วิธีพัฒนาผลผลิตการประกอบชิปเล็ตและ WLCSP โดยใช้เทปและรีลที่มีความแม่นยำ

มาตรฐานอุตสาหกรรม เช่น EIA-481 และ International Electrotechnical Commission (IEC) 60286-3 กำหนดค่าแคมเบอร์ที่อนุญาตสูงสุด 1 มิลลิเมตร (มม.) ในเทป 250 มม. นอกจากนั้นยังกำหนดข้อกำหนดสำหรับขนาดพ็อคเก็ตและความคลาดเคลื่อนของขนาดโดยรวม แต่มาตรฐานไม่ได้กำหนดวัสดุเฉพาะสำหรับระบบแครี่เออร์เทป สำหรับส่วนประกอบแบบพาสซีฟขนาดเล็กและทนทาน เช่น ตัวเก็บประจุแบบชิปและตัวต้านทาน แครี่เออร์เทปกระดาษอาจเป็นทางเลือกที่ดี มีราคาไม่แพงและสามารถทำงานได้ดีกับชิ้นส่วนที่มีความหนาไม่เกิน 0.9 มม.

สำหรับชิ้นส่วนที่บางกว่าซึ่งต้องการพ็อคเก็ตที่แข็งกว่า เช่น อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์แบบยึดพื้นผิว (SMD) จำนวนมาก เทปโพลีเอสเตอร์ โพลีสไตรีน หรือโพลีคาร์บอเนตอาจเป็นทางเลือกที่ดี โดยโพลีเอสเตอร์สามารถหดตัวได้ค่อนข้างสูง ทำให้พ็อคเก็ตมีความคงตัวน้อยลงเมื่อเก็บไว้เป็นเวลานาน เทปโพลีสไตรีนอาจมีมุมโค้งค่อนข้างสูง แต่ยังคงเป็นไปตามข้อกำหนด EIA-481 และ IEC 60286-3 สำหรับส่วนประกอบที่เล็กที่สุด เช่น ชิปเล็ต, WLCSP และ BGA เทปที่ทำจากโพลีคาร์บอเนตวิศวกรรมมักเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุด โดยโพลีคาร์บอเนตมีความแข็งแรงและสามารถปกป้องชิ้นส่วนที่บอบบางจากการกระแทก นอกจากนี้ยังมีการหดตัวต่ำ ซึ่งจะช่วยให้พ็อคเก็ตคงรูปได้นานขึ้น และช่วยสนับสนุนการป้อนเทปและตำแหน่งพ็อคเก็ตที่แม่นยำซึ่งจำเป็นสำหรับเครื่องหยิบและวาง

ส่วนประกอบหดตัว

การหดตัวอย่างต่อเนื่องของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กำลังผลักดันความต้องการความคลาดเคลื่อนของขนาดแครี่เออร์เทปที่เข้มงวดมากขึ้น มาตรฐานสำหรับแครี่เออร์เทปอนุญาตให้มีขนาดพ็อคเก็ตที่สามารถเบี่ยงเบนได้ถึง 100 ไมโครเมตร (μm) ซึ่งยอมรับได้สำหรับส่วนประกอบแบบพาสซีฟแบบชิปและอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ SMD ขนาดใหญ่ แต่ในส่วนประกอบที่เล็กกว่าต้องการความคลาดเคลื่อนประมาณ 50 μm เพื่อป้องกันการหมุนหรือเอียงอุปกรณ์มากเกินไปในพ็อคเก็ต แพ็คเกจใหม่ล่าสุด เช่น WLCSP อาจต้องใช้พ็อคเก็ตที่ตื้นขึ้น 44% เมื่อเทียบกับอุปกรณ์ขนาดใหญ่ (รูปที่ 1) นอกจากนี้ยังมีความคลาดเคลื่อน 30 μm ซึ่งสามารถส่งได้อย่างสม่ำเสมอโดยใช้แครี่เออร์เทปโพลีคาร์บอเนตที่มีความแม่นยำสูงเท่านั้น

รูปที่ 1: การใช้ส่วนประกอบขนาดเล็ก เช่น WLCSP ทำให้ความสูงพ็อคเก็ตของแครี่เออร์เทปลดลง 44% (แหล่งที่มาภาพ: 3M)

