Hur avkastningen förbättras genom användning av precisa bärarband och rullar vid montering av delkretsar och WLCSP

Branschstandarder som t.ex. EIA-481 och IEC (International Electrotechnical Commission) 60286-3 tillåter en maximal bandtöjning på 1 mm per 250 mm. De ställer även krav på fackens storlek och generella måttavvikelser. Standarderna föreskriver inte några specifika material för bärarbandssystem. Till små och robusta passiva komponenter, som t.ex. kretskondensatorer och resistorer kan ett bärarband av papper vara ett bra val. Det är billigt och fungerar bra för komponenter med en minsta tjocklek på ca 0,9 mm.

För tunnare komponenter som kräver ett styvare fack, som t.ex. många ytmonterade (SMD) halvledarkomponenter, kan bärarband av polyester, polystyren eller polykarbonat vara ett bra val. Polyester kan krympa relativt mycket, vilket gör facken mindre stabila vid förvaring under längre perioder. Polystyrenband kan ha relativt hög grad av töjning, men ändå hålla sig inom specifikationerna för EIA-481 och IEC 60286-3. För de minsta komponenterna, som t.ex. delkretsar (chiplets), WLCSP och BGA, är band tillverkade av polykarbonat ofta det bästa valet. Polykarbonat är starkt och kan skydda ömtåliga komponenter från stötar. Den minimala krympningen gör även att facken förblir stabila under längre perioder. Detta bidrar till att stödja den exakta bandmatningen och postioneringen av fack som krävs för plock- och placeringsmaskiner.

Krympande komponenter

Den ständiga storleksreduceringen av halvledarkomponenter ökar kravet på minskad tillåten avvikelse för bärarbanden. Standarden för bärarband tillåter att måtten på facken kan avvika upp till 100 μm. Det är inget problem för kretsliknande passiva komponenter och större, ytmonterade, halvledare. Mindre komponenter kräver toleranser på ca 50 μm för att förhindra att enheten vrids eller lutas för mycket i facket. Nyare kapslingar, som t.ex. WLCSP, kan kräva att fackens djup är 44 % mindre jämfört med större enheter (figur 1). De har även toleranser på 30 μm och endast polykarbonatband med hög noggrannhet kan leverera detta konsekvent.

Bild 1: Användningen av mindre komponenter, som t.ex. WLCSP, har resulterat i att fackets djup på bärarbanden minskat med 44 %. (Bildkälla: 3M)

Utmaningen med delkretsar (chiplets)

Att använda delkretsar är ett sätt för enhetstillverkare att tillgodose behovet av mindre lösningar. Delkretsar gör det möjligt för enhetskonstruktörer att ur en katalog välja kretsar som levererar specifika funktioner och som kan kombineras för att stödja funktionalitet på en högre systemnivå. Vanliga tekniker för kapslingar till delkretsar inkluderar strukturer i 2,5D och 3D. I en 2,5D-kapsling, som ibland kallas mellanläggsteknik, monteras flera enheter sida vid sida på en enda bas. Mellanlägget tillhandahåller anslutningsmöjligheter. I en tredimensionell struktur staplas kretsarna på varandra för att uppnå behovet av en ännu mindre kretskortsyta.

Delkretsar är användbara men kräver särskild hantering. De måste också skyddas mot skador orsakade av ESD. Delkretsarnas ringa storlek gör dem mycket känsliga för felaktig installation och kantnötning från bärarbandsfacket, om facket inte är mycket styvt och har snäva toleranser. Dessutom sker dess tillverkningen i en renrumsmiljö med en klassificering på 10 000 vilket innebär att de behöver lämpliga bärarband som innehar specialbyggda egenskaper.

Egenskaper för polykarbonat

Bärarband av polykarbonat har flera egenskaper som gör dem särskilt lämpliga för användning av enheter med tomma kretsplattor, delkretsar, WLCSP och BGA. Den har en nominell ytresistans på mellan 10⁴ och 10⁸ Ω/kvadrat. Detta gör det möjligt att avleda laddningar som ackumuleras på grund av triboelektriska effekter och därmed skydda enheter som är känsliga för ESD. Polykarbonat är också mycket stabilt med en typisk krympning på <0,1 % efter 24 timmar vid +85 °C, jämfört med polystyren, som med samma förutsättningar har en typisk krympning på <0,5 %.

Bärarbandet 3000BD av polykarbonat med hög precision från 3M tillverkas exempelvis med en innovativ process som ger mycket tillförlitliga och exakta fack. Jämfört med konventionella bärarbandsfack som formas med värme, har 3000BD brantare sidoväggsvinklar som minskar risken att kretsen rör sig uppåt på väggen. De har också snäva toleranser när det kommer till fackens längd och bredd för att förhindra att komponenten vrids, och den har en mycket flat botten som ger bättre prestanda för plock- och placeringsutrustning (figur 2). Fackens snäva toleranser skyddar dessutom kretsplattan mot kantnötning, vilket kan vara ett stort problem vid transport av delkretsar eller tomma kretsplattor.

Figur 2: Bärarbandsfack av polykarbonat (vänster) har brantare sidor och flatare botten jämfört med andra alternativa band (höger). (Bildkälla: 3M)

Bärarband 3000BD av polykarbonat är mycket mångsidiga och erbjuder egenskaper som är lämpliga i miljöer med och utan renrum. Eftersom de rengörs och förpackas i ett renrum med klassificering 10 000 tillhandahåller de maximalt skydd mot partikelkontaminering, med ett partikeltal som är 60-70 % lägre än för vanliga bärarband, och som skydd är varje plastrulle förseglad i en statiskt skyddande påse. Bärarband 3000BD finns även på kartongrulle för tillämpningar som inte kräver renrum och för mindre känsliga komponenter.

