電子元件的包裝與裝運(yùn)

2024-06-20 7292

　　電子元件的包裝與裝運(yùn)

　　本文介紹，電子元件的包裝與運(yùn)輸條件與方法。

　　轉(zhuǎn)換成電子功能元件的半導(dǎo)體材料的出現(xiàn)，引發(fā)了電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一場(chǎng)革命。隨著電子功能元件在尺寸與成本上的減少，對(duì)其需求迅速擴(kuò)大。今天，成億的集成電路(IC)被制造、裝配和運(yùn)往世界各地，來支持在幾乎日常生活的每個(gè)方面使用的系統(tǒng)。電路板的裝配已經(jīng)進(jìn)化成超自動(dòng)化、高速度、高產(chǎn)量的生產(chǎn)線。用于運(yùn)輸和分銷IC的包裝方法和材料必須保證元件無損傷地到達(dá)自動(dòng)裝配線的貼裝點(diǎn)，具有正確的吸取位置。到這里，工業(yè)已經(jīng)為運(yùn)輸半導(dǎo)體IC采用了三種基本結(jié)構(gòu)：料盒(magazine)、托盤(tray)和帶卷(tape-and-reel)。

　　應(yīng)用

　　料條(magazine)(裝運(yùn)管) - 主要的元件容器：料條由透明或半透明的聚乙烯(PVC, polyvinylchloride)材料構(gòu)成，擠壓成滿足現(xiàn)在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的可應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)外形。料條尺寸為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的自動(dòng)裝配設(shè)備提供適當(dāng)?shù)脑ㄎ慌c方向。料條以單個(gè)料條的數(shù)量組合形式包裝和運(yùn)輸。組合料條放入即時(shí)容器(袋和盒)，形成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量，方便操作和訂單簡(jiǎn)化(圖一)。料條的典型的即時(shí)包裝數(shù)量隨引腳數(shù)和包裝類型而變化(表一)。

　　表一、料條標(biāo)準(zhǔn)包裝數(shù)量舉例

　　管狀包裝產(chǎn)品引腳數(shù) 每管數(shù)量容器標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量

　　類包裝

　　PDIP P 8 50 1000

　　N 14 25 1000

　　N 16 25 1000

　　N 20 20 1000

　　N 24 15 750

　　托盤(tray) - 主要的元件容器：托盤由碳粉或纖維材料制成，這些材料基于專用托盤的最高溫度率來選擇的。設(shè)計(jì)用于要求暴露在高溫下的元件(潮濕敏感元件)的托盤具有通常150°C或更高的耐溫。托盤鑄塑成矩形標(biāo)準(zhǔn)外形，包含統(tǒng)一相間的凹穴矩陣。凹穴托住元件，提供運(yùn)輸和處理期間對(duì)元件的保護(hù)。間隔為在電路板裝配過程中用于貼裝的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)自動(dòng)化裝配設(shè)備提供準(zhǔn)確的元件位置。托盤的包裝與運(yùn)輸是以單個(gè)托盤的組合形式，然后堆疊和捆綁在一起，具有一定剛性。一個(gè)空蓋托盤放在已裝元件和堆疊在一起的托盤上。

　　典型的托盤堆疊結(jié)構(gòu)是五個(gè)滿裝的托盤和一個(gè)空蓋托盤(5+1)，十個(gè)滿裝托盤與一個(gè)空蓋托盤(10+1)。顧客可接收單個(gè)或多個(gè)堆疊的單位，取決于個(gè)別要求。元件安排在托盤內(nèi)，符合標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)規(guī)范;標(biāo)準(zhǔn)的方向是將第一引腳放在托盤斜切角落。圖二是一個(gè)JEDEC托盤外形及標(biāo)準(zhǔn)元件方向定位的例子。標(biāo)準(zhǔn)包裝數(shù)量按照元件包裝尺寸而變化。表二顯示一個(gè)例子，在托盤內(nèi)裝運(yùn)的TQPF類型包裝及其標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量。

　　表二、托盤包裝IC的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量舉例

　　托盤包裝產(chǎn)品引腳數(shù) 每盤數(shù)量托盤矩陣容器標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量