ความท้าทายชิปเล็ต

การใช้ชิปเล็ตเป็นวิธีหนึ่งที่ผู้ผลิตอุปกรณ์ตอบสนองความต้องการโซลูชันขนาดเล็กลง ชิปเล็ตช่วยให้ผู้ออกแบบอุปกรณ์สามารถเลือกจากแค็ตตาล็อกของชิปที่มีฟังก์ชันเฉพาะที่สามารถบรรจุร่วมกันเพื่อรองรับฟังก์ชันระดับระบบที่สูงขึ้น เทคโนโลยีการบรรจุชิปเล็ตทั่วไปประกอบด้วยโครงสร้าง 2.5 มิติ (2.5D) และ 3D ในบรรจุภัณฑ์ 2.5D ซึ่งบางครั้งเรียกว่าเทคโนโลยีอินเทอร์โพสเซอร์ อุปกรณ์หลายชิ้นจะถูกติดตั้งเคียงข้างกันบนฐานเดียว โดยมี Interposer ให้การเชื่อมต่อ และในโครงสร้าง 3 มิติ ชิปจะถูกวางซ้อนกันเพื่อให้ได้ขนาดที่เล็กลง

ชิปเล็ตเป็นสิ่งที่มีประโยชน์แต่ต้องมีการดูแลเป็นพิเศษ นอกจากนั้นยังต้องได้รับการปกป้องจากความเสียหายที่เกิดจาก ESD ซึ่งขนาดที่เล็กลงทำให้มีความคลาดเคลื่อนสูงต่อการเยื้องแนวและการบิ่นของขอบในพ็อคเก็ต หากแครี่เออร์เทปไม่เสถียรและมีค่าความคลาดเคลื่อนต่ำ นอกจากนี้การผลิตของพวกเขาเกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมคลีนรูมระดับ 10,000 ดังนั้นชิปเล็ตจึงต้องการแครี่เออร์เทปที่เหมาะสมพร้อมคุณสมบัติพิเศษทางวิศวกรรม

คุณสมบัติของโพลีคาร์บอเนต

แครี่เออร์เทปโพลีคาร์บอเนตที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมมีคุณสมบัติหลายอย่างที่ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานกับอุปกรณ์ Bare Die, ชิปเล็ต, WLCSP และ BGA ซึ่งมีความต้านทานพื้นผิวระหว่าง 10⁴ โอห์มต่อตาราง (Ω/ตาราง) และ 10⁸ Ω/ตาราง สิ่งนี้ทำให้สามารถกระจายการสะสมประจุเนื่องจากผลกระทบของไตรโบอิเล็กทริก และปกป้องอุปกรณ์ที่ไวต่อ ESD นอกจากนั้นโพลีคาร์บอเนตยังเสถียรมาก โดยมีการหดตัวโดยทั่วไปที่ <0.1% หลังจาก 24 ชั่วโมงที่อุณหภูมิ +85°C เมื่อเทียบกับ <0.5% สำหรับโพลีสไตรีนภายใต้สภาวะเดียวกัน

ตัวอย่างเช่น แครี่เออร์เทปที่มีความแม่นยำโพลีคาร์บอเนต 3000BD ของ 3M ผลิตขึ้นโดยใช้กระบวนการที่เป็นนวัตกรรมใหม่ซึ่งผลิตพ็อคเก็ตที่มีความแม่นยำและเที่ยงตรงสูง เมื่อเปรียบเทียบกับช่องที่ก่อตัวด้วยความร้อนในแครี่เออร์ทั่วไป แครี่เออร์ 3000BD มีมุมข้างที่ชันกว่า ซึ่งช่วยลดความเป็นไปได้ที่ชิปจะเคลื่อนตัวขึ้น นอกจากนี้ยังมีความคลาดเคลื่อนด้านความยาวและความกว้างที่เข้มงวดของแครีเออร์เพื่อป้องกันการหมุนของส่วนประกอบ และมีพื้นที่แบนมากซึ่งรองรับประสิทธิภาพที่ดีขึ้นด้วยอุปกรณ์หยิบและวาง (รูปที่ 2) นอกจากนี้ พิกัดความคลาดเคลื่อนของพ็อคเก็ตที่มีค่าน้อยนี้ยังป้องกันการบิ่นของขอบดายซึ่งอาจเป็นปัญหาสำคัญเมื่อขนส่งชิปเล็ตและ Bare Die

รูปที่ 2: พ็อคเก็ตในแครี่เออร์เทปโพลีคาร์บอเนต (ซ้าย) มีด้านที่ชันกว่าและด้านล่างแบนกว่าเมื่อเทียบกับเทปทางเลือก (ขวา) (แหล่งที่มาภาพ: 3M)

