電子元件的包裝與裝運
本文介紹，電子元件的包裝與運輸條件與方法。
轉換成電子功能元件的半導體材料的出現，引發了電子系統設計的一場革命。隨著電子功能元件在尺寸與成本上的減少，對其需求迅速擴大。今天，成億的集成電路(IC)被制造、裝配和運往世界各地，來支持在幾乎日常生活的每個方面使用的系統。電路板的裝配已經進化成超自動化、高速度、高產量的生產線。用于運輸和分銷IC的包裝方法和材料必須保證元件無損傷地到達自動裝配線的貼裝點，具有正確的吸取位置。到這里，工業已經為運輸半導體IC采用了三種基本結構：料盒(magazine)、托盤(tray)和帶卷(tape-and-reel)。
應用
料條(magazine)(裝運管) - 主要的元件容器：料條由透明或半透明的聚乙烯(PVC, polyvinylchloride)材料構成，擠壓成滿足現在工業標準的可應用的標準外形。料條尺寸為工業標準的自動裝配設備提供適當的元件定位與方向。料條以單個料條的數量組合形式包裝和運輸。組合料條放入即時容器(袋和盒)，形成標準數量，方便操作和訂單簡化(圖一)。料條的典型的即時包裝數量隨引腳數和包裝類型而變化(表一)。
表一、料條標準包裝數量舉例
管狀包裝產品 引腳數 每管數量 容器標準數量
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。設計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。托盤鑄塑成矩形標準外形，包含統一相間的凹穴矩陣。凹穴托住元件，提供運輸和處理期間對元件的保護。間隔為在電路板裝配過程中用于貼裝的標準工業自動化裝配設備提供準確的元件位置。托盤的包裝與運輸是以單個托盤的組合形式，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。
典型的托盤堆疊結構是五個滿裝的托盤和一個空蓋托盤(5+1)，十個滿裝托盤與一個空蓋托盤(10+1)。顧客可接收單個或多個堆疊的單位，取決于個別要求。元件安排在托盤內，符合標準工業規范;標準的方向是將第一引腳放在托盤斜切角落。圖二是一個JEDEC托盤外形及標準元件方向定位的例子。標準包裝數量按照元件包裝尺寸而變化。表二顯示一個例子，在托盤內裝運的TQPF類型包裝及其標準數量。
表二、托盤包裝IC的標準數量舉例
托盤包裝產品 引腳數 每盤數量 托盤矩陣 容器標準數量
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：典型的帶卷結構都是設計來滿足現代工業標準的。有兩個一般接受的覆蓋帶卷包裝結構的標準。EIA-481 應用于壓紋結構(embossed)，而 EIA-468 應用于徑向引線(radial leaded)的元件。到目前為止，對于有源(active)IC的最流行的結構是壓紋帶 (embossed tape)。
壓紋帶卷(Embossed tape and reel)：多數有源IC是在壓紋帶卷的結構中發運的。該結構由一個有封口蓋帶(cover tape)的裝料帶(carrier tape)組成(圖三)。這種組合帶，裝載元件后，卷在一個盤上。帶盤放入波紋形的運輸盒內，用于運輸和發貨。這種包裝結構的三個元素是裝料帶、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。裝料帶的設計主要由元件長度、寬度與厚度來決定。元件尺寸是裝料帶工業尺寸變量的基礎：
A0 = 設計接納元件寬度的尺寸
B0 = 設計接納元件長度的尺寸
K0 = 設計接納元件厚度的尺寸
對于有基座的凹坑，規定K1尺寸來確認所要求的基座高度。W = 定義裝料帶的總寬度的尺寸。這個必須符合可接受的工業標準(8/12/16/24/32/44/56mm)。
P1 = 定義相鄰凹坑中心之間的間距。這個尺寸必須符合工業標準(4-mm遞增)。表三舉例列出一些在帶卷結構中有的包裝的基本尺寸和標準數量。
表三、帶卷結構包裝的IC的工業標準數量舉例
mm
類 包裝 引腳數 數量 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。設計使用或者熱壓膠或者只是壓力來保證對裝料帶的持續封口。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標準規定，標準敘述方向規則必須按順序遵守，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方向(圖五)。
2.含有第一端子的包裝邊要方向對圓形齒輪孔(圖六)。
3.對于在規則1和規則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。它可由一到三個部件組成。其顏色是不同的(藍色、黑色、白色或透明)，通常是可以再生使用的(大多數供應商參與環境責任再生計劃)。卷盤尺寸由EIA-481標準規定(圖八)。
潮濕敏感性
塑料IC包裝從周圍環境吸收潮氣。這是用于塑料包裝結構(塑?；衔锱c芯片附著)材料的典型特性。包裝內的潮氣增加或減少，以達到周圍環境的相對濕度(RH)。重量增加/失去分析用來決定達到潮濕飽和所需的時間，或要求除去潮濕的時間。這個信息用來規定對于一個特殊包裝的最大暴露時間和最少烘干時間。
當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，包裝內的潮氣變成蒸汽。蒸汽壓力可能造成包裝的爆裂 - 一個叫做爆米花的現象。
潮濕敏感性的測試：一個包裝對潮濕誘發的損傷的敏感性決定于許多因素，包括室溫、相對濕度和包裝的結構。表面貼裝包裝比其相應的通孔包裝更容易受到潮濕誘發的損害，因為表面貼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，因此機械強度高。
大多數表面貼裝產品使用在EIA/JEDEC A112-A和EIA/JEDEC A113-B所規定的程序來測試對潮濕的敏感性。一級表示包裝對潮濕不敏感。任何指示為二級或以上的包裝都要求通過烘焙或在真空下進行除濕，接著干燥包裝以保護它的運輸。運輸容器按照產品的潮濕敏感性分級貼上標簽。
多數IC制造商的包裝都按照其對潮濕誘發的損害的敏感性經過測試和分級。表四舉例列出表面貼裝技術(SMT)包裝的典型分級。
表四、SMT產品的潮濕敏感性分級
對SMT產品的潮濕敏感性分級
到目前，沒有元件包裝使用第五、六級
( ) = 引腳數
一級 二級 三級
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到不超過重量的0.05%的水平。然后，這些單元放入一個防潮袋中，與干燥劑一起，保持袋內的潮濕小于10%RH的水平。每個產品以標簽標識潮濕敏感，簡述對處理產品所必須的注意事項。表五顯示對于不同包裝潮濕敏感性級別的典型的場地壽命(floor life)。
表五、對于不同包裝潮濕敏感性級別的典型的場地壽命
場地壽命 吸濕時間
級別 條件 時間 時間(小時) 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 24 + 168 = 192 30°C/60%RH
4 =<30°C/60%RH 72小時 24 + 72 = 96 30°C/60%RH
5 =<30°C/60%RH 24小時 24 + 24 = 48 30°C/60%RH
6 =<30°C/60%RH 6小時 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間
Y = 在從干燥包裝袋去掉之后包裝的場地壽命
Z = 總的吸濕時間
注意：上面所顯示的*值是缺省值。如果實際時間超過這個值，
使用實際時間和調整吸濕時間 Z。
典型的包裝方法要求以下材料：