　　類包裝

　　TQFP PM 64 160 8 * 20 800

　　PN 80 119 7 * 17 495

　　PCA 100 90 6 * 15 360

　　PZ 100 90 6 * 15 360

　　帶卷(tape-and-reel) - 主要元件容器：典型的帶卷結(jié)構(gòu)都是設(shè)計(jì)來滿足現(xiàn)代工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的。有兩個(gè)一般接受的覆蓋帶卷包裝結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)。EIA-481 應(yīng)用于壓紋結(jié)構(gòu)(embossed)，而 EIA-468 應(yīng)用于徑向引線(radial leaded)的元件。到目前為止，對(duì)于有源(active)IC的最流行的結(jié)構(gòu)是壓紋帶 (embossed tape)。

　　壓紋帶卷(Embossed tape and reel)：多數(shù)有源IC是在壓紋帶卷的結(jié)構(gòu)中發(fā)運(yùn)的。該結(jié)構(gòu)由一個(gè)有封口蓋帶(cover tape)的裝料帶(carrier tape)組成(圖三)。這種組合帶，裝載元件后，卷在一個(gè)盤上。帶盤放入波紋形的運(yùn)輸盒內(nèi)，用于運(yùn)輸和發(fā)貨。這種包裝結(jié)構(gòu)的三個(gè)元素是裝料帶、蓋帶和卷盤。

　　裝料帶(carrier tape)：圖四顯示裝料帶的基本外形和尺寸標(biāo)簽。通常，裝料帶由聚苯乙烯(PS, polystyrene)或聚苯乙烯疊層薄片制成。位成型的膠片厚度為0.2~0.4mm，取決于料帶所裝載元件的大小與重量。裝料帶的設(shè)計(jì)主要由元件長(zhǎng)度、寬度與厚度來決定。元件尺寸是裝料帶工業(yè)尺寸變量的基礎(chǔ)：

　　A0 = 設(shè)計(jì)接納元件寬度的尺寸

　　B0 = 設(shè)計(jì)接納元件長(zhǎng)度的尺寸

　　K0 = 設(shè)計(jì)接納元件厚度的尺寸

　　對(duì)于有基座的凹坑，規(guī)定K1尺寸來確認(rèn)所要求的基座高度。W = 定義裝料帶的總寬度的尺寸。這個(gè)必須符合可接受的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(8/12/16/24/32/44/56mm)。

　　P1 = 定義相鄰凹坑中心之間的間距。這個(gè)尺寸必須符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(4-mm遞增)。表三舉例列出一些在帶卷結(jié)構(gòu)中有的包裝的基本尺寸和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量。

　　表三、帶卷結(jié)構(gòu)包裝的IC的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量舉例

　　類包裝引腳數(shù) 數(shù)量盤的直徑 A0 B0 K0 K1 P1 W

　　SOIC DR 8 2500 330 6.4 5.2 2.1 N/A 8 12

　　DR 14 2500 330 6.5 9 2.1 N/A 8 16

　　DR 16 2500 330 6.5 10.3 2.1 N/A 8 16

　　DWR 16 2000 330 11.1 10.85 2.65 2.35 12 16

　　DWR 20 2000 330 11.1 13.35 2.7 2.35 12 24

　　蓋帶(cover tape)：通常，蓋帶是PET薄膜或膠膜層，薄膜的底部有膠。設(shè)計(jì)使用或者熱壓膠或者只是壓力來保證對(duì)裝料帶的持續(xù)封口。薄膜厚度，包括膠，為50~65微米(圖三)。

　　元件方向：元件在裝料帶中的方向由EIA-783標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)敘述方向規(guī)則必須按順序遵守，除非不可能有其它變化：

　　1.元件外形最大的軸要垂直于帶長(zhǎng)方向(圖五)。

　　2.含有第一端子的包裝邊要方向?qū)A形齒輪孔(圖六)。

　　3.對(duì)于在規(guī)則1和規(guī)則2中不能確定唯一方向的元件，第一端子要在第一象限(圖七)。

　　卷盤(reel)：由聚苯乙烯(PS, polystyrene)材料制成的。它可由一到三個(gè)部件組成。其顏色是不同的(藍(lán)色、黑色、白色或透明)，通常是可以再生使用的(大多數(shù)供應(yīng)商參與環(huán)境責(zé)任再生計(jì)劃)。卷盤尺寸由EIA-481標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定(圖八)。

　　潮濕敏感性

　　塑料IC包裝從周圍環(huán)境吸收潮氣。這是用于塑料包裝結(jié)構(gòu)(塑模化合物與芯片附著)材料的典型特性。包裝內(nèi)的潮氣增加或減少，以達(dá)到周圍環(huán)境的相對(duì)濕度(RH)。重量增加/失去分析用來決定達(dá)到潮濕飽和所需的時(shí)間，或要求除去潮濕的時(shí)間。這個(gè)信息用來規(guī)定對(duì)于一個(gè)特殊包裝的最大暴露時(shí)間和最少烘干時(shí)間。

