如何利用精密编带包装载带提高芯粒和 WLCSP 装配产量

作者：Jeff Shepard

投稿人：DigiKey 北美编辑

EIA-481 和国际电工委员会 (IEC) 60286-3 等行业标准规定，在一段 250 mm 的载带上，最大容许弯曲度为 1 mm。这些标准还规定了口袋尺寸和整体尺寸公差。对于载带系统的具体材料，标准未做规定。对于小而坚固的无源元器件（如片式电容器和电阻器），纸质载带是不错的选择。这种载带价格低廉，适用于厚度小至 0.9 mm 的元器件。

对于需要更坚固口袋的更薄元器件，如许多表面贴装 (SMD) 半导体器件，聚酯、聚苯乙烯或聚碳酸酯载带都是不错的选择。聚酯纤维的收缩率相对较高，长期存放会降低口袋的稳定性。聚苯乙烯载带的弯曲度相对较高，但仍符合 EIA-481 和 IEC 60286-3 规范。对于最小的元器件，如芯粒、WLCSP 和 BGA，使用改良聚碳酸酯制成的载带通常是最佳选择。聚碳酸酯坚固耐用，可保护易损元器件免受冲击。此外，其收缩率较低，能够使口袋在较长时间内保持稳定。这有助于支持拾放机所需的精确送带和口袋定位。

不断缩小的元器件

半导体器件的不断缩小推动了对更严格载带尺寸公差的需求。载带标准允许的口袋尺寸偏差最高为 100 μm。这对于片式无源元器件和较大的 SMD 半导体器件来说没问题。而较小的元器件需要约 50 μm 的公差，以防止器件在口袋内过度旋转或倾斜。与较大的器件相比，WLCSP 等最新封装可能需要口袋浅 44%（图 1）。它们还要求 30 μm 的公差，只有高精度聚碳酸酯载带才能始终如一地达到这一要求。

图 1：WLCSP 等更小元器件的使用导致载带的口袋高度减少 44%。（图片来源：[3M]）

芯粒挑战

使用芯粒是器件制造商满足对更小解决方案需求的一种方式。芯粒使器件设计人员能够从提供特定功能的芯片目录中进行选择，这些功能可以封装在一起，以支持更高的系统级功能。常见的芯粒封装技术包括 2.5D 和 3D 结构。在 2.5D 封装（有时也称为中介层技术）中，多个器件并排安装在单个基底上。中介层提供连接。在 3D 结构中，芯片堆叠在一起，以实现更小的基底面。

芯粒很有用，但需要特殊处理。还需要防止 ESD 对其造成损坏。如果载带不具备严格的公差和高度稳定性，芯粒的小尺寸会使其很容易在口袋内发生错位和边缘崩裂。此外，它们在 10,000 级无尘室环境中制造，因此需要具有特殊改良特性的合适载带。

聚碳酸酯的特性

改良聚碳酸酯载带具有多种特性，特别适用于裸芯片、芯粒、WLCSP 和 BGA 器件。这种载带的标称表面电阻率介于 10⁴ Ω/平方和 10⁸ Ω/平方之间。这使其能够消散因摩擦带电效应而积累的电荷，从而保护 ESD 敏感型器件。聚碳酸酯也很稳定，在 +85°C 温度下放置 24 小时后，收缩率通常 <0.1%，而在相同条件下，聚苯乙烯的收缩率为 <0.5%。

例如，3M 的 3000BD 聚碳酸酯精密载带采用创新生产工艺，可制作出高精密和准确的口袋。与传统载带的热成型口袋相比，3000BD 载带的侧壁角更陡，从而降低了芯片沿壁向上移动的可能性。此外，其口袋的长度和宽度也有严格的公差，以防止元器件旋转，而且底部非常平整，有助于提高拾放机的性能（图 2）。此外，严格的口袋公差还能防止裸芯片边缘崩裂，这是运输芯粒和裸芯片时要考虑的重要问题。

图 2：与其他载带（右）相比，聚碳酸酯载带（左）的口袋侧面更陡，底部更平。（图片来源：3M）

聚碳酸酯载带 3000BD 用途广泛，提供适用于无尘室和非无尘室环境的规格。由于是在 10,000 级无尘室中清洁和封装，因此能最大程度地防止颗粒污染，颗粒数比标准载带低 60% 至 70%，而且每个塑料卷盘都密封在静电屏蔽包中，以提供保护。3000BD 载带还提供纸板卷盘，适用于非无尘室应用和敏感度较低的元器件。

