集成電路電子封裝塑封模具介紹

半導體產業(yè)景氣的上升推動著國內虹封裝技術的進步，中國的半導體制造業(yè)正慢慢進入成熟階段，超高速計算機、數(shù)字化視聽、移動通訊和便攜式電子機器的火爆出現(xiàn)，直接帶動芯片電子封裝技術的進步。芯片電子封裝技術經歷了好幾代的變遷，從TO、DIP、SOP、QFP、BGA到CSP再到MCM，電子封裝形式由傳統(tǒng)的單芯片電子封裝向多芯片電子封裝形式轉變。電子封裝形式的轉變，導致電子封裝模具應用技術不斷提高，傳統(tǒng)的單注射頭電子封裝模已滿足不了電子封裝要求。模具結構由單缸模一一多注射頭電子封裝模具一一集成電路自動電子封裝系統(tǒng)方向發(fā)展，下面就多注射頭塑封模具的特點做一概括介紹。1與傳統(tǒng)塑封模具性能對比多注射頭塑封模與傳統(tǒng)單缸模相比主要有以下優(yōu)點：采用等流長沖填，電子產品質量穩(wěn)定單缸模具采用一個加料腔注射，樹脂由近到遠先后充填型腔、由于電子應結環(huán)氧樹脂須在高溫高/壓下在一定的時間范圍內快速充滿型腔，樹脂在充填過程中由粘流態(tài)向玻璃態(tài)轉變，流動性能逐漸變差，在流道末段的型腔壓力損耗大，型腔內樹脂成型條件惡劣、因此在遠離加料腔的電子產品易出現(xiàn)氣泡、氣孔、注不滿、金絲沖彎率超標等現(xiàn)象，模具成型工藝調整范圍窄。多注射頭模具則可有效避免此現(xiàn)象，它采用多個加料腔同步注射，樹脂同?r充填型腔，制品電子封裝質量高，電子封裝工藝穩(wěn)定，成型工藝調整范圍寬。但多注射頭模具需解決多個注射頭同步工作時，因每個加料腔中樹脂體積誤差造成的沖填疏松問題，因為一般塑封料在打餅后重量誤差為±0.2克，如比重為2.0克/cm3，直徑為913mm的小樹脂其對應914mm的料筒在注射后，料筒中樹脂殘留將有1.3mm的高低差。如果注射頭設置為剛性結構則樹脂體積多的料筒對應的型腔能充滿，而樹脂體積少的料筒對應的型腔則會出現(xiàn)電子產品疏松的問題，因此多注射頭模具的每個注射頭下一般設置彈簧或液壓的緩沖機構以解決剛性注射問題。樹脂利用率高多注射頭模具流道短，流道截面積小，如果做同一種電子產品，相對傳統(tǒng)單缸模具而言，則多注塑頭模具使用樹脂利用率高，可為客戶節(jié)約成本。生產效率高多注射頭模具采用免預熱型小直徑樹脂(010-018)，而單缸模具采用預熱型大直徑樹脂(035?058)，因此樹脂成型固化時間差異較大，一般多注射頭模具為60?90秒，而單缸模具為120?180秒，因此生產效率提高了一倍以上，滿足電子封裝廠家對電子產品質量和產量的不斷追求。型腔更換維護方便單缸模的模盒與模板之間采用銷釘與螺釘進行固定，如型腔損壞更換，拆裝時間較長，一般在5小時左右。而多注射頭塑封模的模盒與模板之間一般采用導軌固定，如型腔損壞只需將模盒從導軌中抽屜一般抽出即可，更換維護時間在1.5小時左右。綜上所述將二種模具性能對比列表如下： 傳統(tǒng)單缸模與多注射頭模具性能對比 2多注射頭模具注射壓力的設定一般我們需要通過塑封樹脂的特性確定塑封時的實際壓力，從而計算出壓機設定的表頭壓力。因為每副多注射頭模具的注射油缸大小、數(shù)量及注射頭的大小、數(shù)量不同，及機械損失和壓力表誤差等影響，因此要進行適當?shù)挠嬎銇碓O定壓機的表頭壓力，從而滿足塑封工藝參數(shù)的需要。計算公式如下： Pc二壓機表頭壓力(kg/cm2)，Np=注射頭數(shù)量，Dp二注射頭直徑(cm)，Nc=注射油缸數(shù)量，Dc=注射油缸缸徑（cm），Pp=包塑時樹脂所需的成形壓力一般在60?120kg/cm2范圍內，具體根據樹脂特性選定，1.1=安全系數(shù)。例：當注射頭數(shù)量為28個，直徑為914mm，油缸數(shù)量為1個，缸徑為9120mm，樹脂成形壓力為100kg/cm2，則表頭壓力二3模具系列為適應不同電子產品的要求，多注射頭塑封模具目前有以下幾種結構。3.1標準多注射頭塑封模具 模具設置4組?8組模盒，每個模盒二條引線框架，加料腔設計在中心鑲件上，數(shù)量根據L/F特點設置，使用免預熱型小直徑樹脂。