芯片產(chǎn)品的傳遞、貯存及包裝

時間：2021/07/20    點擊量：1444

1.1 芯片產(chǎn)品的傳遞及貯存可使用多種載體

晶圓盒可用于傳遞或存放單個晶圓。使用晶圓傳遞載體 和容器可在多個設備之間傳送。傳遞和貯存箱可用來放置已經(jīng)劃片的晶圓薄膜框架。芯片托盤(盒)、 真空釋放托盤(盒)、載帶及封裝帶均可用于單個芯片的傳送。 應盡可能減少芯片產(chǎn)品暴露在工作場所空氣中的時間。芯片產(chǎn)品應保存在適宜的密閉的貯存容器 中或?qū)⑿酒d帶用密封包封存。在潔凈區(qū)外不應打開存放芯片產(chǎn)品的容器。若進行長途運輸,應將其保存在密封袋或容器中。 即使在潔凈區(qū)外也不應用裸手觸摸芯片產(chǎn)品貯存容器。 芯片產(chǎn)品的貯存應定期進行潔凈處理,若發(fā)現(xiàn)可見的污染物,應及時清潔貯存容器。 芯片產(chǎn)品應始終存放在容器中,只有需要進行操作時,才允許取出。 應使用晶圓操作工具操作貯存容器中的晶圓;當需要用手來操作時,應用戴手套的手接觸晶圓的邊緣。

1.2 晶圓載體和晶圓盒

晶圓在加工過程中需在不同的設備或場所之間傳送。晶圓傳送時容易破碎,應根據(jù)實際用途設計 晶圓的貯存容器和傳遞裝置。 應慎重選擇合適的傳遞方式和傳遞裝置,以免晶圓出現(xiàn)微裂紋,導致后續(xù)工藝操作后晶圓破裂。 晶圓盒操作時,應從底部拿起,只可觸摸外表面,不應從頂部拿起晶圓盒。 需要轉(zhuǎn)移晶圓到另一個載體時,應使晶圓緩慢滑入(晶圓盒到晶圓盒),不應快速傾倒,以免損傷或 沾污晶圓。

1.3 晶圓在線存放和傳送

晶圓盒是晶圓在線存放和傳送的主要容器,條件允許時,晶圓盒及其中的晶圓應作為一個整體進行操作。應根據(jù)實際情況選用合適的在線傳送或臨時存放容器。傳送晶圓時應使用特殊設計的晶圓盒, 以防止晶圓框架移動。

1.4 未劃開晶圓的包裝

1.4.1 標準晶圓貯存罐晶圓貯存罐常用于運輸未劃片的半導體晶圓。在裝片和取片時應按照包裝說明進行操作,以確保 晶圓不損傷。同一個晶圓批的晶圓放在一個運輸晶圓貯存罐中。產(chǎn)品標識和可追溯信息應標識在蓋的上面。晶 圓貯存罐應放入具有 ESD屏蔽功能的運輸包裝袋并在袋外貼上標識。圖3為示意圖。為了避免晶圓破裂,應將晶圓貯存罐裝滿,以防止晶圓在罐內(nèi)移動造成損傷。  

圖 3 晶圓貯存罐示意圖

說明: ①產(chǎn)品序列號和 ESD標識; ②晶圓貯存罐蓋; ③防靜電泡沫; ④無毛、無塵墊; ⑤所裝的晶圓; ⑥具有防靜電泡沫的罐體; ⑦干燥劑; ⑧具有產(chǎn)品標識和 ESD標識的屏蔽袋。

應在潔凈環(huán)境下從運輸罐中取出晶圓。從晶圓貯存罐中取出晶圓應十分小心,接觸工具易于在有 源區(qū)表面造成微擦傷,應避免手工操作晶圓。除采用特殊密閉泡沫的晶圓貯存罐外,多數(shù)晶圓貯存罐并不適用于長時間貯存晶圓產(chǎn)品。

1.4.2 專用晶圓盒 專用晶圓盒不使用任何泡沫包裝材料。對于未劃片的晶圓,專用晶圓盒比晶圓貯存罐能夠提供更 好的保護,也可用于減薄的晶圓。專用晶圓盒通常由導電塑料制造,這類包裝盒體更適合用來運輸和貯存。 