这些载带由可回收的碳填充热塑性聚合物薄膜制成，持高水平的可持续性。与其他载带相比，这类载带中的腐蚀性、水溶性离子污染物含量更低，达到 5 ppm 的水平，有助于提高锡铅 (SnPb)、铟铅 (InPb)、金 (Au) 和铜 (Cu) 焊料凸点的可焊性（图 3）。

图 3：根据 MIL-STD-883E 方法 5011 的要求测试的三种载带材料的离子污染水平（以 ppm 为单位）比较。（图片来源：3M）

精密载带

3M 公司生产的 3000BD 系列聚碳酸酯精密载带包括 [3000BD-.12MM]和 [3000BD-12X8]，长度分别为 220 m 和 87 m。这两款产品是连续、无拼接的载带，宽 8 mm 到 44 mm 不等，采用水平卷绕形式，塑料卷盘尺寸从 330 mm (13") 到 560 mm (22") 不等，适用于无尘室应用。行星卷绕形式可特殊定制。根据口袋深度、间距和卷绕形式等变量的不同，这些卷盘通常可容纳 30 到 2,000 m 的载带（图 4）。

图 4：聚碳酸酯精密载带每卷长达 2,000 m。（图片来源：3M）

盖带选择

选择高性能、精密的载带才完成一半。设计人员还需要一种能够保护元器件并与拾放机顺利对接的盖带。常见的盖带有两种，分别是热活性胶 (HAA) 和压敏胶 (PSA)。

在粘贴 HAA 盖带时，使用加热的密封靴压住盖带边缘，从而将元器件密封起来，确保没有粘胶残留。使用 HAA 时，需要精确控制热量、压力和密封速度。HAA 盖带上的胶也会受温度、湿度和存放时间的影响。因此，HAA 盖带所需的剥离力可能相对不一致。剥离力不同会导致器件从载带口袋中弹出（称为蹦跳），从而减慢装配过程。

对于芯粒和 WLCSP 等较小的元器件，PSA 盖带可能是更好的选择。PSA 盖带的剥离力更平滑、更一致，可最大程度地减少蹦跳现象，加快装配过程。此外，这类盖带对热量和温度条件的敏感度较低，不易随时间而变化。有些 PSA 盖带的缺点是可能会在组装机上留下残留物。

PSA 盖带密封元器件

作为 3000BD 系列聚碳酸酯精密载带的补充，设计人员可以使用 3M 的 2668 系列 PSA 导电型、高剪切力、压敏聚酯薄膜盖带。例如，[2668-5.4MMX500M]（宽 5.4 mm，长 300 m）和 [2668-13.3MMX500M]（宽 13.3 mm，长 300 m）。与 HAA 盖带相比，这类盖带的盖面更平整，剥离力变化范围为 ±10 g，而标准 HAA 盖带的剥离力变化范围为 ±20 g。其在靠近元器件的一侧有一层导电阻隔膜，可提供 ESD 保护，并最大程度地减少粘胶残留。

2668 盖带可用于裸芯片、芯粒和 WLCSP 等小型元器件，这些元器件需要格外小心，以防止在除带过程中出现蹦跳现象（图 5）。因此，这种盖带可用于高速除带设备，以加快装配过程。其提供有标准封装和无尘室兼容封装选择。两者的区别在于：

• 标准盖带采用塑料卷芯，与高密度纸晶圆嵌件和定心卷芯一起封装在一个聚乙烯包中，再装于纸板箱中。
• 无尘室盖带与之相同，但用两个聚乙烯包封装。这样，盖带就可以装于不会与纸板箱直接接触的内袋中，在无尘室环境中使用和存放。

图 5：所示为从载有 BGA 器件的 3000BD 导电型聚碳酸酯精密载带上剥离的 PSA 盖带（左上），以供尺寸参考。（图片来源：3M）

总结

精密聚碳酸酯载带系统可与 PSA 盖带配合使用，以提高裸芯片、芯粒、凸块裸片、芯片级封装、WLCSP 和 BGA 器件的产量。这些编带包装系统可为精密元器件提供全面的保护，并具有支持高速拾放设备需要的严格尺寸公差。