半導體塑封壓機的模具保護技術應用

趙 松，汪宗華

(銅陵富仕三佳機器有限公司，安徽 銅陵 244000)

半導體塑封壓機的模具保護技術應用

趙 松，汪宗華

(銅陵富仕三佳機器有限公司，安徽 銅陵 244000)

模具保護是針對半導體塑封模具、引線支架保護的應用技術，通過半導體塑封壓機的立柱安裝傳感器檢測半導體塑封壓機升降臺面偏移量，判斷塑封模具異物點的位置，達到保護塑封模具和引線支架的作用，主要解決半導體產品在塑封環節中出現引線支架重疊、偏位或模具中有硬質雜質未清理干凈等異常問題，提高了精密塑封模具的壽命，降低了引線支架的報廢率。

傳感器；重復精度；程序流程；技術參數

早期半導體產品封裝過程中，塑封模具和引線支架基本沒有保護或采用機械限位開關檢測保護，由于機械限位檢測精度不高，無法達到有效的保護，所以針對模具和引線支架的保護研究意義重大，隨著檢測傳感器的發展，高精度位置偏移檢測傳感器得到應用，這種傳感器安裝簡單，調試方便，檢測精度高，提高了模具保護技術重復檢測精度，在半導體封裝行業得到了認可和推廣。

1 模具保護結構設計及引線支架受力計算分析

1.1 模具保護結構設計

半導體封裝壓機是頻繁重復性操作設備，如何重復的檢測升降臺面的偏移量，需要半導體封裝壓機的4個立柱安裝檢測機構，為了保證檢測機構在長期的運行過程中，不變形、不移位，所以在結構設計中傳動竿、傳感器竿、軸承上蓋、支撐盤均采用45#鋼材料，經過時效處理和應力消除處理，長時間在高溫、高壓工況下不變形，保證傳感器檢測點重復檢測不移位，安裝示意圖如圖1所示。

圖1 安裝結構圖

該機構的特點是機械粗調部分可以實現對模具的合模面位置進行機械粗調，還可以實現防止過調時對模具保護傳感器造成的損壞。

1.2 引線支架受力計算分析

塑封壓機快速合模到LS-3軟合模位置受力計算，液壓系統輸出的最大壓力25 MPa，快速合模活塞的設計直徑是D=95 mm，引線支架軟合模后最大受力F=P×S=250×3.14(95÷2)2÷100=17.712 T=17712 kg，半導體引線支架的厚度一般都在0.35～1.2 mm，如果出現引線支架錯位或疊片，厚度增加，錯位和疊片位置受力增大，間距增大，檢測傳感器信號輸出變化。可以通過軟合模壓力給定噸位來控制錯位和疊片的引線支架的受力，調節合適的受力，可以減少引線支架的報廢。

2 模具保護傳感器布線設計

模具保護傳感器由兩大部分構成：傳感頭部分及放大器部分。如何將傳感頭信號很好地傳送給放大器是一個非常關鍵的問題。圖2為兩部分信號傳遞的示意圖。

圖2 傳感器接線示意圖

由圖2可知三段信號中由傳感頭至放大器的模擬信號是最易受干擾產生變化的階段，因此在傳感器的布線設計時，要求將傳感頭至放大器部分的信號線盡量短且采用屏蔽雙絞線連接。整機傳感器布置見圖3所示。

圖3中4個立柱上分別安裝了一個模具保護傳感器，布線時將1、2號模具保護傳感器的傳感頭引線至空開電柜，3、4號模具保護傳感器的傳感頭引線至PLC電柜。

3 模具保護軟件設計

圖3 整機傳感器布置圖

模具保護裝置的軟件設計采取模塊化設計方式，設置功能鍵選擇使用模具保護裝置及不使用模具保護裝置的兩種順控程序。其中不使用模具保護裝置的順控執行過程同其它壓機程序一致。使用模具保護裝置的順控程序：塑封壓機在初始位置（工作臺在LS-2，注塑頭在LS-7位置）下雙手合模按鈕作用，工作臺快速上升（S1，10，11，12閥）至軟合模位置（LS-3），工作臺進入軟合模狀態（S1，3，11閥），當工作臺軟合模上升至加壓位（LS-5）后不立即進入加壓狀態，而是在2 s內判斷4個模具保護傳感器是否ON，如4個模具保護傳感器全ON則進入加壓狀態（S1，5，11閥），合模加壓至所需的合模壓力；如4個模具保護傳感器中有一個為OFF則判斷為模具中有異常物體，程序就執行自動開模動作并在異常報警畫面中產生“模具保護報警”。具體程序流程框圖如圖4所示。

4 模具保護傳感器的技術參數設計

結合模具保護的工作原理，可以看出模具保護技術的核心關鍵是模具保護測量傳感器的選擇，可以實現間距檢測的傳感器有很多種：接近傳感器（電感式，電容式），光電傳感器，超聲波傳感器等。由于光電傳感器，超聲波傳感器的價格昂貴，相比接近傳感器容易受外界光源及電磁波的干擾，而電容式接近傳感器可以檢測非金屬物品，這樣生產過程中的雜質、廢料屑亦會造成誤報警的現象，所以確定采用電感式接近傳感器。而電感式接近傳感器的測量誤差及輸出形式有很多種，結合實際要求及成本因素，采用了帶放大器調節、開關量輸出的電感式接近傳感器。

結合塑封壓機的升降工作臺浮動量最大0.1 mm及引線支架的最薄厚度，確定模具保護裝置的技術參數：

最小檢測量為：0.1 mm

測量重復精度：1 μm（傳感器的重復精度）

圖4 程序流程圖

模具保護安裝調節范圍：0～5 mm可調

5 結束語

模具保護技術的應用解決原機械結構調節精度低，調試難度大的問題，經過長期的應用測試，模具保護技術對模具和引線支架起到有效保護，在客戶的使用中得到了良好的反饋，降低了支架的報廢率，更有效的延長了模具的使用壽命，模具保護技術的應用過程中，采用的開關量的輸出形式，存在檢測偏移量不能數字化的局限，后期會進一步在檢測偏移數字化、可視化上繼續研究。

[1]OMRON.SYSMAC CS/CJ系列可編程控制器[Z].2013.

[2]基恩士（中國）有限公司.工業自動化傳感器[Z].2015.

趙松（1979-03）男，漢，安徽省銅陵市，工程師，主要從事半導體塑封壓機的設計開發等相關工作。

Application of Mold Protection Technology in Molding Press

ZHAO Song，WANG Zonghua

(Tongling Fushi Sanjia Machine Co.，Ltd ，Tongling 244000，China)

Mold protection is an application technology which aims to protect mold die and lead frame.Sensors will be installed at mold press'pillars to detect offset of moving platen，to judge foreign matter position on the mold die，and to protect mold die and lead frame.Mold protection can solve lead frame stack，deviation，hard and uncleaned foreign matter inside the mold die when packaging，and other abnormal condition.It can improve lifetime of precise mold die and reduce lead frame scrap.

Sensor；Repeatability accuracy；Program flow；Technical parameter

TN305

B

1004-4507(2017)06-0042-03

2017-08-03