כיצד לשפר תפוקות הרכבה של רכיבי Chiplet ו-WLCSP על ידי שימוש בנשאי סרט וסליל מדויקים

תקני תעשייה כמו EIA-481 ו-International Electrotechnical Commission (IEC) 60286-3 מכתיבים קימור של 1 מילימטר (mm) לאורך חתך של 250 מ"מ סרט. הם גם מעמידים דרישות למידות כיס ואפיצויות ממדיות כוללות. התקנים אינם מכתיבים חומרים מסוימים עבור מערכות סרט נשא. עבור רכיבים פסיביים קשיחים וקטנים כמו קבלי ונגדי שבב, סרט נשא מנייר יכול להיות בחירה טובה. הוא אינו יקר ויכול לעבוד היטב עבור רכיבים בעובי דק עד כדי 0.9 מ"מ.

עבור רכיבים דקים יותר הדורשים כיס קשיח יותר, כמו התקני מוליכים-למחצה להרכבה משטחית ‏(SMD‏), סרטי פוליאסטר, פוליסטירן או פוליקרבונט יכולים להיות בחירה טובה. פוליאסטר יכול לעבור התכווצות גבוהה יחסית, לגרום לכיסים להיות פחות יציבים כשמאוחסנים לפרקי זמן ארוכים. סרטי פוליסטירן יכולים להיות בעלי דרגות קימור גבוהות יחסית, ועם זאת עדיין להישאר בתחום המפרטים EIA-481‏ ו-IEC 60286-3‏. עבור הרכיבים הקטנים ביותר, כמו מוליכים-למחצה זעירים מסוג chiplet,‏ WLCSP ו-BGA, לרוב סרטים העשויים מפוליקרבונט מהונדס הם הבחירה הטובה ביותר. פוליקרבונט הוא חזק ויכול להגן על רכיבים עדינים מפני פגיעה. כמו כן, ההתכווצות הנמוכה שלו שומרת על יציבות הכיסים לאורך תקופות ארוכות יותר. זה מסייע לתמוך בהזנת סרט ומיקומי כיסים מדויקים הנדרשים על ידי מכונות Pick-and-Place.

קיטון רכיבים

הקיטון המתמשך של התקני מוליכים למחצה דוחף את הצורך באפיצויות ממדיות הדוקות יותר של סרט הנשא. התקנים של סרטי נשא מאפשרים לממדי כיס לסטות עד 100 מיקרומטר (μm). זה בסדר עבור רכיבים פסיביים בסגנון שבב והתקני מוליכים למחצה SMD גדולים יותר. רכיבים קטנים יותר דורשים אפיצויות של בערך 50‎ μm‏ כדי למנוע סיבוב יתר של ההתקן או נטייה בכיס. המארזים החדשים ביותר, כמו WLCSP, יכולים לדרוש כיסים עמוקים פחות ב-44%, יחסית להתקנים גדולים יותר (איור 1‏). הם גם בעלי אפיצויות של ‎30 μm‏, שניתנות לספק בעקביות רק על ידי שימוש בסרטי נשא פוליקרבונט דיוק-גבוה.

איור 1: השימוש ברכיבים קטנים יותר כמו WLCSP הביא להקטנת עומקי הכיסים של סרטי נשא ב-44%. (מקור תמונה: 3M‏)

האתגר של מוליכים למחצה זעירים מסוג Chiplet

השימוש במוליכים למחצה זעירים מסוג Chiplet הוא דרך אחת בה יצרני התקנים מטפלים בצורך בפתרונות קטנים יותר. רכיבי Chiplet מאפשרים למתכנני התקנים לבחור מקטלוג של שבבים המספקים פונקציות ספציפיות הניתנות לאריזה ביחד כדי לתמוך בפונקציונליות גבוהה יותר ברמת-מערכת. טכנולוגיות מארז Chiplet נפוצות כוללות מבנים של ממד 2.5 (2.5D) ו-3D. במארז 2.5D, הנקרא לעיתים טכנולוגיית Interposer, מספר התקנים מורכבים זה לצד זה על בסיס יחיד. ה-Interposer מספק חיבוריות. במבנה‏ 3D‏, השבבים מגובבים כדי להשיג חתימת-שטח‏ אפילו קטנה יותר.

רכיבי Chiplet שימושיים אך דורשים טיפול מיוחד. הם גם חייבים להיות מוגנים מפני נזק הנגרם על ידי פריקה אלקטרוסטטית (ESD). גודלם הקטן הופך אותם לרגישים מאוד לאי-יישור ולפגיעה בקצוות בכיס אם סרט הנשא אינו יציב ביותר עם אפיצויות הדוקות. נוסף לכך, הייצור שלהם מתרחש בסביבת חדר נקי בדרגה 10,000, ולכן הם דורשים סרטי נשא מתאימים עם תכונות מהונדסות במיוחד.

