정밀 테이프와 캐리어를 사용하여 칩렛 및 WLCSP 조립품 수율을 개선하는 방법

EIA-481 및 국제 전자기술 위원회(IEC) 60286-3과 같은 업계 표준은 테이프의 250mm 면적에 대해 허용되는 최대 캠버를 1mm로 규정합니다. 또한 포켓 크기와 전체 치수 공차에 대한 요구 사항을 설정합니다. 이 표준은 캐리어 테이프 시스템에 대한 특정 소재에 영향을 주지는 않습니다. 칩 커패시터 및 저항기와 같은 소형 러기드 패시브 부품의 경우 종이 캐리어 테이프가 좋은 선택일 수 있습니다. 종이 캐리어 테이프는 저렴하며 두께가 약 0.9mm인 부품에 적합합니다.

여러 표면 실장(SMD) 반도체 장치와 같이 더 견고한 포켓이 필요한 얇은 부품의 경우 폴리에스테르, 폴리스티렌 또는 폴리카보네이트 테이프를 사용하는 것이 좋습니다. 폴리에스테르는 상대적으로 수축률이 높기 때문에 장기간 보관할 경우 포켓의 안정성이 떨어집니다. 폴리스티렌 테이프는 상대적으로 캠버가 높을 수 있지만 여전히 EIA-481 및 IEC 60286-3 사양을 준수합니다. 칩렛, WLCSP, BGA와 같은 가장 작은 부품의 경우 종종 폴리카보네이트로 제작된 테이프가 가장 적합합니다. 폴리카보네이트는 강하며 섬세한 부품을 충격에서 보호할 수 있습니다. 또한 수축률이 낮아 장기간에도 포켓을 안정적으로 유지합니다. 이를 통해 픽앤플레이스 기계에 필요한 포켓 위치와 정확한 테이프 공급을 지원할 수 있습니다.

부품 수축

반도체 장치의 지속적인 수축으로 인해 캐리어 테이프 치수 공차가 더욱 엄격하게 요구되고 있습니다. 캐리어 테이프 표준은 최대 100μm까지 편차가 발생할 수 있는 포켓 크기를 허용합니다. 이는 칩 형식의 수동 부품 및 대형 SMD 반도체 장치에 적합합니다. 소형 부품은 포켓에서 장치가 과하게 회전하거나 기울어지는 일을 방지하기 위해 약 50μm의 허용 오차 범위가 필요합니다. WLCSP와 같은 최신 패키지에는 대형 장치에 비해 44% 더 얕은 포켓이 필요할 수 있습니다(그림 1). 이러한 패키지는 또한 고정밀 폴리카보네이트 캐리어 테이프를 사용해야만 일관되게 전달될 수 있는 30μm의 허용 오차 범위를 가지고 있습니다.

그림 1: WLCSP와 같은 소형 부품을 사용하여 캐리어 테이프의 포켓 높이가 44% 감소되었습니다. (이미지 출처: 3M)

칩렛의 문제점

칩렛을 사용하는 것은 장치 제조업체가 소규모 솔루션에 대한 요구 사항을 해결하는 한 방법입니다. 칩렛을 통해 장치 제조업체는 칩 카탈로그에서 선택할 수 있으며 이러한 칩은 함께 패키징되어 높은 시스템 수준의 기능을 지원할 수 있는 특정 기능을 제공합니다. 일반적인 칩렛 패키징 기술에는 2.5 크기(2.5D) 및 3D 구조가 포함됩니다. 인터포저 기술이라고도 부르는 2.5D 패키징에서는 여러 장치가 단일 베이스에 나란히 실장됩니다. 인터포저는 연결을 제공합니다. 3D 구조에서는 훨씬 더 작은 실장 면적을 차지하도록 칩이 쌓여 있습니다.

칩렛은 유용하지만 특별한 처리가 필요합니다. 또한 ESD로 인한 손상을 받지 않도록 보호해야 합니다. 엄격한 허용 오차 범위로 인해 캐리어 테이프의 안정성이 높지 않으면 칩렛은 작은 크기로 인한 포켓의 오정렬 및 모서리 깨짐에 매우 취약합니다. 또한 칩렛의 제조는 클래스 10,000 클린룸 환경에서 이루어지므로 칩렛은 특별히 제작된 속성을 가진 적합한 캐리어 테이프가 필요합니다.

