如何利用精密捲帶提高小晶片和 WLCSP 裝配的良率

EIA-481 和國際電工委員會 (IEC) 60286-3 等業界標準，規定一段 250 mm 載帶的彎曲度上限為 1 mm。另外，口袋尺寸和整體尺寸容差也有規定標準。這些標準並未規定載帶系統必須採用的材料。對於晶片電容和電阻等耐用的小型被動元件，紙式載帶有時是個不錯的選擇。這種載帶價格不貴，很適合厚度只有 0.9 mm 左右的元件。

更薄的元件若需要更加堅硬的口袋，許多表面黏著 (SMD) 半導體元件、聚酯、聚苯乙烯或聚碳酸酯載帶可能會是很好的選擇。聚酯的收縮性相對較高，載帶長時間收著不用時，口袋穩定性下降。聚苯乙烯載帶的彎曲度相對較高，但仍在 EIA-481 和 IEC 60286-3 規格之內。對於最小的元件，像是小晶片、WLCSP 和 BGA，以工程聚碳酸酯製成的載帶通常是最佳選擇。聚碳酸酯很強韌，能保護精密元件免受撞擊。此外，由於聚碳酸酯收縮性很低，口袋能長時間保持穩定。這有助於準確饋送載帶，並為拾放設備提供準確的口袋位置。

元件收縮

由於半導體元件會不斷收縮，載帶尺寸容差必須更嚴謹。載帶標準允許的口袋尺寸最大偏差為 100 μm。對晶片式被動元件和較大的 SMD 半導體元件來說，這是可以接受的。較小的元件需要大約 50 μm 的容差，以免元件在口袋裡過度旋轉或傾斜。相較於其他較大型的元件，WLCSP 等最新型封裝所需的口袋高度低了 44% (圖 1)。此外，容差也可以為 30 μm，但只有十分精密的聚碳酸酯載帶才能穩定提供此容差。

圖 1：使用 WLCSP 等較小的元件，使得載帶的口袋高度降低了 44%。(圖片來源：3M)

小晶片伴隨的挑戰

元件製造商目前採用小晶片等方式，解決對小型解決方案的需求。使用小晶片的元件設計人員，有一系列提供特定功能的晶片可選擇，這些晶片能封裝在一起，支援更高系統層級的功能性。常見的小晶片封裝技術包括 2.5 維 (2.5D) 和 3 維 (3D) 結構。2.5D 封裝有時稱為中介層技術，在同一個基板上並排安裝數個元件。中介層能提供連接性。3D 結構中，晶片則相互堆疊以減少覆蓋區。

小晶片雖然實用，但需要特殊處理。另外，也需保護其免受靜電放電 (ESD) 造成的損壞。由於小晶片尺寸很小，如果載帶不是非常穩定且容差較小，口袋中的小晶片很容易移位並使邊緣產生缺口。此外，由於小晶片是在 10,000 級無塵室環境裡製造，因此需要經過特殊設計的合宜載帶。

聚碳酸酯特性

由於工程聚碳酸酯載帶具備幾個特性，因此特別適合和裸晶片、小晶片、WLCSP 及 BGA 元件一起使用。這種載帶的標稱表面電阻率，介於 10⁴ Ω/sq 和 10⁸ Ω/sq 不等。因此能消除因摩擦起電效應而累積的電荷，進而保護 ESD 敏感型元件。聚碳酸酯也非常穩定，連續 24 小時 +85°C 條件下的典型收縮率小於 0.1%，相同條件下，聚苯乙烯的收縮率則小於 0.5%。

舉例來說，3M 的 3000BD 聚碳酸酯精密載帶，係以創新製程製造，該製程能生產出十分精密準確的口袋。比起傳統載帶的熱成型口袋，3000BD 載帶的側壁角度更陡，晶片較不會移到壁面上。為防元件旋轉，口袋長寬方面的容差也相當嚴謹，而極其平坦的底部可以提升拾放設備的效能 (圖 2)。此外，嚴謹的口袋容差能避免晶粒邊緣產生缺口，這種缺口是運送小晶片和裸晶片時的重大隱憂。

圖 2：比起其他載帶 (右側)，聚碳酸酯載帶 (左側) 口袋的側面更陡、底部更平坦。(圖片來源：3M)

聚碳酸酯載帶 3000BD 用途廣泛，包含適用於無塵室和非無塵室環境的規格。這種載帶是在 10,000 級無塵室中清潔和封裝，因此能徹底避免顆粒污染，顆粒數量比標準載帶少 60% 到 70%，而且每個塑膠捲筒密封在一個靜電屏蔽包中，以提供防護。3000BD 載帶也有紙板捲筒款，用於非無塵室應用，以及較不敏感的元件。

