Hoe het rendement van chiplet- en WLCSP-assemblages kan worden verbeterd met behulp van nauwkeurige tape- en roldragers

Industriestandaarden zoals EIA-481 en International Electrotechnical Commission (IEC) 60286-3 schrijven een maximaal toegestane kromming voor van 1 millimeter (mm) over een banddoorsnede van 250 mm. Ze stellen ook eisen aan de afmetingen van de kamers en de algemene maattoleranties. De standaarden schrijven geen specifieke materialen voor draagtape voor. Voor kleine en stevige passieve componenten zoals chipcondensators en weerstanden kan een papieren draagtape een goede keuze zijn. Het is goedkoop en kan goed werken voor onderdelen tot ongeveer 0,9 mm dik.

Voor dunnere componenten die een stijvere zak vereisen, zoals veel SMD-componenten (surface mount), kunnen polyester, polystyreen of polycarbonaat tapes een goede keuze zijn. Polyester kan relatief veel krimpen, waardoor de zakken minder stabiel zijn als ze langere tijd worden bewaard. Polystyreen tapes kunnen een relatief hoge mate van camber hebben, maar toch binnen de EIA-481 en IEC 60286-3-specificaties blijven. Voor de kleinste componenten, zoals chiplets, WLCSP's en BGA's, zijn tapes gemaakt van technisch polycarbonaat vaak de beste keuze. Polycarbonaat is sterk en kan kwetsbare onderdelen beschermen tegen schokken. De lage krimp zorgt er ook voor dat de zakken langere tijd stabiel blijven. Dit helpt om de nauwkeurige tapetoevoer en pocketposities te ondersteunen die nodig zijn voor pick-and-place-machines.

Krimpende componenten

De voortdurende krimp van halfgeleiderapparaten drijft de behoefte aan strakkere maattoleranties voor draagtape de hoogte in. De normen voor draagtapes staan zakafmetingen toe die tot 100 micrometer (μm) kunnen afwijken. Dat is prima voor chipachtige passieve componenten en grotere SMD-halfgeleiderapparaten. Voor kleinere componenten zijn toleranties van ongeveer 50 μm nodig om overmatige rotatie of kanteling van het apparaat in de kamer te voorkomen. De nieuwste pakketten, zoals WLCSP, kunnen pockets vereisen die 44% ondieper zijn ten opzichte van grotere apparaten (Afbeelding 1). Ze hebben ook toleranties van 30 μm die alleen consistent geleverd kunnen worden met uiterst nauwkeurige polycarbonaat draagtapes.

Afbeelding 1: Het gebruik van kleinere componenten zoals WLCSP heeft geleid tot een reductie van 44% in de zakhoogte van draagtapes. (Bron afbeelding: 3M)

De chiplet-uitdaging

Het gebruik van chiplets is één manier waarop fabrikanten van apparaten inspelen op de behoefte aan kleinere oplossingen. Chiplets stellen apparaatontwerpers in staat om te kiezen uit een catalogus van chips die specifieke functies leveren die kunnen worden samengevoegd om functionaliteit op hoger systeemniveau te ondersteunen. Gangbare chiplet verpakkingstechnologieën zijn 2,5-dimensionale (2,5D) en 3D-structuren. Bij 2,5D-verpakking, ook wel interposertechnologie genoemd, worden verschillende apparaten naast elkaar op een enkele basis gemonteerd. De interposer biedt connectiviteit. In een 3D-structuur worden de chips gestapeld om een nog kleinere voetafdruk te verkrijgen.

Chiplets zijn nuttig maar vereisen een speciale behandeling. Ze moeten ook worden beschermd tegen schade veroorzaakt door ESD. Door hun kleine formaat zijn ze zeer gevoelig voor verkeerde uitlijning en randafbrokkeling in de zak als de draagtape niet zeer stabiel is met nauwe toleranties. Bovendien vindt de fabricage plaats in een cleanroomomgeving van klasse 10.000 en daarom hebben ze geschikte draagtape nodig met speciaal ontwikkelde eigenschappen.