폴리카보네이트 속성

제작된 폴리카보네이트 캐리어 테이프에는 단순 다이, 칩렛, WLCSP, BGA 장치와 사용하기에 특히 적합한 몇 가지 속성이 있습니다. 공칭 표면 저항은 10⁴Ω/square와 10⁸Ω/square 사이입니다. 이를 통해 마찰전기 효과로 인한 전하 누적을 분산시켜 ESD에 민감한 장치를 보호할 수 있습니다. 또한 폴리카보네이트는 매우 안정적이어서 85°C 이상에서 24시간이 경과되면 폴리스티렌이 0.5% 미만의 수축률인데 비해 폴리카보네이트는 동일한 조건에서 일반적으로 0.1% 미만의 수축률을 보여줍니다.

예를 들어 3M의 3000BD 폴리카보네이트 정밀 캐리어 테이프는 고도로 정밀하고 정확한 포켓을 생산하는 혁신적인 공정을 사용하여 제작되었습니다. 기존 캐리어의 열 형성 포켓과 비교했을 때 3000BD 캐리어는 측벽 각도가 더 가파르므로 벽 위로 칩이 이동할 가능성이 줄어듭니다. 또한 부품 회전을 방지하기 위해 포켓의 길이와 너비에 대한 허용 오차 범위가 좁고 바닥이 매우 평평하여 픽앤플레이스 장비로 향상된 성능을 지원합니다(그림 2). 게다가 포켓의 허용 오차 범위가 좁아서 칩렛과 단순 다이 선적 시 심각한 문제가 될 수 있는 다이 모서리 깨짐을 방지합니다.

그림 2: 폴리카보네이트 캐리어 테이프의 포켓(왼쪽)은 대체 테이프(오른쪽)에 비해 측벽이 더 가파르고 바닥은 더 평평합니다. (이미지 출처: 3M)

폴리카보네이트 캐리어 테이프 3000BD는 용도가 매우 다양하며 클린룸 및 비 클린룸 환경에 적합한 형태로 제공됩니다. 이는 클래스 10,000 클린룸에서 세척되고 패키징되므로 표준 캐리어 테이프보다 입자 수가 60% ~ 70% 더 낮아 입자 오염으로부터 최대한 보호할 수 있으며 각 플라스틱 릴은 보호를 위해 정전기 차폐 백에 밀봉됩니다. 3000BD 캐리어 테이프는 또한 비 클린룸 응용 분야와 덜 민감한 부품을 위해 마분지 릴에 사용할 수 있습니다.

이러한 캐리어 테이프는 재활용 가능한 탄소 충전 열가소성 플라스틱 폴리머 필름으로 제작되며 높은 지속 가능성을 지원합니다. 다른 캐리어 테이프에 비해 부식성을 띤 수분 추출 가능 이온 오염물질을 적게 함유하고 있으며 주석 납(SnPb), 인듐 납(InPb), 금(Au) 및 구리(Cu) 납땜 범프의 향상된 납땜성을 지원하는 데 필요한 5ppm 수준을 충족합니다(그림 3).

그림 3: MIL-STD-883E, Method 5011의 요구 사항에 따라 테스트된 3가지 캐리어 재료에 대해 ppm 단위로 표시한 이온 오염 수준 비교. (이미지 출처: 3M)

정밀 캐리어

3M의 폴리카보네이트 정밀 캐리어 3000BD 계열의 2가지 예로는 3000BD-.12MM과 3000BD-12X8이 있으며 각각 220m, 87m 길이에 해당합니다. 8mm ~ 44mm 폭의 지속적이고 스플라이스가 없는 테이프로 제공되며 클린룸에 적용하기 위해 330mm(13") ~ 560mm(22") 크기의 플라스틱 릴에 레벨 권선 형식을 사용합니다. 유성 권선 형식은 특별 주문으로 제공됩니다. 이러한 릴은 포켓 깊이, 피치, 권선 형식과 같은 변수에 따라 일반적으로 캐리어 테이프를 30m ~ 2,000m로 유지합니다(그림 4).

