間內保持穩定。這有助于支持拾放機所需的精確送帶和口袋定位。

不斷縮小的元器件

半導體器件的不斷縮小推動了對更嚴格載帶尺寸公差的需求。載帶標準允許的口袋尺寸偏差最高為 100 μm。這對于片式無源元器件和較大的 SMD 半導體器件來說沒問題。而較小的元器件需要約 50 μm 的公差，以防止器件在口袋內過度旋轉或傾斜。與較大的器件相比，WLCSP 等最新封裝可能需要口袋淺 44%（圖 1）。它們還要求 30 μm 的公差，只有高精度聚碳酸酯載帶才能始終如一地達到這一要求。

圖 1：WLCSP 等更小元器件的使用導致載帶的口袋高度減少 44%。（圖片來源：[3M]）

芯粒挑戰

使用芯粒是器件制造商滿足對更小解決方案需求的一種方式。芯粒使器件設計人員能夠從提供特定功能的芯片目錄中進行選擇，這些功能可以封裝在一起，以支持更高的系統級功能。常見的芯粒封裝技術包括 2.5D 和 3D 結構。在 2.5D 封裝（有時也稱為中介層技術）中，多個器件并排安裝在單個基底上。中介層提供連接。在 3D 結構中，芯片堆疊在一起，以實現更小的基底面。

芯粒很有用，但需要特殊處理。還需要防止 ESD 對其造成損壞。如果載帶不具備嚴格的公差和高度穩定性，芯粒的小尺寸會使其很容易在口袋內發生錯位和邊緣崩裂。此外，它們在 10,000 級無塵室環境中制造，因此需要具有特殊改良特性的合適載帶。

聚碳酸酯的特性

改良聚碳酸酯載帶具有多種特性，特別適用于裸芯片、芯粒、WLCSP 和 BGA 器件。這種載帶的標稱表面電阻率介于 10? Ω/平方和 10? Ω/平方之間。這使其能夠消散因摩擦帶電效應而積累的電荷，從而保護 ESD 敏感型器件。聚碳酸酯也很穩定，在 +85°C 溫度下放置 24 小時后，收縮率通常 <0.1%，而在相同條件下，聚苯乙烯的收縮率為 <0.5%。

例如，3M 的 3000BD 聚碳酸酯精密載帶采用創新生產工藝，可制作出高精密和準確的口袋。與傳統載帶的熱成型口袋相比，3000BD 載帶的側壁角更陡，從而降低了芯片沿壁向上移動的可能性。此外，其口袋的長度和寬度也有嚴格的公差，以防止元器件旋轉，而且底部非常平整，有助于提高拾放機的性能（圖 2）。此外，嚴格的口袋公差還能防止裸芯片邊緣崩裂，這是運輸芯粒和裸芯片時要考慮的重要問題。

圖 2：與其他載帶（右）相比，聚碳酸酯載帶（左）的口袋側面更陡，底部更平。（圖片來源：3M）

聚碳酸酯載帶 3000BD 用途廣泛，提供適用于無塵室和非無塵室環境的規格。由于是在 10,000 級無塵室中清潔和封裝，因此能最大程度地防止顆粒污染，顆粒數比標準載帶低 60% 至 70%，而且每個塑料卷盤都密封在靜電屏蔽包中，以提供保護。3000BD 載帶還提供紙板卷盤，適用于非無塵室應用和敏感度較低的元器件。

這些載帶由可回收的碳填充熱塑性聚合物薄膜制成，持高水平的可持續性。與其他載帶相比，這類載帶中的腐蝕性、水溶性離子污染物含量更低，達到 5 ppm 的水平，有助于提高錫鉛 (SnPb)、銦鉛 (InPb)、金 (Au) 和銅 (Cu) 焊料凸點的可焊性（圖 3）。