Eigenschappen van polycarbonaat

Technische polycarbonaat draagtape heeft verschillende eigenschappen die het bijzonder geschikt maken voor gebruik met naakte matrijzen, chiplet, WLCSP en BGA-apparaten. Het heeft een nominale oppervlakteweerstand tussen 10⁴ ohm per vierkant (Ω/vierkant) en 10⁸ Ω/vierkant. Hierdoor kan het ladingsaccumulatie als gevolg van tribo-elektrische effecten dissiperen en zo ESD-gevoelige apparaten beschermen. Polycarbonaat is ook zeer stabiel, met een typische krimp van <0,1% na 24 uur bij +85 °C, vergeleken met <0,5% voor polystyreen onder dezelfde omstandigheden.

De 3000BD polycarbonaat precisiedraagtapes van 3M wordt bijvoorbeeld gemaakt met behulp van een innovatief proces dat zeer nauwkeurige en nauwkeurige pockets produceert. Vergeleken met de warmtegevormde pockets in conventionele dragers, hebben de 3000BD-dragers steilere zijwandhoeken die de mogelijkheid van spaanbeweging tegen de wand verminderen. Ze hebben ook nauwe toleranties met betrekking tot de lengte en breedte van de kamer om rotatie van componenten te voorkomen, en hebben een extreem vlakke onderkant die betere prestaties met pick-and-place-apparatuur ondersteunt (Afbeelding 2). Bovendien beschermen de nauwe toleranties van de matrijsplaat tegen het afbrokkelen van de matrijsrand, wat een groot probleem kan zijn bij het verzenden van chiplets en kale matrijzen.

Afbeelding 2: Zakken in polycarbonaat draagtape (links) hebben steilere zijkanten en vlakkere bodems vergeleken met alternatieve tapes (rechts). (Bron afbeelding: 3M)

Polycarbonaat draagtape 3000BD is zeer veelzijdig en wordt aangeboden in formaten die geschikt zijn voor cleanroom- en niet-cleanroomomgevingen. Aangezien het wordt gereinigd en verpakt in een klasse 10.000 cleanroom, biedt het maximale bescherming tegen deeltjesvervuiling met een deeltjesaantal dat 60% tot 70% lager ligt dan bij standaard draagtapes, en elke plastic rol wordt afgesloten in een zak met statische afscherming voor bescherming. 3000BD-draagtapes zijn ook verkrijgbaar op kartonnen rollen voor niet-schoonmaaktoepassingen en voor minder gevoelige onderdelen.

Deze draagtapes zijn gemaakt van een recyclebare koolstofgevulde thermoplastische polymeerfilm en ondersteunen een hoge mate van duurzaamheid. Ze bevatten een lager niveau van corrosieve, met water extraheerbare ionische verontreinigingen in vergelijking met andere draagtapes en voldoen aan het niveau van 5 deeltjes per miljoen (ppm) dat nodig is voor een betere soldeerbaarheid van tin-lood (SnPb), indium-lood (InPb), goud (Au) en koper (Cu) soldeerbumps (Afbeelding 3).

Afbeelding 3: Vergelijking van ionische verontreinigingsniveaus in ppm voor drie dragermaterialen getest volgens de vereisten van MIL-STD-883E, Methode 5011. (Bron afbeelding: 3M)

Precisiedragers

Twee voorbeelden van de 3000BD-serie polycarbonaat precisiedragers van 3M zijn de 3000BD-.12MM en de 3000BD-12X8, die respectievelijk 220 meter (m) lang en 87 m lang zijn. Ze worden aangeboden als doorlopende, splintervrije tapes van 8 mm tot 44 mm breed, met een vlak wikkelformaat op kunststof rollen van 330 mm (13") tot 560 mm (22") voor cleanroomtoepassingen. Een planetair wikkelformaat is verkrijgbaar als speciale bestelling. Afhankelijk van variabelen zoals de diepte en pitch van de holte en het wikkelformaat, bevatten deze rollen doorgaans 30 tot 2.000 m draagtapes (Afbeelding 4).

