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SMT之家论文中心 / 表面贴装工艺 / 工艺综述 / 元件的包装与装运
元件的包装与装运
2003-12-21    Ray Purdom, Cles Troxtell and Edgar Zunica       点击: 8590
元件的包装与装运

  转换成电子功能元件的半导体材料的出现,引发了电子系统设计的一场革命。随着电子功能元件在尺寸与成本上的减少,对其需求迅速扩大。今天,成亿的集成电路(IC)被制造、装配和运往世界各地,来支持在几乎日常生活的每个方面使用的系统。电路板的装配已经进化成超自动化、高速度、高产量的生产线。用于运输和分销IC的包装方法和材料必须保证元件无损伤地到达自动装配线的贴装点,具有正确的吸取位置。到这里,工业已经为运输半导体IC采用了三种基本结构:料盒(magazine)、托盘(tray)和带卷(tape-and-reel)。

图一、典型的包装条应用
  料条(magazine)(装运管) - 主要的元件容器:料条由透明或半透明的聚乙烯(PVC, polyvinylchloride)材料构成,挤压成满足现在工业标准的可应用的标准外形。料条尺寸为工业标准的自动装配设备提供适当的元件定位与方向。料条以单个料条的数量组合形式包装和运输。组合料条放入即时容器(袋和盒),形成标准数量,方便操作和订单简化(图一)。料条的典型的即时包装数量随引脚数和包装类型而变化(表一)。

表一、料条标准包装数量举例
管状包装产品 引脚数 每管数量 容器标准数量
包装
PDIP P 8 50 1000
  N 14 25 1000
  N 16 25 1000
  N 20 20 1000
  N 24 15 750

图二、JEDEC托盘  托盘(tray) - 主要的元件容器:托盘由碳粉或纤维材料制成,这些材料基于专用托盘的最高温度率来选择的。设计用于要求暴露在高温下的元件(潮湿敏感元件)的托盘具有通常150°C或更高的耐温。托盘铸塑成矩形标准外形,包含统一相间的凹穴矩阵。凹穴托住元件,提供运输和处理期间对元件的保护。间隔为在电路板装配过程中用于贴装的标准工业自动化装配设备提供准确的元件位置。托盘的包装与运输是以单个托盘的组合形式,然后堆叠和捆绑在一起,具有一定刚性。一个空盖托盘放在已装元件和堆叠在一起的托盘上。
  典型的托盘堆叠结构是五个满装的托盘和一个空盖托盘(5+1),十个满装托盘与一个空盖托盘(10+1)。顾客可接收单个或多个堆叠的单位,取决于个别要求。元件安排在托盘内,符合标准工业规范;标准的方向是将第一引脚放在托盘斜切角落。图二是一个JEDEC托盘外形及标准元件方向定位的例子。标准包装数量按照元件包装尺寸而变化。表二显示一个例子,在托盘内装运的TQPF类型包装及其标准数量。

表二、托盘包装IC的标准数量举例
托盘包装产品 引脚数 每盘数量 托盘矩阵 容器标准数量
包装
TQFP PM 64 160 8 x 20 800
  PN 80 119 7 x 17 495
  PCA 100 90 6 x 15 360
  PZ 100 90 6 x 15 360

图三、带卷包装  带卷(tape-and-reel) - 主要元件容器:典型的带卷结构都是设计来满足现代工业标准的。有两个一般接受的覆盖带卷包装结构的标准。EIA-481 应用于压纹结构(embossed),而 EIA-468 应用于径向引线(radial leaded)的元件。到目前为止,对于有源(active)IC的最流行的结构是压纹带 (embossed tape)。
  压纹带卷(Embossed tape and reel):多数有源IC是在压纹带卷的结构中发运的。该结构由一个有封口盖带(cover tape)的装料带(carrier tape)组成(图三)。这种组合带,装载元件后,卷在一个盘上。带盘放入波纹形的运输盒内,用于运输和发货。这种包装结构的三个元素是装料带、盖带和卷盘。
图四、装料带的尺寸  装料带(carrier tape):图四显示装料带的基本外形和尺寸标签。通常,装料带由聚苯乙烯(PS, polystyrene)或聚苯乙烯叠层薄片制成。位成型的胶片厚度为0.2~0.4mm,取决于料带所装载元件的大小与重量。装料带的设计主要由元件长度、宽度与厚度来决定。元件尺寸是装料带工业尺寸变量的基础:
  A0 = 设计接纳元件宽度的尺寸
  B0 = 设计接纳元件长度的尺寸
  K0 = 设计接纳元件厚度的尺寸
  对于有基座的凹坑,规定K1尺寸来确认所要求的基座高度。W = 定义装料带的总宽度的尺寸。这个必须符合可接受的工业标准(8/12/16/24/32/44/56mm)。
  P1 = 定义相邻凹坑中心之间的间距。这个尺寸必须符合工业标准(4-mm递增)。表三举例列出一些在带卷结构中有的包装的基本尺寸和标准数量。

表三、带卷结构包装的IC的工业标准数量举例
mm
包装 引脚数 数量 盘的直径 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

图五、元件方向规则一  盖带(cover tape):通常,盖带是PET薄膜或胶膜层,薄膜的底部有胶。设计使用或者热压胶或者只是压力来保证对装料带的持续封口。薄膜厚度,包括胶,为50~65微米(图三)。
  元件方向:元件在装料带中的方向由EIA-783标准规定,标准叙述方向规则必须按顺序遵守,除非不可能有其它变化:

  1. 图六、元件方向规则二元件外形最大的轴要垂直于带长方向(图五)。
  2. 含有第一端子的包装边要方向对圆形齿轮孔(图六)。
  3. 对于在规则1和规则2中不能确定唯一方向的元件,第一端子要在第一象限(图七)。