תכונות פוליקרבונט

לסרט נשא פוליקרבונט מהונדס יש מספר תכונות ההופכות אותו למתאים במיוחד לשימוש עם התקני פיסה חשופה, chiplet,‏ WLCSP ו-BGA‏. יש לו‏ התנגדות משטח נומינלית בין 10⁴ אוהם לריבוע (ריבוע‏/Ω) ו-10⁸ ריבוע‏/Ω. זה מאפשר לו לפזר הצטברות מטען בשל אפקטים טריבואלקטריים, וכך להגן על התקנים רגישים ‏לפריקה אלקטרוסטטית (ESD). פוליקרבונט הוא גם יציב מאוד, עובר התכווצות אופיינית של <%‏0.1‏ אחרי 24 שעות ב-85‎°C+, בהשוואה עם <%‏0.5‏ עבור פוליסטירן, תחת אותם התנאים.

לדוגמה, סרטי נשא מדויקים מפוליקרבונט 3000BD של 3M מיוצרים תוך שימוש בתהליך חדשני היוצר כיסים מדויקים מאוד ובדיוק חוזר. בהשוואה לכיסים המיוצרים על ידי חום בנשאים קונבנציונליים, נשאי ה-3000BD הם בעלי זוויות דופן-צד תלולות יותר המקטינות את האפשרות של תנועת שבב במעלה הדופן. הם גם בעלי אפיצויות הדוקות ביחס לאורך ולרוחב הכיס כדי למנוע סיבוב רכיב, ובעלי תחתית שטוחה במיוחד התומכת בביצועים משופרים עם ציוד Pick-and-Place (איור 2‏). נוסף לכך, האפיצויות ההדוקות של הכיס מגינות מפני פגיעה בקצבות הפיסה, שיכולה להיות דאגה משמעותית בעת משלוח רכיבי Chiplet ופיסות חשופות.

איור 2‏: כיסים בסרט נשא פוליקרבונט (שמאל) הם בעלי צדדים תלולים יותר ותחתיות שטוחות יותר בהשוואה לסרטים חלופיים (ימין). (מקור התמונה: 3M‏)

סרט נשא פוליקרבונט 3000BD הוא רב-תכליתי במידה רבה ומוצע בפורמטים מתאימים לסביבות חדר-נקי וחדר-לא-נקי. מאחר והוא מנוקה וארוז בחדר-נקי בדרגה 10,000, הוא מספק הגנה מקסימלית מזיהום חלקיקים עם ספירות חלקיקים נמוכות ב-60% עד 70% מסרטי נשא סטנדרטיים, וכל סליל פלסטיק אטום בשקית מיגון סטטית להגנה. סרטי נשא 3000BD זמינים גם על סלילי קרטון עבור יישומי חדר-לא-נקי ועבור רכיבים פחות רגישים.

סרטי נשא אלה עשויים משכבת פולימר תרמופלסטי ממולאת פחמן הניתנת למחזור ותומכים ברמות גבוהות של קיימות. הם מכילים‏ רמה נמוכה יותר של מזהמים יוניים קורוזיביים, ניתנים לסחיטת מים, בהשוואה לסרטי נשא אחרים, ועומדים ברמת ה-‏5‏ חלקים למיליון (ppm‏) הדרושה לתמיכה ביכולת הלחמה משופרת של בליטות הלחמה העשויות מעופרת-בדיל (SnPb), עופרת-אינדיום (InPb), זהב (Au) ונחושת (Cu) (איור 3‏).

איור 3‏: השוואה של רמות זיהום יוניות ב-ppm‏ עבור שלושה חומרי נשא שנבדקו על פי הדרישות של MIL-STD-883E Method 5011. (מקור תמונה: 3M‏)

נשאים מדויקים

שתי דוגמאות של סדרת ה-3000BD של נשאים מדויקים פוליקרבונט מבית 3M כוללות את ה-3000BD-.12MM וה-3000BD-12X8, באורך של 220 מטר (m) ו-87 מטר, בהתאמה. הן מוצעות כסרטים רציפים, ללא חיבורים, ברוחב 8 מ"מ עד 44 מ"מ, עם פורמט ליפוף אחיד על סליל פלסטיק, בגדלים הנעים מ-330 מ"מ ("13) עד 560 מ"מ ("22) עבור יישומי חדר-נקי. זמין פורמט ליפוף פלנטרי כהזמנה מיוחדת.‏ בהתאם למשתנים כמו עומק כיס, פסיעה ופורמט ליפוף, סלילים אלה יכילו בדרך כלל מ-30 עד 2,000 מ' של סרט נשא (איור 4‏).