圖4為專用晶圓盒示意圖

1.5 已劃開晶圓的包裝 

1.5.1 通則 已劃開的晶圓一般粘附在粘片薄膜上,由于被劃開的晶圓處在粘片薄膜上的時間越長,從薄膜上選 取芯片越困難,芯片在劃片后應在規(guī)定時間內(nèi)從薄膜上選取出來。有些類型的粘片薄膜如 UV 膜,在切割晶圓后采用特定波長的光照/對薄膜加熱可以降低薄膜的 粘附強度,這使得芯片很容易從膜上取下。不論采用哪種粘片薄膜,薄膜上劃片后的晶圓都不宜用于長期保存。

1.5.2 在薄膜框架上的晶圓的包裝 膜框架通常在一個邊上有兩個固定的凹口來滿足自動化處理設備的要求。圖五給出了此結(jié)構(gòu)及包裝的示意圖。膜框架可放置在運輸框架上并應張貼上標識,然后將其放在有干燥劑5的給靜出電了屏此蔽結(jié)袋構(gòu)內(nèi)及,包并在袋外做好標識。

圖 5 膜框架及包裝示意圖

說明: ①粘附膜架; ②要拾取的芯片; ③晶圓; ④晶圓運送裝置; ⑤產(chǎn)品序列號; ⑥ES ⑦ D標識; 干燥劑; ⑧ESD屏蔽袋; ⑨產(chǎn)品序列號標識; ⑩ESD標識。  

采用這種形式傳遞芯片時,應盡快完成。隨著時間的延長,薄膜的粘附能力會增加。

1.5.3 撐片架/擴片架上的晶圓的包裝 撐片架/擴片架應放在盒蓋上貼有標識的運輸容器內(nèi)。然后放置于有干燥劑的靜電屏蔽袋內(nèi),并在 袋外粘貼最終的標識。圖6給出了這種撐片架/擴片架的結(jié)構(gòu)及包裝示意圖。 

圖 6 撐片架/擴片架及包裝示意圖

說明: ①撐片架/括片架; ②要拾取的芯片; ③晶圓; ④晶圓運送裝置; ⑤產(chǎn)品序列號標識; ⑥ES ⑦ D標識; 干燥劑; ⑧ESD屏蔽袋; ⑨產(chǎn)品序列號標識; ⑩ESD標識。

1.5.4 固定夾具(Holdingfixture) 撐片架或薄膜框架應放置在固定夾具上,并保證放置安全可靠。 

1.5.5 真空條件 真空條件由挑選工具(真空吸頭)和晶圓薄膜背面所需的真空要求確定。

1.5.6 挑選工具 應優(yōu)先選用自動化設備和真空工具對芯片產(chǎn)品進行操作;使用的任何設備和工具都不應產(chǎn)生靜電 損害。操作芯片產(chǎn)品的工具應僅用于其設計用途,不應作為螺絲刀、撬杠和信件啟封器等其他用途。

1.5.7 芯片的接觸和選取 為保證芯片能被挑選工具摘下而不損壞芯片,挑選工具和芯片間的接觸力應最小。芯片被頂針抬 起的速度應緩慢,過快的上升抬起速度會導致芯片與挑選工具脫離,造成芯片報廢。

1.6 單個晶圓的包裝

1.6.1 包裝盒 應優(yōu)先選用為單個晶圓運輸而特殊設計的包裝盒。各種類型的工具可用于運輸附有晶圓的粘附膜架或撐片架。雖然膜架的形式和尺寸大不相同,但 大都能有適宜的包裝體系。

1.6.2 真空包裝袋 對于已劃片的單個晶圓運輸,可將已粘貼晶圓的粘附膜架和撐片架放置在固定夾具上,然后裝入真 空密封的 ESD屏蔽袋內(nèi)進行運輸。一般采用分離盤放置在晶圓正面的上方來保護芯片表面,使用無毛的實驗室用濾紙盤放在分離盤 的上方用來蓋住整個框架的內(nèi)部,然后一個由卡片或薄片制作的盤再放在濾紙上。這個盤的直徑要小 于框架的內(nèi)徑,厚度近似等于框架結(jié)構(gòu)厚度的一半。另一個卡片或薄圓盤放置在粘附膜架的下面。該 組合體隨后應小心地放入 ESD屏蔽袋內(nèi)并采用真空密封機進行密封。真空包裝袋宜放置在一個有多重靜電防護墊的包裝箱內(nèi)進行運輸,該包裝箱應有內(nèi)部軟墊用來保護晶圓。