　　當(dāng)包裝暴露給在印刷電路板(PCB)制造中常見的汽相/紅外回流和/或波峰焊接過程時(shí)，包裝內(nèi)的潮氣變成蒸汽。蒸汽壓力可能造成包裝的爆裂 - 一個(gè)叫做爆米花的現(xiàn)象。

　　潮濕敏感性的測(cè)試：一個(gè)包裝對(duì)潮濕誘發(fā)的損傷的敏感性決定于許多因素，包括室溫、相對(duì)濕度和包裝的結(jié)構(gòu)。表面貼裝包裝比其相應(yīng)的通孔包裝更容易受到潮濕誘發(fā)的損害，因?yàn)楸砻尜N裝包裝通常暴露在較高的焊接溫度下面。通孔元件通常比較大，因此機(jī)械強(qiáng)度高。

　　大多數(shù)表面貼裝產(chǎn)品使用在EIA/JEDEC A112-A和EIA/JEDEC A113-B所規(guī)定的程序來測(cè)試對(duì)潮濕的敏感性。一級(jí)表示包裝對(duì)潮濕不敏感。任何指示為二級(jí)或以上的包裝都要求通過烘焙或在真空下進(jìn)行除濕，接著干燥包裝以保護(hù)它的運(yùn)輸。運(yùn)輸容器按照產(chǎn)品的潮濕敏感性分級(jí)貼上標(biāo)簽。

　　多數(shù)IC制造商的包裝都按照其對(duì)潮濕誘發(fā)的損害的敏感性經(jīng)過測(cè)試和分級(jí)。表四舉例列出表面貼裝技術(shù)(SMT)包裝的典型分級(jí)。

　　表四、SMT產(chǎn)品的潮濕敏感性分級(jí)

　　對(duì)SMT產(chǎn)品的潮濕敏感性分級(jí)

　　到目前，沒有元件包裝使用第五、六級(jí)

　　( ) = 引腳數(shù)

　　一級(jí) 二級(jí) 三級(jí)

　　PLCC FN (20/28) FN (44/68)

　　SOIC D (9/14/16)

　　DW(16/20/24/28)

　　SSOP DBQ (16/20/24)

　　DB (14/16/20/24)

　　DB (28/30/38)

　　TSSOP DL (28/48/56)

　　DCT (8)

　　PW (8/14/16)

　　DGG (64) PW (20/24) DGG (48/56)

　　干燥包裝：包括烘焙包裝以減少潮濕達(dá)到不超過重量的0.05%的水平。然后，這些單元放入一個(gè)防潮袋中，與干燥劑一起，保持袋內(nèi)的潮濕小于10%RH的水平。每個(gè)產(chǎn)品以標(biāo)簽標(biāo)識(shí)潮濕敏感，簡(jiǎn)述對(duì)處理產(chǎn)品所必須的注意事項(xiàng)。表五顯示對(duì)于不同包裝潮濕敏感性級(jí)別的典型的場(chǎng)地壽命(floor life)。

　　表五、對(duì)于不同包裝潮濕敏感性級(jí)別的典型的場(chǎng)地壽命

　　場(chǎng)地壽命吸濕時(shí)間

　　級(jí)別條件時(shí)間時(shí)間(小時(shí)) 條件

　　1 =<30°C/90%RH 無限 168 85°C/85%RH

　　2 =<30°C/60%RH 一年 168

　　* + Y = Z 85°C/60%RH

　　3 =<30°C/60%RH 168小時(shí) 24 + 168 = 192 30°C/60%RH

　　4 =<30°C/60%RH 72小時(shí) 24 + 72 = 96 30°C/60%RH

　　5 =<30°C/60%RH 24小時(shí) 24 + 24 = 48 30°C/60%RH

　　6 =<30°C/60%RH 6小時(shí) 0 + 6 = 6 30°C/60%RH

　　這里 * = 烘焙與在制造基地干燥烘焙之間的時(shí)間

　　Y = 在從干燥包裝袋去掉之后包裝的場(chǎng)地壽命

　　Z = 總的吸濕時(shí)間

　　注意：上面所顯示的*值是缺省值。如果實(shí)際時(shí)間超過這個(gè)值，

　　使用實(shí)際時(shí)間和調(diào)整吸濕時(shí)間 Z。

　　典型的包裝方法要求以下材料：

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