Afbeelding 4: Polycarbonaat precisiedraagtape wordt geleverd op rollen tot 2.000 m. (Bron afbeelding: 3M)

Keuzes voor afdektape

Het kiezen van een hoogwaardige precisiedraagtape is slechts de helft van het antwoord. Ontwerpers hebben ook een afdektape nodig die componenten kan beschermen en een soepele interface biedt met pick-and-place-apparatuur. Twee veelgebruikte afdektapes zijn hittegeactiveerde kleefband (HAA) en drukgevoelige kleefband (PSA).

HAA-tape wordt bevestigd met behulp van een verwarmde sealkop die op de randen van de tape drukt, waardoor de onderdelen worden ingepakt en er geen lijmresten achterblijven. Bij HAA moeten de warmte, druk en sealsnelheid nauwkeurig worden geregeld. De kleeflaag op HAA tape kan ook worden beïnvloed door temperatuur, vochtigheid en opslagtijd. Hierdoor kan de benodigde afpelkracht bij HAA-tape relatief inconsistent zijn. De variërende afpelkracht kan ertoe leiden dat apparaten uit de dragerzakken springen (trampolinespringen genoemd), wat het assemblageproces vertraagt.

Voor kleinere componenten zoals chiplets en WLCSP's kan PSA-tape de betere keuze zijn. PSA-tapes hebben een soepelere en consistentere afpelkracht, waardoor trampolining wordt geminimaliseerd en het assemblageproces wordt versneld. Bovendien zijn ze minder gevoelig voor hitte en temperatuur en zullen ze minder snel variëren in de loop van de tijd. Een nadeel van sommige PSA-tapes is dat ze resten kunnen achterlaten die zich kunnen ophopen op assemblagemachines.

PSA-tape sluit componenten in

Als aanvulling op de 3000BD-serie polycarbonaat precisiedragers kunnen ontwerpers gebruikmaken van 3M's 2668-serie PSA geleidende, hoge afschuifweerstand, drukgevoelige afdektapes van polyesterfolie. De 2668-5,4MMX500M meet bijvoorbeeld 5,4 mm breed bij 300 m lang, terwijl de 2668-13,3MMX500M 13,3 mm breed bij 300 m lang is. Deze afdektapes bieden een vlakkere afdekking in vergelijking met HAA-tapes en bieden een afpelkracht met een variatie van ±10 gram in vergelijking met ±20 gram voor standaard HAA-afdektapes. Ze hebben een geleidende blocker filmlaag naast de component om ESD-bescherming te bieden en lijmresten te minimaliseren.

Tape 2668 kan worden gebruikt met kleine componenten zoals kale matrijzen, chiplets en WLCSP's die extra zorg nodig hebben om trampolinespringen tijdens het onttapen te voorkomen (Afbeelding 5). Daardoor kan deze tape gebruikt worden op high-speed de-taping apparatuur om het assemblageproces te versnellen. Het is verkrijgbaar in standaardverpakkingen en cleanroom-compatibele verpakkingen. De verschillen tussen de twee zijn:

• Standaard tape wordt geleverd op een plastic kern, verpakt met papieren wafelinzetstukken met hoge dichtheid en een centreerkern in een enkele polyethyleen zak die verpakt is in een kartonnen doos.
• Cleanroomtape is dezelfde tape, maar wordt geleverd in twee polyethyleen zakken. Hierdoor kan de afdektape worden gebruikt en opgeslagen in een cleanroomomgeving in de binnenzak die niet direct in contact is geweest met de kartonnen doos.

Afbeelding 5: Getoond wordt PSA-draagtape (linksboven) die van een 3000BD geleidende polycarbonaat precisiedrager met BGA-apparaten wordt afgepeld ter referentie van de grootte. (Bron afbeelding: 3M)

Conclusie

Precisiedraagtapesystemen van polycarbonaat kunnen samen met PSA-draagtapes worden gebruikt om de opbrengst te verbeteren bij het gebruik van kale matrijzen, chiplets, bumped matrijzen, verpakking op chipschaal, WLCSP- en BGA-apparaten. Deze tape- en rolsystemen bieden uitgebreide bescherming voor kwetsbare componenten en hebben de nauwe maattoleranties die nodig zijn voor snelle pick-and-place-apparatuur.

Aanbevolen lectuur

1. Precisie dunne film-technologie