Cum să îmbunătățiți randamentele de asamblare a chipleturilor și a WLCSP folosind suporturi de bandă și bobine de precizie

Standardele industriale precum EIA-481 și standardul de la Comisia Electrotehnică Internațională (IEC) 60286-3 impun o curbare maximă admisibilă de 1 milimetru (mm) pe o secțiune de 250 mm de bandă. De asemenea, acestea stabilesc cerințe pentru dimensiunile locașurilor și toleranțele dimensionale generale. Standardele nu impun materiale specifice pentru sistemele de benzi suport. Pentru componentele pasive mici și robuste, cum ar fi condensatoarele și rezistoarele, o bandă-suport de hârtie poate fi o alegere bună. Este ieftină și poate funcționa bine pentru componente cu o grosime de până la aproximativ 0,9 mm.

Pentru componentele mai subțiri care necesită un locaș mai rigid, cum ar fi multe dispozitive semiconductoare cu montare pe suprafață (SMD), benzile din poliester, polistiren sau policarbonat pot fi o alegere bună. Poliesterul poate suferi o contractare relativ mare, ceea ce face ca locașurile să fie mai puțin stabile în cazul depozitării pe perioade lungi de timp. Benzile din polistiren pot avea grade relativ mari de curbură, dar rămân în continuare în conformitate cu specificațiile EIA-481 și IEC 60286-3. Pentru cele mai mici componente, cum ar fi chipleturile, WLCSP-urile și BGA-urile, benzile fabricate din policarbonat proiectat sunt adesea cea mai bună alegere. Policarbonatul este rezistent și poate proteja componentele delicate împotriva impactului. De asemenea, contracția sa redusă menține locașurile stabile pe perioade mai lungi. Acest lucru ajută la susținerea alimentării precise a benzii și a pozițiilor locașurilor care sunt necesare pentru utilajele pick-and-place.

Componente care se micșorează

Micșorarea continuă a dispozitivelor semiconductoare determină necesitatea unor toleranțe dimensionale mai stricte pentru benzile-suport. Standardele pentru benzile-suport permit dimensiuni ale locașurilor care pot devia până la 100 de micrometri (μm). Acest lucru este în regulă pentru componentele pasive de tipul cipurilor și pentru dispozitivele semiconductoare SMD mai mari. Componentele mai mici necesită toleranțe de aproximativ 50 μm pentru a preveni rotația sau înclinarea excesivă a dispozitivului în locaș. Cele mai noi capsule, cum ar fi WLCSP, pot necesita locașuri care sunt cu 44% mai puțin adânci, în comparație cu dispozitivele mai mari (Figura 1). De asemenea, acestea au toleranțe de 30 μm, care pot fi asigurate în mod constant numai cu ajutorul benzilor-suport din policarbonat de înaltă precizie.

Figura 1: Utilizarea unor componente mai mici, cum ar fi WLCSP, a dus la o reducere cu 44% a înălțimii locașurilor benzilor-suport. (Sursa imaginii: 3M)

Provocarea privind chipleturile

Utilizarea chipleturilor este una dintre modalitățile prin care producătorii de dispozitive răspund nevoii de soluții mai mici. Chipleturile permit proiectanților de dispozitive să selecteze dintr-un catalog de cipuri care oferă funcții specifice, pentru a putea fi capsulate împreună în scopul de a susține funcționalități mai mari la nivel de sistem. Tehnologiile obișnuite de capsulare a chipleturilor includ structuri cu dimensiune de 2,5 (2.5D) și 3D. În cazul capsulării 2.5D, denumită uneori tehnologie „interposer”, mai multe dispozitive sunt montate unul lângă altul pe o singură bază. Interposerul asigură conectivitatea. Într-o structură 3D, cipurile sunt stivuite pentru a obține o amprentă și mai mică.

Chipleturile sunt utile, dar necesită o manipulare specială. De asemenea, acestea trebuie să fie protejate împotriva deteriorării cauzate de ESD. Dimensiunile lor mici le fac foarte sensibile la dezaliniere și la ciobirea marginilor în locaș, dacă banda-suport nu este foarte stabilă și cu toleranțe stricte. În plus, fabricarea lor are loc într-un mediu de cameră sterilă de clasa 10.000 și, prin urmare, necesită benzi-suport adecvate cu proprietăți special concepute.