模盒采用快換式結構，注射機構快換，注射推板的平衡采用齒輪齒條及自潤滑導柱導套結構，油缸一般采用二個980mm缸徑的油缶I。結構：料筒設置在下模模盒中;注射頭組件采用快換結構;模盒快換。 注射方式：下注式。 注射動力：下模內置油缸。 使用塑封料：免預熱型塑封料（直徑99-918）。適用電子產品：TSOP、QFP、SOT、SOP、BGA等中高檔電子產品。3.2下中心澆道板式多注射頭塑封模 模具設置6組?8組模盒，每個模盒二條引線框架，加料腔設計在模具中心位置上，數(shù)量根據L/F特點設置，使用免預熱型小直徑樹脂。模盒與注射機構一般不采取快換結構，注射推板的平衡采用自潤滑導柱導套結構，油缸一般采用一個963mm缸徑的油缸。結構：料筒設置在下中心澆道板內，注射頭座固定在注射推板上。 注射方式：下注式。 注射動力：下模內置油缸。 使用塑封料：免預熱型塑封料（直徑99?918）。適用電子產品：SOT、SOD、片鉭類、TR類電子產品。3.3上中心澆道板式多注射頭塑封模 模具一般設置6?8組模盒，料筒設計在上模中心鑲件上，數(shù)量根據L/F特點設置，適用免預熱型小直徑樹脂。模盒采用快換式結構，注射推板的平衡采用齒輪齒條及自潤滑導滑塊結構，模具內無油缸，注射動力來自壓機的注射油缸。使用注意事項：模具每次在升溫重新生產前，需通過上下模架二端邊擋塊的緊定螺釘將組件與澆道板頂死，確保電子封裝時鑲件與澆道板之間不溢料，防止電子產做向錯位。針對電子產品SOD、SOT、鉭電容等引線框架寬度較窄電子產品。結構：料筒設置在上中心澆道板內，注射推板與壓機注射桿連接。 注射方式：上注射式。 注射動力：壓機注射油缸。 使用塑封料：免預熱型塑封料（直徑99-918）。適用電子產品：SOD、片鉭和TO類電子產品。3.4大料餅多注射頭電子封裝模具 模具一般設置8組模盒，二個料簡，適用傳統(tǒng)單缸模用預熱型大直徑樹脂。模盒采用快換式結構，注射推板的平衡采用齒輪齒條及自潤滑導滑塊結構，油缸一般采用二個980mm缸徑的油缸，行程70mm左右。使用注意事項：模具每次在升溫重新生產前，需通過上下模架二端邊擋塊的緊定螺釘將組件與澆道板頂死，確保電子封裝時鑲件與澆道板之間不溢料，防止電子產品X向錯位。針對電子產品SOD、TO、DIP、鉭電容等單排電子產品。結構：料筒設置在下中心澆道板內，料筒數(shù)量在3只以下。 注射方式：下注射式。 注射動力：下模內置油缸。 使用塑封料：普通預熱型塑封料（直徑935?958）。 適用電子產品：TO類電子產品，如TO-92,TO3P,TO263等。4技術關鍵 多注射頭模具注射推板的平衡硬質合金料筒、注射頭的壽命及注射動力的平衡設計是多注射頭模具可靠、穩(wěn)定生產的關鍵，下面逐一介紹。4.1模具注射推板平衡機構多注射頭模具使用的穩(wěn)定性關鍵點之一在于注射推板平衡機構工作的穩(wěn)定，由于多注射頭塑封模在高溫、多塵環(huán)境下工作，因此設計時一般采取齒輪、齒條嚙合的方式確保動作順暢。如下圖4.2硬質合金料筒、注射頭的壽命注射頭、料筒硬質合金材料優(yōu)選高耐磨、超細微顆粒的硬質合金，既要考慮硬度也要考慮韌性，如我司開始使用的富士F10材料就因為脆性較大，易出現(xiàn)崩裂問題，壽命不高。后降低硬度改為F20后，注射頭、料筒的使用壽命得到顯著提高另外需強調注射頭連接內螺紋孔加工的合理性，若采用燒結成型的螺紋，由于牙形角不規(guī)則，牙底尖角應力集中，使用壽命較低，容易出現(xiàn)拉斷現(xiàn)象，因此要求注射頭內螺紋采用電火花加工，牙底尖角圓弧過渡，則改善了注射頭因螺紋孔加工不規(guī)范造成拉傷現(xiàn)象的發(fā)生。 4.3注射動力的平衡設計（油路的平衡）多注射頭模具的推板一般采用二個油缸負責頂出與復位，因此設計時應該考慮油缸活塞同步上下，油路設計時不能采用串聯(lián)式進油，而須采用并聯(lián)式進油，確保注射推板受力平衡，工作穩(wěn)定。5小結通過本文的介紹，希望讀者能了解集成電路多注射頭電子封裝模具的概況及不同模具結構的特點所適應的電子產品種類。在目前大多數(shù)企業(yè)引進海外先進技術的同時，我們更加關注如何推動國內電子封裝技術水平的發(fā)展，如