電子芯片塑封注射模設計

盧志明，陳心禮

（珠海格力精密模具有限公司，廣東 珠海 519070）

0 引 言

隨著集成電路產品迅速發展，芯片在各行各業中的應用越來越廣泛，而目前其成型模具存在定位精度不準確、澆注時容易把線路沖歪等問題，導致成型產品報廢，因此必須從產品開發到模具設計以及對注射生產工藝進行不斷優化，以提高模具生產效率，適應快速發展變化的市場需求。

1 塑件分析

電子芯片塑封結構如圖1所示，由芯片鐵架、芯片定位孔、芯片針腳和包膠組成。產品外形尺寸為272 mm×63 mm×4.4 mm，材料為KMC-120MK，包膠成型部分單個尺寸為47 mm×19 mm×4.4 mm。芯片包膠部位是線路布置區，對模具設計及注射成型工藝要求高，成型存在一定的難度。模具結構設計前期應充分考慮注射進澆、工藝調試、模具零件加工、模具組裝維護等相關要求。

2 模具結構設計

2.1 澆注系統設計

澆注系統在電子芯片塑封模具設計中十分重要，如果澆注不平衡，會使電子芯片中線路沖歪，導致芯片報廢，因此在設計過程中要注意以下要點。

（1）噴嘴與定模被熔料直接沖擊的部位、澆口均采用硬質鋼，以抵抗熔料在擠壓、澆注過程中產生的磨損力，且這些部位設計成鑲嵌式結構，以方便模具維護。

（2）分流道位置應避開芯片布線集中的區域，如果個別進澆口位置需要設計在布線區，設計分流道時，產品進澆方向應沿著線路方向，否則容易將線路沖歪或偏離原來焊點位置，影響產品使用性能。

（3）進料側的分流道應布置均勻，分兩級澆注，以保證熔料流速勻速。

（4）分流道連接型腔位置設計30°左右的斜坡，如圖2所示，在Ⅰ位置加鋼截留（即澆口減膠，模具加鋼），以減緩熔料流速，避免沖擊力過大將芯片線路沖歪，還能實現注射完成后自動裁切流道凝料。

圖2 進料位置剖視圖

（5）澆注位置的頂桿布局要平衡均勻，避免因頂出受力不均而導致產品變形。

2.2 內模結構設計

動模內模部分分成9個鑲件，如圖3所示，將內模部分化整為零，提高鑲件加工變形量的控制，以滿足設計精度要求。在鑲件加工時采用6面分中，先進行CNC粗加工，然后淬火，再用磨床將鑲件尺寸加工到位，有效減小模具零件變形量，最后線切割成型針孔。

圖3 動模布局

9個鑲件應根據其性能分別采用不同材質，與熔料接觸的鑲件同時滿足剛性、耐磨性、耐腐蝕性及優良的放電加工性，加工完成后淬火到62 HRC以上，表面進行鍍層處理。未與熔料接觸的鑲件同時滿足耐壓痕性、尺寸穩定性和良好的耐磨性，與芯片鐵架接觸面要保證光滑平整，需進行淬火處理。

定模對應部分也采取該方法，將其分解保證和動模配合精度達到設計要求。

2.3 模板結構整體設計布局

動、定模板采用S136鋼材進行熱處理，在模板上設計便于磨削加工的槽和工藝腳，可以較好地控制模板加工精度要求，如圖4所示。

圖4 動模板上設計便于磨削加工的槽和工藝腳

推桿固定板和推板厚度由于不足10 mm，難以控制其變形量，材料采用Cr12MoV。

動、定模板之間的定位通過定位塊實現，簡化結構，便于加工，耐磨性好，方便后續維護。定模板上加工定位塊槽，定位塊a、b共6個，通過螺釘固定在定模板上；動模板上加工定位塊槽，定位塊c、e共8個，通過螺釘固定在動模板上，如圖5所示。

圖5 定模布局

模具合模時，通過定位塊a和c的配合，實現模具左右方向上的精度定位，通過定位塊b和e的配合，實現模具上、下側方向上的精度定位。

定位塊材質采用優質模具鋼材，經過熱處理硬度達到60 HRC以上，保證其耐磨性。定位塊結構簡單，便于加工，其裝配關鍵點在于保證配合面的配合精度要求。定位塊小而多，單件加工難以保證所有定位塊的精度一致，需要將相同定位塊組合加工，定位塊配合面用磨床精加工，再將整個組合件線切割分段，保證其配合精度。

支撐柱排布和高度設計不合理時，在調試注射時會導致產品出現飛邊缺陷，因此在保證推桿固定板強度要求的前提下，要均勻平衡支撐柱布置，澆口位置需要多布置支撐柱；支撐柱高度也是關鍵尺寸，按核算好的高度取值，保證其加工精度要求，可以借助工裝板組合加工所有支撐柱，采用磨削工藝將其加工成統一高度，如圖6所示。

圖6 支撐柱組合加工

2.4 內模和模板之間定位配合

內模鑲件和模板之間采用定位銷定位，內模鑲件外形尺寸用磨床精加工，依次裝入模板中；全部裝配完成后（見圖7），在剩余內模鑲件和模板上加工穿絲孔，穿絲孔穿越兩者，組合在一起后線割加工定位銷孔（圖5中d），保證內模鑲件和模板之間裝配的定位精準性；最后在模板底部加工螺紋，將平頭螺塞、定位銷裝入模板，防止定位銷從模板底部掉落。

圖7 動模部分裝配圖

4個端頭（定模鑲件和動模鑲件）的內模鑲件和模板之間有復位桿輔助定位，由于樹脂需要在高溫狀態下才會熔融，澆注過程中，模具也需要加熱，保證熔體具有良好的流動性，內模鑲件上的推桿和復位桿的孔（圖5中f）要設計膨脹間隙，如圖8所示，防止模具生產中加熱膨脹使內模、模板及推桿固定板之間出現偏差，導致模具零件產生卡滯現象。

圖8 復位桿和推桿的膨脹間隙

3 模具工作過程

模具爆炸圖如圖9所示，裝配好后，將模具吊運到注塑機臺上，動、定模板兩側碼模凸臺位置作為固定基準，將模具和注塑機臺固定。移動注塑機上模，將模具打開后再慢慢閉合，檢查模具動作是否順暢，調整并記錄工藝參數；注塑機臺的加熱裝置將模具緩慢加熱，直至設計初始值，再將模具打開與閉合，檢查此時模具動作是否順暢，記錄工藝參數；將芯片鐵架固定在模具定位鑲件上，將樹脂放入模具料筒加熱，樹脂完全熔化后料筒底部的頂桿運動，將熔體擠入型腔；待熔體注滿型腔后，穩壓達入模具料筒加熱，樹脂完全熔化后料筒底部的頂桿運動，將熔體擠入型腔；待熔體注滿型腔后，穩壓達到設定值后打開模具，定模推桿先使塑件脫離定模，動模推桿再將塑件推出型腔，機械手取出塑件。機械手上裝有毛刷，可將型腔清理干凈，開始下一次注射周期。被機械手取出的塑件送到裁切區域，將鐵架空隙中殘留的多余廢料切除。

圖9 模具裝配爆炸圖

4 結束語

電子芯片塑封性能要求高，其模具設計時要綜合考慮生產中容易出現的問題，重點關注澆注系統的設計及模具結構整體布局和定位，模具經實際生產驗證，生產的產品達到設計要求，對類似產品的模具設計提供參考作用。