แครี่เออร์เทปโพลีคาร์บอเนต 3000BD มีความหลากหลายสูงและมีตัวเลือกรูปแบบที่เหมาะสมสำหรับสภาพแวดล้อมคลีนรูมและไม่ใช่คลีนรูม เนื่องจากได้รับการทำความสะอาดและบรรจุในห้องคลีนรูมคลาส 10,000 จึงให้การปกป้องสูงสุดจากการปนเปื้อนของอนุภาคด้วยจำนวนอนุภาคที่ต่ำกว่าแครี่เออร์เทปมาตรฐาน 60% ถึง 70% และม้วนพลาสติกแต่ละม้วนจะถูกปิดผนึกในถุงป้องกันไฟฟ้าสถิตเพื่อป้องกัน นอกจากนี้ยังมีแครี่เออร์เทป 3000BD บนม้วนกระดาษแข็งสำหรับการใช้งานที่ไม่ใช่ห้องคลีนรูมและสำหรับส่วนประกอบที่มีความละเอียดอ่อนน้อย

แครี่เออร์เทปเหล่านี้ทำมาจากฟิล์มโพลิเมอร์เทอร์โมพลาสติกที่รีไซเคิลได้และสนับสนุนความยั่งยืนในระดับสูง ซึ่งมีสารปนเปื้อนไอออนิกที่กัดกร่อนและสกัดน้ำได้ในระดับที่ต่ำกว่าเมื่อเทียบกับแครี่เออร์เทปอื่น ๆ และเป็นไปตามการปนเปื้อนระดับ 5 ส่วนต่อล้านส่วน (ppm) ที่จำเป็นเพื่อรองรับความสามารถในการบัดกรีที่ดีขึ้นของตัวประสานกระแทกตะกั่วดีบุก (SnPb), อินเดียมตะกั่ว (InPb) , ทอง (Au) และทองแดง (Cu) (รูปที่ 3)

รูปที่ 3: การเปรียบเทียบระดับการปนเปื้อนของไอออนในหน่วย ppm สำหรับวัสดุแครี่เออร์สามชนิดที่ทดสอบตามข้อกำหนดของ MIL-STD-883E, Method 5011 (แหล่งที่มาภาพ: 3M)

แครี่เออร์ที่แม่นยำ

ตัวอย่างสองตัวอย่างจากแครี่เออร์โพลีคาร์บอเนตซีรีย์ 3000BD ที่มีความแม่นยำจาก 3M ได้แก่ 3000BD-.12MM และ 3000BD-12X8 วัดได้ยาว 220 เมตร (ม.) และยาว 87 ม. ตามลำดับ มีจำหน่ายเป็นเทปต่อเนื่องไม่มีรอยต่อที่มีขนาดความกว้าง 8 มม. ถึง 44 มม. โดยมีรูปแบบการม้วนบนม้วนพลาสติกขนาดตั้งแต่ 330 มม. (13") ถึง 560 มม. (22") สำหรับการใช้งานในห้องคลีนรูม และยังมีรูปแบบการม้วนขดแบบวงรีตามคำสั่งพิเศษ โดยปกติม้วนเหล่านี้จะเก็บแครี่เออร์เทปได้ตั้งแต่ 30 ถึง 2,000 ม. ขึ้นอยู่กับตัวแปรต่างๆ เช่น ความลึกของพ็อคเก็ตและระยะพิทช์และรูปแบบการม้วน (รูปที่ 4)

รูปที่ 4: แครี่เออร์เทปโพลีคาร์บอเนตที่มีความแม่นยำมาในม้วนยาวสูงสุด 2,000 ม. (แหล่งที่มาภาพ: 3M)

ทางเลือกของเทปปิด

การเลือกแครี่เออร์เทปที่มีความแม่นยำและประสิทธิภาพสูงเป็นคำตอบเพียงครึ่งเดียว นักออกแบบยังต้องการเทปปิดที่สามารถปกป้องส่วนประกอบและให้ส่วนต่อประสานที่ราบรื่นกับอุปกรณ์หยิบและวาง ตัวเลือกเทปปิดทั่วไปสองตัวเลือก ได้แก่ กาวที่เปิดใช้งานความร้อน (HAA) และกาวที่ไวต่อแรงกด (PSA)

เทป HAA นั้นถูกติดโดยใช้แผ่นปิดผนึกแบบอุ่นเพื่อกดที่ขอบของเทป ด้วยเหตุนี้จึงปิดผนึกในส่วนประกอบและไม่มีกาวตกค้าง ด้วย HAA จำเป็นต้องควบคุมความร้อน ความดัน และความเร็วของการซีลอย่างแม่นยำ โดยกาวบนเทป HAA อาจได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิ ความชื้น และเวลาในการเก็บรักษา เป็นผลให้แรงลอกที่จำเป็นสำหรับเทป HAA อาจไม่สอดคล้องกัน ซึ่งแรงลอกที่แตกต่างกันอาจส่งผลให้อุปกรณ์ต่างๆ โผล่ออกมาจากแครี่เออร์พ็อคเก็ต (เรียกว่าแทรมโพลีน) ทำให้กระบวนการประกอบช้าลง