這些載帶以可回收的碳填充熱塑性聚合物薄膜製成，永續性高。比起其他載帶，這些載帶帶有少量腐蝕性、水可萃取離子污染物，亦達到 5 ppm 濃度條件，改善錫鉛 (SnPb)、銦鉛 (InPb)、金 (Au) 和銅 (Cu) 錫焊凸塊的焊接效能 (圖 3)。

圖 3：此圖比較三種載帶材料的離子污染濃度 (ppm)，這些材料係根據 MIL-STD-883E 方法 5011 的要求進行測試。(圖片來源：3M)

精密載帶

現針對 3M 3000BD 系列的聚碳酸酯精密載舉出兩個例子，包括 3000BD-.12MM 和 3000BD-12X8，長度分別為 220 m 和 87 m。這是一種無接點的連續型載帶，寬度介於 8 mm 至 44 mm，採水平繞組格式，塑膠捲筒尺寸介於 330 mm (13") 至 560 mm (22")，用於無塵室應用。行星式繞組格式需特別訂購。這些捲筒能容納的載帶一般介於 30 至 2,000 m，依口袋深度、間距和繞組格式等變數而定 (圖 4)。

圖 4：聚碳酸酯精密載帶以捲筒形式提供，長達 2,000 m。(圖片來源：3M)

蓋帶選擇

選擇高效能的精密載帶，問題只解決一半。設計人員還需要使用蓋帶，以保護元件並與拾放設備順暢連接。熱活化黏著劑 (HAA) 和感壓膠 (PSA) 類型蓋帶是兩種常見的蓋帶。

HAA 蓋帶安裝方式是將一個加熱的密封靴鞋按在蓋帶邊緣上，藉此密封元件並避免黏劑殘留。使用 HAA 時，需要準確控制密封的熱量、壓力和速度。HAA 蓋帶上的黏著劑，也可能受溫度，濕度和儲存時間的影響。因此，HAA 蓋帶所需的剝離力，可能相對較不一致。不同的剝離力，可能會導致元件從載帶口袋中彈出 (稱為彈跳)，降低裝配流程的速度。

對於小晶片和 WLCSP 等較小的元件，PSA 蓋帶可能是更好的選擇。PSA 蓋帶具有更平滑、更一致的剝離力，徹底減少彈跳並加快裝配的速度。此外，對熱量和溫度條件的敏感度較低，也不太可能隨時間而變化。某些 PSA 蓋帶的缺點是可能留下殘留物，蓄積在裝配機上。

PSA 蓋帶密封元件

想要補強 3000BD 系列的聚碳酸酯精密載帶，設計人員可使用 3M 2668 系列 PSA 蓋帶，這是一種導電性、高剪力、壓敏聚酯薄膜蓋帶。例如，2668-5.4MMX500M 寬 5.4 mm、長 300 m；2668-13.3MMX500M 寬 13.3 mm、長 300 m。比起 HAA 蓋帶，這些蓋帶的封蓋更扁平，且剝離力變異為 ±10 g，標準 HAA 蓋帶則為 ±20 g。蓋帶在元件旁邊有導電阻斷膜層，以提供 ESD 防護並儘量減少黏劑殘留。

蓋帶 2668 能搭配裸晶片、小晶片及 WLCSP 等小型元件，這些元件需要格外小心，以免拆帶時發生彈跳 (圖 5)。因此，此蓋帶可用於高速拆帶設備，以加快裝配速度。有標準包裝和無塵室相容型包裝。兩者差別在於：

• 標準蓋帶採用塑膠核心，與高密度紙質晶圓嵌件和置中核心一同封裝，並置於一個聚乙烯袋，並裝於紙板箱中。
• 無塵室蓋帶是同一種蓋帶，但以兩個聚乙烯袋包裝的形式提供。如此，蓋帶就能透過一個未直接接觸紙板箱的內袋，在無塵室環境中使用及存放。

圖 5：圖中顯示了從 3000BD 導電性聚碳酸酯精密載帶上剝除 PSA 蓋帶 (左上角)，搭配 BGA 元件以提供尺寸參考。(圖片來源：3M)

結論

使用裸晶片、小晶片、凸塊晶粒、晶片尺寸封裝、WLCSP 及 BGA 元件時，精密聚碳酸酯載帶系統能搭配 PSA 蓋帶使用，以提高良率。這些捲帶系統為精密的元件提供高防護性，並具有為高速拾放設備提供嚴謹的尺寸容差。

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