איור 4‏: סרט נשא מדויק פוליקרבונט מגיע בגלילים של עד 2,000 מ'. (מקור תמונה: 3M‏)

מבחר סרטי כיסוי

בחירת סרט נשא מדויק,‏ ביצועים-עיליים, היא רק חצי תשובה. מתכננים גם זקוקים לסרט כיסוי היכול להגן על רכיבים ולספק ממשק חלק עם ציוד Pick-and-Place. שתי אפשרויות נפוצות של סרט כיסוי הן דבק מופעל-חום (HAA) ודבק רגיש-לחץ (PSA).

סרט HAA מוצמד על ידי שימוש ב‏נעל איטום מחוממת הלוחצת על שולי הסרט, ובכך סוגרים את הרכיבים ומשאירים אותם נקיים משאריות דבק. עם HAA, החום, הלחץ והמהירות של ההצמדה חייבים להיות מבוקרים בדייקנות. הדבק על סרט HAA יכול להיות מושפע גם על ידי טמפרטורה, לחות וזמן אחסון. כתוצאה מכך, כוח הקילוף הנדרש עם סרט HAA יכול להיות לא עקבי. כוח הקילוף המשתנה יכול לגרום להתקנים להתבלט בכיסי הנשא (ביצוע תנועת טרמפולינה (trampolining)), ובכך להאט את תהליך ההרכבה.

עבור רכיבים קטנים יותר כמו רכיבי chiplet ו-WLCSP, סרט PSA יכול להיות הבחירה הטובה יותר. סרטי PSA הם בעלי כוח קילוף חלק ועקבי יותר, מקטינים למינימום תנועת טרמפולינה ומזרזים את תהליך ההרכבה. נוסף לכך, הם פחות רגישים לחום ותנאי טמפרטורה ונוטים פחות להשתנות עם הזמן. חיסרון של חלק מסרטי PSA הוא שהם עלולים להשאיר שאריות דבק היכולות להצטבר על מכונות הרכבה.

סרט PSA סוגר רכיבים

כדי להשלים את סדרת ה-3000BD של נשאי פוליקרבונט מדויקים, מתכננים יכולים להשתמש בסדרת 2668 של סרטי כיסוי PSA פוליאסטר מוליך, רגישים ללחץ, גזירה-גבוהה (high-shear). לדוגמה, ה-2668-5.4MMX500M רוחבו 5.4 מ"מ ואורכו 300 מטר, בעוד ה-2668-13.3MMX500M רוחבו 13.3 מ"מ ואורכו 300 מטר. סרטי כיסוי אלה מספקים כיסוי‏ שטוח יותר בהשוואה לסרטי HAA, ומספקים כוח קילוף עם השתנות של ‎±10 גרם בהשוואה ל-‎±20‏ גרם עבור סרטי כיסוי HAA סטנדרטיים. יש להם שכבת ציפוי חוסמת מוליכה קרוב לרכיב כדי לספק הגנת פריקה אלקטרוסטטית (ESD) ולמזער שאריות דבק.

ניתן להשתמש בסרט 2668 עם רכיבים קטנים כמו פיסה חשופה, chiplet ו-WLCSP הדורשים משנה זהירות כדי למנוע תנועת טרמפולינה בזמן תהליך ההסרה (איור 5‏). כתוצאה מכך, סרט זה ניתן לשימוש עם ציוד הסרת-סרט מהירות-גבוהה כדי לזרז את תהליך ההרכבה. הוא זמין במארז סטנדרטי ותואם חדר-נקי. ההבדלים בין השניים הם:

• סרט סטנדרטי מגיע על ליבת פלסטיק, ארוז עם תחיבי ופל מנייר בצפיפות-גבוהה וליבת מרכוז בשקית פוליאתילן בודדת הארוזה בקופסת קרטון.
• סרט חדר-נקי הוא אותו הסרט, אך מגיע בשתי שקיות פוליאתילן. זה מאפשר את השימוש והאחסון של סרט הכיסוי בסביבת חדר-נקי בשקית הפנימית שלא הייתה במגע ישיר עם קופסת הקרטון.‏

איור 5: מוצג קילוף סרט כיסוי PSA (עליון משמאל) מנשא מדויק פוליקרבונט מוליך 3000BD עם התקני BGA, עבור התייחסות לגודל. (מקור תמונה: 3M‏)

סיכום

מערכות סרט נשא פוליקרבונט מדויק ניתנות לשימוש יחד עם סרטי כיסוי PSA כדי לשפר תפוקה כשמשתמשים בהתקני פיסה חשופה, Chiplet,‏ פיסה עם בליטות, מארז בגודל-שבב, WLCSP ו-BGA‏. מערכות סרט וסליל אלו מספקות הגנה נרחבת לרכיבים עדינים ויש להן את האפיצויות ההדוקות הדרושות כדי לתמוך בציוד Pick-and-Place מהירות-גבוהה.

קריאה מומלצת

1. טכנולוגיית שכבה דקה מדויקת