1.7 芯片的托盤(盒)包裝

1.7.1 托盤(盒)的類型 提供給客戶的芯片會有不同的包裝類型,包括“華夫”托盤(盒)、真空釋放托盤(盒)、凝膠托盤(盒)等。包裝類型的選擇可基于芯片批量和使用量,對于較大批量的應用,宜使用載帶包裝。

1.7.2 “華夫”托盤(盒) “華夫”托盤(盒)或采用芯片托盤(盒)常用來操作和運輸包括裸芯片、芯片級包裝(CSP)、光電和其 他微電子器件的芯片。用于芯片包裝的材料應是防靜電材料,每一個包裝或托盤(盒)應具有適當?shù)目?間尺寸范圍用來保證芯片在指定的位置。 

空腔尺寸的每一邊應控制在比芯片尺寸大不超過10%。當采用無毛薄墊蓋在芯片上后,應采用帶 有夾子的盒蓋蓋上包裝托盤(盒)。“華夫”托盤(盒)包裝隨后放入有干燥劑的防靜電屏蔽包內(nèi),最后在 包的外側(cè)做好相應的標識。“華夫”托盤(盒)包裝可以是單層結(jié)構(gòu)(見圖7)或多層結(jié)構(gòu)(見圖8),對于這些不同的結(jié)構(gòu),采用不同的適用的夾子。去掉夾子、盒蓋和無毛薄墊后,芯片可以用真空挑選工具很方便地取出。托盤(盒)的位置應在固定夾具上保持相對固定,以保證在查找、裝卸或取出芯片時托盤(盒)的安全性。

圖 7 單層的“華夫”托盤(盒)及包裝示意圖

說明: ①產(chǎn)品序列號標識; ②盒蓋; ③無毛薄墊; ④具有矩陣結(jié)構(gòu)的托盤; ⑤夾子; ⑥干燥劑; ⑦貨盤(可選用); ⑧ESD屏蔽袋; ⑨產(chǎn)品序列號標識。

圖 8 多層形式的“華夫”托盤(盒)及包裝示意圖

說明: ①產(chǎn)品序列號標識; ②盒蓋; ③無毛薄墊; ④具有矩陣結(jié)構(gòu)的托盤; ⑤夾子; ⑥干燥劑; ⑦ESD屏蔽袋; ⑧產(chǎn)品序列號標識。

1.7.3 真空釋放托盤(盒) 

1.7.3.1 真空釋放托盤(盒)的形式 真空釋放托盤(盒)不需要采用空腔固定,各種尺寸的芯片都可以放在同一個真空托盤(盒)中。應選擇網(wǎng)格大小和膠膜的粘附性,以保證在拾取過程中能正確地移動芯片并具有安全的附著力。真空釋放托盤(盒)可以循環(huán)使用,且適用于小芯片或易碎芯片,還可應用于高速分揀設備。不應使芯片的上表面與盒蓋的內(nèi)表面發(fā)生接觸。

托盤(盒)內(nèi)的芯片,應方向以一致,保證自動分揀設備的正確 操作。托盤(盒)有確定的參照角,從而有確定的 X方位和 Y 方位,放置在其中的芯片按矩陣方式有固定 的行和列。為避免移動任一一個芯片時,碰到其附近的芯片或?qū)︵徑男酒斐筛蓴_,托盤(盒)中的行 與行和列與列之間應有一定的空隙。 

盒蓋的深度應保證盒蓋內(nèi)部表面與芯片上表面有一定的空隙,當芯片已分揀放入托盤(盒)后,應采 用具有產(chǎn)品標識和夾子的盒蓋將托盤(盒)蓋住。然后放入具有干燥劑的靜電屏蔽袋內(nèi),并將最終標識 粘附在袋的外側(cè)。圖9給出了這種結(jié)構(gòu)及包裝的示意圖。

圖 9 真空釋放托盤(盒)及包裝示意圖

說明: ①產(chǎn)品序列號標識; ②盒蓋; ③無毛薄墊; ④具有矩陣結(jié)構(gòu)的托盤; ⑤夾子; ⑥干燥劑; ⑦ESD屏蔽袋; ⑧產(chǎn)品序列號標識。

1.7.3.2 真空釋放托盤(盒)使用方法 

1.7.3.2.1 固定夾具 真空釋放托盤(盒)應固定在托盤下面有真空保持功能的固定夾具上。該固定夾具應有密封橡膠圈 或“O簡”型易圈固來定避夾免具真示空意托圖盤見漏圖氣10。