สำหรับชิ้นส่วนขนาดเล็ก เช่น ชิปเล็ตและ WLCSP เทป PSA อาจเป็นตัวเลือกที่ดีกว่า โดยเทป PSA มีแรงลอกที่น้อยกว่าและสม่ำเสมอกว่า ช่วยลดการกระแทกและเร่งกระบวนการประกอบ นอกจากนี้ยังมีความไวต่อสภาวะความร้อนและอุณหภูมิน้อยกว่า และมีโอกาสน้อยที่จะเปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไป ข้อเสียเปรียบของเทป PSA บางชนิดคืออาจทิ้งสารตกค้างที่สามารถสะสมบนเครื่องประกอบ

เทป PSA ซีลในส่วนประกอบ

นักออกแบบสามารถใช้เทปหุ้มฟิล์มโพลีเอสเตอร์ PSA ซีรีส์ 2668 ของ 3M ที่เป็นตัวนำไฟฟ้า แรงเฉือนสูง และไวต่อแรงกด เพื่อเสริมชุดแครี่เออร์เทปโพลีคาร์บอเนตที่มีความแม่นยำซีรีส์ 3000BD ตัวอย่างเช่น 2668-5.4MMX500M วัดได้กว้าง 5.4 มม. ยาว 300 ม. ในขณะที่ 2668-13.3MMX500M ขนาดกว้าง 13.3 มม. ยาว 300 ม. เทปปิดเหล่านี้ให้การปกปิดที่เรียบกว่าเมื่อเทียบกับเทป HAA และให้แรงลอกที่แปรผัน ±10 กรัม เทียบกับ ±20 กรัม สำหรับเทปปิดมาตรฐาน HAA เทป PSA มีชั้นฟิล์มป้องกันไฟฟ้าสถิตติดกับส่วนประกอบเพื่อให้การป้องกัน ESD และลดคราบกาว

เทป 2668 สามารถใช้กับชิ้นส่วนขนาดเล็ก เช่น Bare Die, ชิปเล็ต และ WLCSP ที่ต้องการการดูแลเป็นพิเศษเพื่อป้องกันการเด้งในระหว่างกระบวนการลอกเทปออก (รูปที่ 5) ซึ่งทำให้สามารถใช้เทปนี้กับอุปกรณ์ลอกเทปความเร็วสูงเพื่อเร่งกระบวนการประกอบ มีตัวเลือกในบรรจุภัณฑ์แบบมาตรฐานและแบบคลีนรูม ความแตกต่างระหว่างทั้งสองแบบคือ:

• เทปมาตรฐานมาพร้อมกับแกนพลาสติก บรรจุด้วยแผ่นเวเฟอร์กระดาษความหนาแน่นสูงและแกนกลางในถุงพลาสติกโพลีเอทิลีนชั้นเดียวที่บรรจุอยู่ในกล่องกระดาษ
• เทปคลีนรูมเป็นเทปชนิดเดียวกัน แต่อยู่ในถุงโพลีเอทิลีนสองชั้น วิธีนี้ทำให้สามารถใช้และจัดเก็บเทปปิดในสภาพแวดล้อมคลีนรูมในถุงด้านในที่ไม่ได้สัมผัสโดยตรงกับกล่องกระดาษ

รูปที่ 5: แสดงให้เห็นแครี่เออร์เทป PSA (ซ้ายบน) ลอกแครี่เออร์เทปโพลีคาร์บอเนตนำไฟฟ้าที่มีความแม่นยำ 3000BD พร้อมอุปกรณ์ BGA สำหรับขนาดอ้างอิง (แหล่งที่มาภาพ: 3M)

สรุป

ระบบแครี่เออร์เทปโพลีคาร์บอเนตที่มีความแม่นยำสามารถใช้ร่วมกับแครี่เออร์เทป PSA เพื่อปรับปรุงผลผลิตเมื่อใช้อุปกรณ์ Bare Die, ชิปเล็ต, Bumped Die, บรรจุภัณฑ์ขนาดชิป, WLCSP และ BGA โดยระบบเทปและรีลเหล่านี้ให้การปกป้องชิ้นส่วนที่บอบบางอย่างครอบคลุม และมีค่าความคลาดเคลื่อนด้านขนาดที่จำกัด ซึ่งจำเป็นต่อการรองรับอุปกรณ์หยิบและวางด้วยความเร็วสูง

บทความที่แนะนำ

1. เทคโนโลยีฟิล์มบางที่แม่นยำ