圖 3：根據 MIL-STD-883E 方法 5011 的要求測試的三種載帶材料的離子污染水平（以 ppm 為單位）比較。（圖片來源：3M）

精密載帶

3M 公司生產的 3000BD 系列聚碳酸酯精密載帶包括 [3000BD-.12MM]和 [3000BD-12X8]，長度分別為 220 m 和 87 m。這兩款產品是連續、無拼接的載帶，寬 8 mm 到 44 mm 不等，采用水平卷繞形式，塑料卷盤尺寸從 330 mm (13") 到 560 mm (22") 不等，適用于無塵室應用。行星卷繞形式可特殊定制。根據口袋深度、間距和卷繞形式等變量的不同，這些卷盤通?？扇菁{ 30 到 2,000 m 的載帶（圖 4）。

圖 4：聚碳酸酯精密載帶每卷長達 2,000 m。（圖片來源：3M）

蓋帶選擇

選擇高性能、精密的載帶才完成一半。設計人員還需要一種能夠保護元器件并與拾放機順利對接的蓋帶。常見的蓋帶有兩種，分別是熱活性膠 (HAA) 和壓敏膠 (PSA)。

在粘貼 HAA 蓋帶時，使用加熱的密封靴壓住蓋帶邊緣，從而將元器件密封起來，確保沒有粘膠殘留。使用 HAA 時，需要精確控制熱量、壓力和密封速度。HAA 蓋帶上的膠也會受溫度、濕度和存放時間的影響。因此，HAA 蓋帶所需的剝離力可能相對不一致。剝離力不同會導致器件從載帶口袋中彈出（稱為蹦跳），從而減慢裝配過程。

對于芯粒和 WLCSP 等較小的元器件，PSA 蓋帶可能是更好的選擇。PSA 蓋帶的剝離力更平滑、更一致，可最大程度地減少蹦跳現象，加快裝配過程。此外，這類蓋帶對熱量和溫度條件的敏感度較低，不易隨時間而變化。有些 PSA 蓋帶的缺點是可能會在組裝機上留下殘留物。

PSA 蓋帶密封元器件

作為 3000BD 系列聚碳酸酯精密載帶的補充，設計人員可以使用 3M 的 2668 系列 PSA 導電型、高剪切力、壓敏聚酯薄膜蓋帶。例如，[2668-5.4MMX500M]（寬 5.4 mm，長 300 m）和 [2668-13.3MMX500M]（寬 13.3 mm，長 300 m）。與 HAA 蓋帶相比，這類蓋帶的蓋面更平整，剝離力變化范圍為 ±10 g，而標準 HAA 蓋帶的剝離力變化范圍為 ±20 g。其在靠近元器件的一側有一層導電阻隔膜，可提供 ESD 保護，并最大程度地減少粘膠殘留。

2668 蓋帶可用于裸芯片、芯粒和 WLCSP 等小型元器件，這些元器件需要格外小心，以防止在除帶過程中出現蹦跳現象（圖 5）。因此，這種蓋帶可用于高速除帶設備，以加快裝配過程。其提供有標準封裝和無塵室兼容封裝選擇。兩者的區別在于：

• 標準蓋帶采用塑料卷芯，與高密度紙晶圓嵌件和定心卷芯一起封裝在一個聚乙烯包中，再裝于紙板箱中。
• 無塵室蓋帶與之相同，但用兩個聚乙烯包封裝。這樣，蓋帶就可以裝于不會與紙板箱直接接觸的內袋中，在無塵室環境中使用和存放。

圖 5：所示為從載有 BGA 器件的 3000BD 導電型聚碳酸酯精密載帶上剝離的 PSA 蓋帶（左上），以供尺寸參考。（圖片來源：3M）

總結

精密聚碳酸酯載帶系統可與 PSA 蓋帶配合使用，以提高裸芯片、芯粒、凸塊裸片、芯片級封裝、WLCSP 和 BGA 器件的產量。這些編帶包裝系統可為精密元器件提供全面的保護，并具有支持高速拾放設備需要的嚴格尺寸公差。