그림 4: 폴리카보네이트 정밀 캐리어 테이프는 최대 2,000m 롤로 제공됩니다. (이미지 출처: 3M)

덮개 테이프 선택

고성능 정밀 캐리어 테이프를 선택하는 것은 반쪽짜리 정답에 불과합니다. 설계자는 부품을 보호하고 픽앤플레이스 장비와 원활한 인터페이스를 제공할 수 있는 덮개 테이프도 필요합니다. 일반적으로 선택할 수 있는 2가지 테이프는 열 활성화 접착제(HAA)와 감압 접착제(PSA)가 있습니다.

HAA 테이프는 가열된 밀봉 슈를 사용하여 테이프의 가장자리를 눌러 부품을 밀봉하고 접착제 잔여물이 없는 상태로 둡니다. HAA를 사용하면 열, 압력, 밀봉 속도를 정확하게 제어해야 합니다. HAA 테이프의 접착제는 온도, 습도 및 보관 시간에 영향을 받을 수도 있습니다. 따라서 HAA 테이프에 필요한 박리 힘은 상대적으로 일관적이지 않을 수 있습니다. 다양한 박리 힘으로 인해 장치가 캐리어 포켓에서 튀어 나와(트램펄리닝이라고 함) 조립 공정이 느려질 수 있습니다.

칩렛 및 WLCSP와 같은 소형 부품의 경우 PSA 테이프를 선택하는 편이 더 나을 수 있습니다. PSA 테이프는 더 매끈하고 일관된 박리 힘을 제공하여 트램펄리닝을 최소화하고 조립 공정의 속도를 높입니다. 또한 열 및 온도 조건에 덜 민감하고 시간이 지남에 따라 변할 가능성이 더 적습니다. 일부 PSA 테이프의 단점은 조립 기계에 쌓일 수 있는 잔여물이 남을 수도 있다는 점입니다.

PSA 테이프로 부품 밀봉

설계자들은 폴리카보네이트 정밀 캐리어의 3000BD 계열을 보완하기 위해 3M의 PSA 전도성, 고전단, 감압 폴리에스테르 필름 덮개 테이프의 2668 계열을 사용할 수 있습니다. 예를 들어 2668-5.4MMX500M은 5.4mm(폭) × 300m(길이)인 반면 2668-13.3MMX500M은 13.3mm(폭) × 300m(길이)입니다. 이러한 덮개 테이프는 HAA 테이프에 비해 덮개가 평평하며 표준 HAA 덮개 테이프의 경우 ±20g의 다양한 박리 힘을 제공하는 데 비해 이러한 덮개 테이프는 ±10g의 다양한 박리 힘을 제공합니다. ESD를 보호하고 접착제 잔여물을 최소화하기 위해 부품 옆에 전도성 차단제 필름 층이 있습니다.

테이프 2668은 테이프 제거 공정 중 트램펄리닝을 방지하기 위해 추가로 주의해야 하는 단순 다이, 칩렛, WLCSP와 같이 소형 부품과 사용할 수 있습니다. 그 결과 이 테이프는 테이프를 제거하는 고속 장비에서 사용되어 조립 공정의 시간을 줄입니다. 이는 표준 및 클린룸 호환 가능한 패키징으로 제공됩니다. 이 둘 차이점은 다음과 같습니다.

• 표준 테이프는 마분지 상자에 패키징된 단일 폴리에틸렌 백에 고밀도 종이 웨이퍼 인서트 및 중심부 코어와 함께 패키징되어 플라스틱 코어에 제공됩니다.
• 클린룸 테이프는 동일한 테이프이지만 2개의 폴리에틸렌 백에 들어있습니다. 이렇게 하면 덮개 테이프를 마분지 상자와 직접 닿지 않은 안쪽 백의 클린룸 환경에서 사용하고 저장할 수 있습니다.

그림 5: 크기를 참조할 수 있도록 BGA 장치와 함께 3000BD 전도성 폴리카보네이트 정밀 캐리어를 벗겨 내는 중인 PSA 캐리어 테이프(상단 왼쪽)를 보여줍니다. (이미지 출처: 3M)

결론

정밀 폴리카보네이트 캐리어 테이프 시스템은 PSA 캐리어 테이프와 함께 사용하여 단순 다이, 칩렛, 범프 다이, 칩 크기 패키징, WLCSP, BGA 장치 사용 시 수율을 개선할 수 있습니다. 이러한 테이프 및 릴 시스템은 섬세한 부품을 광범위하게 보호하며 고속 픽앤플레이스 장비를 지원하는 데 필요한 치수 공차가 매우 작습니다.

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