圖 10 簡易固定夾具示意圖

1.7.3.2.2 真空條件 由挑選工具和托盤(盒)所需要的真空條件來決定最佳真空條件。通常應參照使用說明推薦的真空壓力。

1.7.3.2.3 挑選工具 將芯片從托盤(盒)中挑選出來時,不應使用加熱的真空吸頭或選取工具。如果必需采用加熱工具,則應該將芯片首先挑選到一個中間過渡狀態(tài),然后再完成最后的分揀和粘接。 

1.7.3.2.4 凝膠膜破裂后的處理 如果凝膠膜破裂,托盤(盒)將出現(xiàn)真空漏氣,芯片取放應停止,建議此托盤(盒)報廢處理,不再使 用。如果出現(xiàn)了破洞時還需進行芯片取放,應在破洞處放置一小塊膜來保證對芯片的操作。 

1.7.3.3 單個真空釋放托盤(盒)的包裝 當批量較小時,可采用單個真空釋放托盤包裝,即將單個凝膠膜托盤單獨放入凝膠包裝盒內(nèi),可將一個或幾個凝膠盒放入防靜電袋抽取真空包裝。如圖11所示。

a) 凝膠盒蓋                            b) 凝膠盒                                                       c) 抽真空  

圖 11 單個真空釋放托盤包裝示意圖

1.7.5 托盤(盒)中芯片的方向確定 在托盤(盒)中的芯片應按使用要求排列。每一個托盤(盒)應是同一個批次的芯片。如果芯片的數(shù)量能從標識上反映出來并且有相應的說明 文件,也可以在托盤(盒)中盛裝一部分芯片。對于倒裝芯片產(chǎn)品,芯片應凸點面向上放在托盤(盒)當中。

1.7.6 敏感芯片的邊角保護 在運輸過程中,由于芯片在空腔內(nèi)的自由運動,一些敏感器件的邊角可能會損傷?？赏ㄟ^在芯片托 盤(盒)空腔內(nèi)形成被稱為半月角的結(jié)構(gòu)(如圖12所示)來避免。 

圖 12 在芯片托盤(盒)中具有角保護功能的空腔示意圖

1.8 芯片載帶的包裝

1.8.1 概述 載帶包裝主要適用于大批量和自動化操作。

1.8.2 具有保護帶的壓花帶 芯片可根據(jù)需要采用不同類型的壓花帶提供給運輸及工藝操作。應采用特定的壓花方法來形成尺寸極其吻合的凹坑(袋)并按要求形成平坦的底部來避免芯片的破損或蹭傷。具有角保護功能的凹坑 (袋)也能避免芯片的邊角破損。壓花帶或包封帶用來從芯片生產(chǎn)廠向用戶提供裸露和倒裝芯片,芯片 可按要求進行包裝。壓花帶由防靜電的包封基盤材料構(gòu)成,包封尺寸按規(guī)定的芯片尺寸來形成。靜電釋放保護帶在長 度方向上施加于壓花帶或包封帶上,用于芯片在運輸和組裝時的安全保護。產(chǎn)品序列號標識在盤上,隨 后將盤放入標識有產(chǎn)品序列號和防靜電標識的屏蔽袋內(nèi)。

1.8.3 具有上下保護帶的穿孔帶 穿孔帶由靜電釋放帶安放在載帶盤的上部和下部。由紙產(chǎn)品構(gòu)成的相似的盤帶不應用于芯片產(chǎn)品。為保護芯片同時避免芯片的歪斜、翹起或翻轉(zhuǎn),載帶的厚度直接與芯片的厚度成正比?？赏ㄟ^透明 的在載帶的上面和底部的保護帶來對芯片的上下面進行目檢。應限制盤帶或芯片重新排列的抖動操作。邊角保護可以避免器件在尖角處的損壞,同時提高芯片重新排列的凈化操作。 

1.8.4 背面膠粘穿孔載帶(無保護帶) 芯片從背面膠粘穿孔載帶脫離時不會出現(xiàn)錯位,背面膠粘帶適用于單個裸芯片在高速自動的芯片 直接組裝(COB)和倒裝焊組裝工藝。

1.8.5 保護帶使用注意事項 當在壓花帶或穿孔帶上使用保護帶時,應進行包封操作;而在離帶時,保護帶是一個光滑的外皮,裸 芯片的離帶操作時應避免芯片從載體上彈跳、脫落出來。

