集成電路塑封模具設(shè)計

蔡志元

（天水華天機械有限公司，甘肅天水741000）

1 傳統(tǒng)模、M G P膜及自動模的優(yōu)缺點

隨著集成電路封裝的發(fā)展，產(chǎn)量及成本成為每個封裝企業(yè)關(guān)注的重點，在塑封這道工序體現(xiàn)為如何降低成本和增加塑封產(chǎn)量。目前國內(nèi)集成電路塑封模具設(shè)計有兩種方式，即單缸和多缸，這兩種封裝方式有三種模具設(shè)計結(jié)構(gòu)：傳統(tǒng)模具（單缸）、自動膜（多缸）和MGP模（多缸）。這三種形式優(yōu)缺點如下：

傳統(tǒng)的中心單注塑料筒的模具，由于料筒遠離型腔，流道較長，所以有著許多不可克服的缺點。模塑料利用率低，中心料筒流入中間型腔和遠離型腔的流道的長短差距很大，所以有許多產(chǎn)品品質(zhì)問題，如針孔、內(nèi)部氣泡、水口氣泡、邊線缺口、沖線、不滿膠和漏注膠等。

隨著客戶對產(chǎn)品品質(zhì)要求的提高，很多工廠用自動模來提高品質(zhì)，但自動模價格昂貴，維修及保養(yǎng)費用較高，產(chǎn)量較低，一模可以用2～4條引線框架。

MGP模和自動膜一樣，是多注料筒模具，但MGP具有以下優(yōu)點：（1）產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)良，消除了傳統(tǒng)模具的缺點。（2）節(jié)省模塑料：由于沒有中心流道和中心塊，和傳統(tǒng)模相比，可以節(jié)省30%～40%模塑料。（3）產(chǎn)量較大：一模可以用12～16條引線框架。（4）更換品種快捷方便，不需要冷卻，在準(zhǔn)備時，先加溫新模盒；更換時，只需松一個螺絲，把模盒抽出來，推入新模盒、鎖上螺絲即可使用。（5）兼容性較大，當(dāng)需用發(fā)展新產(chǎn)品時，只需增加一組或兩組模盒。

2 塑封產(chǎn)品分析

QFP64L塑封產(chǎn)品如圖1所示，一條料條有18只產(chǎn)品，產(chǎn)品要經(jīng)過劃片、上芯、壓焊到塑封這幾個過程，其載體為引線框架，材料為C7025銅合金，框架厚度為（0.127±0.008）mm，塑封材料為無鉛環(huán)氧樹脂，產(chǎn)品表面要求全麻面，不得有氣孔、缺邊、缺角，表面不能有溢料，塑封體分型面錯位小于0.045 mm。

3 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 模具總體設(shè)計

傳統(tǒng)塑封模具為上注塑，即注塑料筒在上模；但MGP多注頭模具分為上注塑和下注塑兩種，各有優(yōu)缺點，本模具以下注塑MGP為主，即注塑料筒在下膜。模具結(jié)構(gòu)分為上、下模兩部分，上模由上模盒、上模板、隔熱板、加熱管、上模底座板、上面板組成，下模由下模盒、下模板、定位組件、注射組件、下頂出組件、下隔熱板、加熱裝置、下模座板組成。

圖1 塑封產(chǎn)品圖

模具上下型腔X、Y方向偏差≤0.05 mm，引線框架中心與模具型腔中心X、Y方向偏差≤0.05 mm，塑封產(chǎn)品表面粗糙度均為Ra1.2～2 μm，塑封產(chǎn)品根部在管腳上的透明溢膠≤0.12 mm。模具的粗定位和導(dǎo)向由上模導(dǎo)套和下模導(dǎo)柱構(gòu)成；精定位型腔鑲件由銷釘，模盒由X、Y方向的精定位塊組成，保證了產(chǎn)品的品質(zhì)要求。