Proprietățile policarbonatului

Banda-suport din policarbonat proiectat are mai multe proprietăți care o fac deosebit de potrivită pentru utilizarea cu dispozitive cu matrice goală, chiplet, WLCSP și BGA. Are o rezistivitate nominală de suprafață cuprinsă între 10⁴ ohmi pe pătrat (Ω/pătrat) și 10⁸ Ω/pătrat. Acest lucru îi permite să disipeze acumularea de sarcină datorată efectelor triboelectrice și să protejeze astfel dispozitivele sensibile la ESD. Policarbonatul este, de asemenea, foarte stabil, înregistrând o contracție tipică de <0,1% după 24 de ore la +85 °C, în comparație cu <0,5% pentru polistiren în aceleași condiții.

De exemplu, benzile-suport de precizie din policarbonat 3000BD de la 3M sunt fabricate folosind un proces inovator care produce locașuri foarte precise și exacte. În comparație cu locașurile formate la cald în suporturile convenționale, suporturile 3000BD au unghiuri mai abrupte ale pereților laterali, ce reduc posibilitatea de deplasare a cipurilor în sus pe perete. De asemenea, acestea au toleranțe stricte în ceea ce privește lungimea și lățimea locașului, pentru a preveni rotația componentelor și au un fund extrem de plat, care permite îmbunătățirea performanțelor cu echipamentele pick-and-place (Figura 2). În plus, toleranțele strânse ale locașurilor protejează împotriva ciobirii marginilor matriței, care poate fi o preocupare semnificativă atunci când se expediază chipleturi și matrițe goale.

Figura 2: Locașurile din banda-suport din policarbonat (stânga) au laturile mai abrupte și fundul mai plat în comparație cu benzile alternative (dreapta). (Sursa imaginii: 3M)

Banda-suport din policarbonat 3000BD este foarte versatilă și este disponibilă în formate potrivite pentru mediile cu și fără camere sterile. Deoarece este curățată și ambalată într-o cameră sterilă de clasa 10.000, aceasta oferă protecție maximă împotriva contaminării cu particule, cu un număr de particule cu 60% până la 70% mai mic decât benzile-suport standard, iar fiecare rolă de plastic este sigilată într-un sac de ecranare statică pentru protecție. Benzile-suport 3000BD sunt disponibile și pe role de carton pentru aplicații care nu sunt destinate camerelor sterile și pentru componente mai puțin sensibile.

Aceste benzi-suport sunt fabricate cu o peliculă termoplastică polimerică reciclabilă umplută cu carbon și susțin un nivel ridicat de sustenabilitate. Acestea conțin un nivel mai scăzut de contaminanți ionici corozivi, extractibili în apă, în comparație cu alte benzi-suport, și îndeplinesc nivelul de 5 părți pe milion (ppm) necesar pentru a susține o mai bună capacitate de sudare a proeminențelor de plumb-staniu (SnPb), plumb-indiu (InPb), aur (Au) și cupru (Cu) (Figura 3).

Figura 3: Comparație a nivelurilor de contaminare ionică în ppm pentru trei materiale de suport testate în conformitate cu cerințele MIL-STD-883E, metoda 5011. (Sursa imaginii: 3M)

Suporturi de precizie

Două exemple din seria 3000BD de suporturi de precizie din policarbonat de la 3M includ 3000BD-.12MM și 3000BD-12X8, care au o lungime de 220 de metri (m) și, respectiv, de 87 m. Acestea sunt oferite sub formă de benzi continue, fără îmbinări, cu o lățime de la 8 mm până la 44 mm, cu un format de înfășurare la nivel, pe bobine de plastic cu dimensiuni cuprinse între 330 mm (13") și 560 mm (22") pentru aplicații în camere sterile. Un format de înfășurare planetară este disponibil la comandă specială. În funcție de variabile precum adâncimea și pasul locașurilor și formatul de înfășurare, aceste bobine conțin, de obicei, între 30 și 2.000 m de bandă-suport (Figura 4).