1.8.6 載帶上的芯片方向 載帶上的芯片方向應一致,通過拾取機器來判別芯片的正確方向會降低組裝速度和影響芯片放置 的精確性。芯片應始終按相同的方向放置在載帶中。載帶封裝設計用于高速組裝線,未按確定方向放置的芯 片會被認為是有缺陷的。在已定型的產(chǎn)品中若要改變芯片的方向,應進行標識說明。 

1.8.7 載帶的包裝結(jié)構(gòu) 用于芯片運輸?shù)妮d帶結(jié)構(gòu)的內(nèi)部示意圖如圖13。芯片被放入帶中后,帶被卷成一盤,證明產(chǎn)品的標識被粘貼在上面。隨后將其放入有干燥劑的真空袋中并被密封。密封后,在密封袋的外側(cè)標識上與 載帶盤上相同的信息并粘貼在袋的外側(cè)。

圖 13 載帶的封裝結(jié)構(gòu)示意圖

說明: ①產(chǎn)品序列號標識; ②載帶; ③干燥劑; ④真空包裝袋; ⑤產(chǎn)品標識。

1.8.8 芯片的自動化裝配 應保證與芯片接觸的任何挑選摘取工具都不會對芯片造成損害,倒裝芯片的連接凸點也不應發(fā)生變形。

背面膠粘載帶中的芯片宜使用附帶抬升裝置來輔助將芯片從背面膠粘載帶上摘取。有源區(qū)沒有鈍化層的芯片和亞微米結(jié)構(gòu)的芯片對機械損傷和化學沾污特別敏感;部分分立晶體管、 絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)和功率二極管芯片,其結(jié)一直延伸到芯片的邊緣,易受貼裝過程中焊膏、焊 料、環(huán)氧樹脂等產(chǎn)生的碎屑和化學物質(zhì)污染而導致芯片漏電或短路;光電芯片的光學表面,無論是面上 或邊緣,對機械損傷都非常敏感,在自動化裝配這些芯片時,應避免這類芯片的損傷和沾污。 

背面打標的芯片有可能會存在損傷,該損傷會隨著運輸、操作芯片粘貼等進一步擴展,應通過分析 調(diào)查確保這些操作不會對芯片造成進一步損害;當將打標的芯片用頂針工具或附帶抬升裝置從包裝中 移取時,應保證標志和芯片都不會受到損傷。激光打標的芯片或晶圓可能較未打標的更為易碎,操作時 應注意。在自動裝配設備不工作時,如維護或維修時,所有的芯片產(chǎn)品應從設備中取出,放置在受控的保護環(huán)境中。

1.9 薄芯片產(chǎn)品的操作和包裝

薄芯片和薄晶圓由于內(nèi)部應力的作用產(chǎn)生自然彎曲,在操作和運輸中需要引起注意。在操作和運輸中應采取措施支撐晶圓,如裝在膜框架上、排列在晶圓盒(罐)中或其他支撐方法。晶 圓減薄時可在晶圓的邊緣保留一圈不進行減薄,在后續(xù)的操作中已用于支撐。芯片的包裝應確保芯片運輸中平穩(wěn)。薄芯片也有在“華夫”托盤(盒)與壓花帶格內(nèi)移動的趨勢,應 采取措施保證芯片處在格內(nèi)。

1.10 運輸時的二次包裝

最終使用的所有材料應能保護芯片及貯存裝置在運輸中不被損壞,并應滿足在離開制造工廠、進入 客戶設備的過程中的環(huán)境要求。應提供機械、電學和環(huán)境氣氛保護。在標準的防靜電包裝外宜增加防 潮包裝來提供進一步的保護。用于芯片運輸包裝結(jié)構(gòu)的示意圖如圖14所示。芯片被密封在防靜電真空袋中,真空袋和防靜電減 震材料一起放入內(nèi)部包裝盒中,隨后證明產(chǎn)品的標識置于包裝盒上,內(nèi)包裝盒和減震材料一起放入外層運輸包裝盒中,然后將證明產(chǎn)品的最終標識置于包裝盒上。

圖 14 用于運輸?shù)陌b示意圖

1.11 包裝材料的循環(huán)使用

所有靠近芯片產(chǎn)品的包裝材料,在重新使用前應徹底清潔以保證沒有殘留物和沾污。