集成電路塑封模具設計

蔡志元

（天水華天機械有限公司，甘肅天水741000）

1 傳統模、M G P膜及自動模的優缺點

隨著集成電路封裝的發展，產量及成本成為每個封裝企業關注的重點，在塑封這道工序體現為如何降低成本和增加塑封產量。目前國內集成電路塑封模具設計有兩種方式，即單缸和多缸，這兩種封裝方式有三種模具設計結構：傳統模具（單缸）、自動膜（多缸）和MGP模（多缸）。這三種形式優缺點如下：

傳統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，所以有許多產品品質問題，如針孔、內部氣泡、水口氣泡、邊線缺口、沖線、不滿膠和漏注膠等。

隨著客戶對產品品質要求的提高，很多工廠用自動模來提高品質，但自動模價格昂貴，維修及保養費用較高，產量較低，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具有以下優點：（1）產品品質優良，消除了傳統模具的缺點。（2）節省模塑料：由于沒有中心流道和中心塊，和傳統模相比，可以節省30%～40%模塑料。（3）產量較大：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，當需用發展新產品時，只需增加一組或兩組模盒。

2 塑封產品分析

QFP64L塑封產品如圖1所示，一條料條有18只產品，產品要經過劃片、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，塑封材料為無鉛環氧樹脂，產品表面要求全麻面，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 模具結構設計

3.1 模具總體設計

傳統塑封模具為上注塑，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，各有優缺點，本模具以下注塑MGP為主，即注塑料筒在下膜。模具結構分為上、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，塑封產品表面粗糙度均為Ra1.2～2 μm，塑封產品根部在管腳上的透明溢膠≤0.12 mm。模具的粗定位和導向由上模導套和下模導柱構成；精定位型腔鑲件由銷釘，模盒由X、Y方向的精定位塊組成，保證了產品的品質要求。

3.2 模具主要部件設計3.2.1 上、下模盒的設計

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，其中型腔鑲件是設計的關鍵。澆口和成型部分分開設計加工，做成鑲件機構，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尺寸精度和形狀公差，嚴格按設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 上料架的設計

塑封料柄上料架機構，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，保證在反復使用中不變形。

3.2.3 料筒、注射頭的設計

料筒、注射頭是塑封模具的關鍵零部件，在選材和設計加工料筒、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。本設計與傳統料筒、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物質部分離子化，在氣體離子或被蒸發物質離子轟擊下蒸發物或其反應物沉積在料筒內壁和注射頭外部，形成一層氮化鉻（CrN）涂層，涂層硬度達到HV2000，能適應700℃溫度，摩擦系數降低到0.3，經使用知，其壽命較沒有涂層的提高60%～80%。

4 模具工作過程

模具的生產過程：（1）將模具加熱到（175±5）℃之間；（2）將無鉛的環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，上下頂桿分別復位；（4）注射頭在油缸的壓力下將料柄推入模具型腔，經過加壓，保壓成型；（5）打開模具，上下模頂出機構將產品頂出，取出上料架和產品；（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 結語

該模具設計合理，結構緊湊，封裝后的產品無變形，無溢膠，達到了設計要求。該結構可用于其他產品的結構設計，經過驗收使用，節約了環氧樹脂料柄材料，模具動作可靠，操作方便，生產效率高，滿足了公司生產要求。

[1]《塑料模設計手冊》編寫組.塑料模設計手冊[M].北京：機械工業出版社，2000.