3.2 模具主要部件設(shè)計3.2.1 上、下模盒的設(shè)計

本模具上、下模各由4組模盒組成，每組模盒上有2條引線框架，每條有36只產(chǎn)品，共計288只。下模盒（圖2）由兩塊型腔鑲件、中心澆道鑲件板、料筒、精度定位塊、精定位銷釘、頂桿、頂桿固定板、定針固定墊板、左右支座組成，其中型腔鑲件是設(shè)計的關(guān)鍵。澆口和成型部分分開設(shè)計加工，做成鑲件機構(gòu)，降低了加工難度，容易更換易損件。在加工中要嚴格控制鑲件的外尺寸及內(nèi)尺寸精度和形狀公差，嚴格按設(shè)計圖紙的尺寸公差加工。要嚴格控制澆口的粗糙度及型腔深度，型腔電火花加工全麻面。

圖2 下模盒圖1—主澆道鑲件 2—型腔鑲件 3—精定位塊 4—模盒固定塊5—左右檔塊 6—墊板 7—頂桿固定板 8—小頂桿 9—支板10—頂柱 11—澆口鑲件

3.2.2 上料架的設(shè)計

塑封料柄上料架機構(gòu)，將模具所需的全部料柄一次性輸送到模具中。上料架材料采用不變形的進口鋁材6061T6，在加工上，采用一整塊料，一次性在加工中心機床上加工而成，保證在反復(fù)使用中不變形。

3.2.3 料筒、注射頭的設(shè)計

料筒、注射頭是塑封模具的關(guān)鍵零部件，在選材和設(shè)計加工料筒、注射頭的配合間隙上要十分小心，材料選不好會壽命降低、影響模具，本模具采用日本富士公司生產(chǎn)的鎢鋼F10材料，在熱處理上要達到HRA88～90，粗糙度為Ra0.04 μm。本設(shè)計與傳統(tǒng)料筒、注射頭不同的是，為了保證使用壽命和良好運行，對料筒內(nèi)壁和注射頭外部進行PVD即物理氣相沉積，其原理就是在真空條件下，利用氣體放電使氣體或被蒸發(fā)物質(zhì)部分離子化，在氣體離子或被蒸發(fā)物質(zhì)離子轟擊下蒸發(fā)物或其反應(yīng)物沉積在料筒內(nèi)壁和注射頭外部，形成一層氮化鉻（CrN）涂層，涂層硬度達到HV2000，能適應(yīng)700℃溫度，摩擦系數(shù)降低到0.3，經(jīng)使用知，其壽命較沒有涂層的提高60%～80%。

4 模具工作過程

模具的生產(chǎn)過程：（1）將模具加熱到（175±5）℃之間；（2）將無鉛的環(huán)氧樹脂料柄固定在模柄上料架上，然后送到模具中的每個料筒中，取出上料架；（3）排片機將壓焊好的產(chǎn)品按要求放到專用上料架上，一起送到模具中定位，合模，上下頂桿分別復(fù)位；（4）注射頭在油缸的壓力下將料柄推入模具型腔，經(jīng)過加壓，保壓成型；（5）打開模具，上下模頂出機構(gòu)將產(chǎn)品頂出，取出上料架和產(chǎn)品；（6）清理模具型腔表面殘留的油污和膠體，完成一次工作。模具裝配圖如圖3所示。

圖3 裝配圖1—上模盒組件 2—導(dǎo)套 3—上滑道 4—上模板 5—上隔熱板6—上墊板 7—加熱管 8—下模盒組件 9—導(dǎo)柱 10—上料架11—下滑道 12—下模板 13—下隔熱板 14—下支架15—下頂出墊板 16—下墊板 17—下頂出組件

5 結(jié)語

該模具設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)緊湊，封裝后的產(chǎn)品無變形，無溢膠，達到了設(shè)計要求。該結(jié)構(gòu)可用于其他產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計，經(jīng)過驗收使用，節(jié)約了環(huán)氧樹脂料柄材料，模具動作可靠，操作方便，生產(chǎn)效率高，滿足了公司生產(chǎn)要求。

[1]《塑料模設(shè)計手冊》編寫組.塑料模設(shè)計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000.