Bärarbanden är tillverkade av en återvinningsbar termoplastisk kolfylld polymerfilm och stödjer höga hållbarhetsnivåer. De innehåller en lägre nivå av korrosiva, joniska föroreningar som kan extraheras av vatten jämfört med andra bärarband och uppfyller den nivå på 5 ppm (parts per million) som krävs för att förbättra lödbarheten hos lödpunkter bestående av tenn-bly (SnPb), indium-bly (InPb), guld (Au) och koppar (Cu) (figur 3).

Figur 3: Jämförelse av jonkontaminationsnivåer uttryckt i ppm för tre bärarmaterial som testats enligt kraven i MIL-STD-883E metod 5011. (Bildkälla: 3M)

Bärarband av hög precision

Två exempel ur serien 3000BD precisa bärarband i polykarbonat från 3M är 3000BD-.12MM och 3000BD-12X8, som är 220 m respektive 87 m långa. För tillämpningar i renrum erbjuder de kontinuerliga, skarvfria, band med en bredd på mellan 8 och 44 mm, med en jämn lindning på plastrullar i storlekar från 330 (13") till 560 (22") mm. Ett planetarisk lindningsformat finns tillgängligt som specialbeställning. Beroende på variabler som t.ex. fackets djup, avstånd och lindning rymmer rullarna normalt mellan 30 och 2 000 m bärarband (figur 4).

Bild 4: Precisa bärarband av polykarbonat levereras i rullar med en längd på upp till 2 000 m. (Bildkälla: 3M)

Val av täckband

Att välja bärarband med hög precision är bara halva lösningen. Konstruktörer behöver även ett täckband som kan skydda komponenter och tillhandahålla ett smidigt gränssnitt för plock-och-placeringsutrustning. Värmeaktiverat adhesivt (HAA) band och tryckkänsligt adhesivt (PSA) band är två vanliga alternativ av täckband.

Det värmeaktiverade adhesiva bandet fästs med hjälp av en uppvärmd vals som trycker på bandets kanter och därmed förseglar komponenterna och lämnar dem fria från limrester. Förseglingens värme, tryck och hastighet måste kontrolleras noggrannt vid användning av värmeaktiverat adhesivt band. Vidhäftningförmågan på de värmeaktiverade adhesiva banden kan även påverkas av temperatur, luftfuktighet och förvaringstid. Detta kan resultera i att den kraft som krävs för borttagning av det värmeaktiverade adhesiva bandet kan vara relativt ojämn. Den varierande kraften vid borttagning kan leda till att enheter hoppar ur facken (s.k. trampolining), vilket gör monteringsprocessen långsammare.

Tryckkänsliga adhesiva band kan vara ett bättre val för mindre komponenter som t.ex. delkretsar och WLCSP . Kraften som krävs vid borttagning av det tryckkänsliga adhesiva bandet är jämnare och mer konsekvent, vilket minimerar trampolineffekten och påskyndar monteringsprocessen. Dessutom är de mindre känsliga för värme och temperaturförhållanden och kommer sannolikt variera mindre med tiden. En nackdel med vissa tryckkänsliga adhesiva band är att de kan lämna rester som kan fastna i monteringsmaskiner.

Tryckkänsligt adhesivt band förseglar komponenter

Som komplement till serien 3000BD av precisa bärarband i polykarbonat kan konstruktörer använda serien 2668 av ledande, högst anpassningsbar, tryckkänsligt täckband tillverkad av polyesterfilm från 3M. Till exempel är 2668-5.4MMX500M 5,4 mm bred och 300 m lång, medan 2668-13.3MMX500M är 13,3 mm bred och 300 m lång. Jämfört med det värmeaktiverade adhesiva bandet tillhandahåller täckband ett plattare ytskikt samt har en borttagningskraft som varierar med ±10 gram jämfört med ±20 gram för vanliga värmeaktiverade vidhäftande täckband. De har ett filmskikt bredvid komponenten som förhindrar elektrisk ledning för att tillhandahålla ESD-skydd och minimera limrester.

2668-bandet kan användas med små komponenter som t.ex tomma kretsplattor, delkomponenter och WLCSP som kräver särskild försiktighet för att förhindra trampolineffekt vid borttagning av band (figur 5). Bandet kan således användas tillsammans med mycket snabb borttagningsutrustning för att snabba på monteringsprocessen. Den finns i standardförpackningar och i förpackningar som är förenliga med renrumskrav. Skillnaderna mellan de två är följande:

• Standardband levereras på en plastkärna, förpackad med mellanlägg av pappskivor med hög densitet samt en centreringskärna i en enda polyetenpåse som är packad i en kartongförpackning.
• Band för renrum är samma band men levereras i två polyetenpåsar. Detta gör att täckband kan användas och förvaras i en renrumsmiljö i den innerpåse som inte har haft direktkontakt med kartongförpackningen.

Figur 5: Här visas ett tryckkänsligt adhesivt band (uppe till vänster) som separeras från en 3000BD, ett precist bärarband av polykarbonat som är ledande, med BGA-enheter för storleksreferens. (Bildkälla: 3M)

Sammanfattning

System med precisa bärarband av polykarbonat kan användas tillsammans med tryckkänsliga adhesiva bärarband för att förbättra avkastningen vid användning av tomma kretsplattor, delkretsar, kretsplattor med lödpunkter, förpackningar i kretsstorlek, WLCSP- och BGA-enheter. Dessa band- och rullsystem ger ett omfattande skydd för känsliga komponenter och har de snäva toleranser som krävs för att stödja mycket snabb plock- och placeringsutrustning.

Rekommenderad läsning

1. Precisionsteknik för tunnfilm