Figura 4: Banda-suport de precizie din policarbonat se livrează în role de până la 2.000 m. (Sursa imaginii: 3M)

Opțiuni pentru benzile de acoperire

Selectarea unei benzi-suport de înaltă performanță și precizie reprezintă doar jumătate din soluție. Proiectanții au nevoie și de o bandă de acoperire care să protejeze componentele și să asigure o interfațare lină cu echipamentele de tip pick-and-place. Două opțiuni comune de bandă de acoperire sunt adezivul activat prin căldură (HAA) și adezivul sensibil la presiune (PSA).

Banda HAA este atașată cu ajutorul unui sabot de etanșare încălzit care apasă pe marginile benzii, etanșând astfel componentele și lăsându-le fără reziduuri de adeziv. În cazul HAA, căldura, presiunea și viteza de sigilare trebuie să fie controlate cu precizie. Adezivul de pe banda HAA poate fi, de asemenea, afectat de temperatură, umiditate și timpul de depozitare. Prin urmare, forța de dezlipire necesară pentru banda HAA poate fi relativ neconsecventă. Forța variabilă de dezlipire poate cauza ieșirea dispozitivelor din locașurile suportului (fenomen numit „trampolining”), ceea ce încetinește procesul de asamblare.

Pentru componentele mai mici, cum ar fi chipleturile și WLCSP, banda PSA poate fi o alegere mai bună. Benzile PSA au o forță de dezlipire mai lină și mai consistentă, reducând la minimum fenomenul de „trampolining” și accelerând procesul de asamblare. În plus, acestea sunt mai puțin sensibile la căldură și la condițiile de temperatură și sunt mai puțin susceptibile de a varia în timp. Un dezavantaj al unor benzi PSA este că acestea pot lăsa reziduuri care se pot acumula pe utilajele de asamblare.

Banda PSA etanșează componentele

Pentru a completa seria 3000BD de suporturi de precizie din policarbonat, proiectanții pot utiliza seria 2668 de benzi de acoperire din peliculă de poliester conductiv PSA, cu forfecare mare și sensibilă la presiune, de la 3M. De exemplu, 2668-5.4MMX500M măsoară 5,4 mm pe lățime și 300 m pe lungime, în timp ce 2668-13.3MMX500M măsoară 13,3 mm pe lățime și 300 m pe lungime. Aceste benzi de acoperire oferă o acoperire mai plană în comparație cu benzile HAA și asigură o forță de dezlipire cu o variație de ±10 grame, în comparație cu ±20 de grame necesare pentru benzile de acoperire HAA standard. Au un strat de peliculă conductoare de blocare lângă componentă pentru a asigura protecție ESD și pentru a reduce la minimum reziduurile de adeziv.

Banda 2668 poate fi utilizată cu componente mici, cum ar fi matrițele goale, chipleturile și WLCSP-urile care necesită o atenție deosebită pentru a preveni fenomenul de „trampolining” în timpul procesului de dezlipire (Figura 5). Ca urmare, această bandă poate fi utilizată pe echipamente de dezlipire de mare viteză pentru a accelera procesul de asamblare. Este disponibilă în ambalaje standard și compatibile cu camerele sterile. Diferențele dintre cele două sunt:

• Banda standard este furnizată pe un miez de plastic, ambalată cu inserții de plăcuțe din hârtie de înaltă densitate și un miez de centrare într-un singur sac de polietilenă care este ambalat într-o cutie de carton.
• Banda pentru camere sterile este aceeași bandă, dar este livrată în doi saci de polietilenă. Acest lucru permite ca banda de acoperire să fie utilizată și depozitată într-un mediu de cameră sterilă în sacul interior care nu a avut contact direct cu cartonul.

Figura 5: Este prezentată banda-suport PSA (stânga sus) care se dezlipește de pe un transportor de precizie din policarbonat conductiv 3000BD cu dispozitive BGA pentru referință de dimensiune. (Sursa imaginii: 3M)

Concluzie

Sistemele de benzi-suport de precizie din policarbonat pot fi utilizate împreună cu benzile-suport PSA pentru a îmbunătăți randamentele atunci când se utilizează matrițe goale, chipleturi, matrițe cu proeminențe, capsule la nivel de cip, dispozitive WLCSP și BGA. Aceste sisteme de benzi și bobine oferă o protecție extinsă pentru componentele delicate și au toleranțele dimensionale stricte necesare pentru a susține echipamentele de tip pick-and-place de mare viteză.

Lectură recomandată

1. Tehnologie de precizie cu peliculă subțire