图七、元件方向规则三  卷盘(reel):由聚苯乙烯(PS, polystyrene)材料制成的。它可由一到三个部件组成。其颜色是不同的(蓝色、黑色、白色或透明),通常是可以再生使用的(大多数供应商参与环境责任再生计划)。卷盘尺寸由EIA-481标准规定(图八)。

潮湿敏感性
图八、典型的卷盘尺寸  塑料IC包装从周围环境吸收潮气。这是用于塑料包装结构(塑模化合物与芯片附着)材料的典型特性。包装内的潮气增加或减少,以达到周围环境的相对湿度(RH)。重量增加/失去分析用来决定达到潮湿饱和所需的时间,或要求除去潮湿的时间。这个信息用来规定对于一个特殊包装的最大暴露时间和最少烘干时间。
  当包装暴露给在印刷电路板(PCB)制造中常见的汽相/红外回流和/或波峰焊接过程时,包装内的潮气变成蒸汽。蒸汽压力可能造成包装的爆裂 - 一个叫做爆米花的现象。
  潮湿敏感性的测试:一个包装对潮湿诱发的损伤的敏感性决定于许多因素,包括室温、相对湿度和包装的结构。表面贴装包装比其相应的通孔包装更容易受到潮湿诱发的损害,因为表面贴装包装通常暴露在较高的焊接温度下面。通孔元件通常比较大,因此机械强度高。
  大多数表面贴装产品使用在EIA/JEDEC A112-A和EIA/JEDEC A113-B所规定的程序来测试对潮湿的敏感性。一级表示包装对潮湿不敏感。任何指示为二级或以上的包装都要求通过烘焙或在真空下进行除湿,接着干燥包装以保护它的运输。运输容器按照产品的潮湿敏感性分级贴上标签。
  多数IC制造商的包装都按照其对潮湿诱发的损害的敏感性经过测试和分级。表四举例列出表面贴装技术(SMT)包装的典型分级。

表四、SMT产品的潮湿敏感性分级
对SMT产品的潮湿敏感性分级
到目前,没有元件包装使用第五、六级
( ) = 引脚数
  一级 二级 三级
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)

  干燥包装:包括烘焙包装以减少潮湿达到不超过重量的0.05%的水平。然后,这些单元放入一个防潮袋中,与干燥剂一起,保持袋内的潮湿小于10%RH的水平。每个产品以标签标识潮湿敏感,简述对处理产品所必须的注意事项。表五显示对于不同包装潮湿敏感性级别的典型的场地寿命(floor life)。

表五、对于不同包装潮湿敏感性级别的典型的场地寿命
 
场地寿命
吸湿时间
级别 条件 时间 时间(小时) 条件
1 =<30°C/90%RH 无限 168 85°C/85%RH
2 =<30°C/60%RH 一年 168
X + Y = Z
85°C/60%RH
3 =<30°C/60%RH 168小时 24 + 168 = 192 30°C/60%RH
4 =<30°C/60%RH 72小时 24 + 72 = 96 30°C/60%RH
5 =<30°C/60%RH 24小时 24 + 24 = 48 30°C/60%RH
6 =<30°C/60%RH 6小时 0 + 6 = 6 30°C/60%RH
这里 X = 烘焙与在制造基地干燥烘焙之间的时间
Y = 在从干燥包装袋去掉之后包装的场地寿命
Z = 总的吸湿时间
注意:上面所显示的X值是缺省值。如果实际时间超过这个值,
使用实际时间和调整吸湿时间 Z。
    典型的包装方法要求以下材料:
  • 料盒(塑料管)、托盘、带卷
  • 干燥剂
  • 防潮袋
  • 标签(潮湿敏感标识[MSID, moisture-sensitive identification]标签、干燥包装警告标签)
  • 湿度指示卡。

  潮湿敏感性的标识:潮湿敏感包装的主要与即时容器都用在现在JEDEC标准所定义的标准潮湿标签作好标记。该MSID标签应用于即时容器的外表,通常在条形码标签的附近,以指示潮湿敏感的包装在里面。潮湿敏感警告标签通常应用于密封的防潮袋外面;该标签包括详细的对元件独特的信息(潮湿敏感级别、场地寿命等)。潮湿指示卡放在密封的防潮袋内面,可保证产品在低潮湿环境储存和运输。

  环境:IC工业努力地优化每个结构的保证密度,以减少包装材料进入工业废料的河流。在可能的地方,使用诸如PS/PVC这样的纯材料,以容易处理。鼓励纤维材料供应商结合使用可再生材料,以减少其消耗纯净原料。表六列出使用的典型包装材料及其各自的再生代号分配。

表六、包装材料的环境代号
构造
材料
再生代号
料盒 PVC 3
端塞 PCV 3
托盘 PAS/ABS/PPE 7(其它)
卷盘 PS 6
装料带 PS 6
盖带 PET层 7(其它)
干燥包装袋 PET层 7(其它)

Acknowledgements
The authors would like to thank Beverly Houghton for helping with the images and standard quantiyt tables, and Randy Kirk for assisting with the standard packing samples.

    References
  1. EIA-481 Standards, excerpts used to assure complete alignment.
  2. EIA-783 Component Orientation.
  3. JEDEC Moisture Sensitivity Testing Procedures: EIA/JEDEC A112-A, EIA/JEDEC A113-B.

  Ray Purdom, standard linear and logic packaging drafter, Cles Troxtell, materials and process engineer, and Edgar Zuniga, standard linear and logic packaging manager, can be contacted at Texas Imstruments Inc. For more information, contact Edgar Zuniga at P.O. Box 84, m-s 812, Sheman, TX 75091-0084; 903-868-5820; E-mail: ezuniga@ti.com.

责任编辑: skylee
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