集成電路多注射頭塑封模具介紹 - 全文

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　　半導(dǎo)體 產(chǎn)業(yè)景氣的上升推動著國內(nèi)封裝技術(shù)的進步，中國的半導(dǎo)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 封裝技術(shù)的進步。芯片 封裝技術(shù)經(jīng)歷了好幾代的變遷，從TO、DIP、SOP、QFP、BGA到CSP再到MCM，封裝形式由傳統(tǒng)的單芯片 封裝向多芯片 封裝形式轉(zhuǎn)變。封裝形式的轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致封裝模具應(yīng)用技術(shù)不斷提高，傳統(tǒng)的單注射頭封裝模已滿足不了封裝要求。模具結(jié)構(gòu)由單缸模――多注射頭封裝模具――集成電路 自動封裝系統(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：

　　(1)采用等流長沖填，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定

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　　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、由于環(huán)氧樹脂須在高溫高壓下在一定的時間范圍內(nèi)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(zhuǎn)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(nèi)樹脂成型條件惡劣、因此在遠離加料腔的產(chǎn)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(diào)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，制品封裝質(zhì)量高，封裝工藝穩(wěn)定，成型工藝調(diào)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φ13mm的小樹脂其對應(yīng)φ14mm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(shè)置為剛性結(jié)構(gòu)則樹脂體積多的料筒對應(yīng)的型腔能充滿，而樹脂體積少的料筒對應(yīng)的型腔則會出現(xiàn)產(chǎn)品疏松的問題，因此多注射頭模具的每個注射頭下一般設(shè)置彈簧或液壓的緩沖機構(gòu)以解決剛性注射問題。

　　(2)樹脂利用率高

　　多注射頭模具流道短，流道截面積小，如果做同一種產(chǎn)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。

　　(3)生產(chǎn)效率高

　　多注射頭模具采用免預(yù)熱型小直徑樹脂(Φ10～Φ18)，而單缸模具采用預(yù)熱型大直徑樹脂(Φ35～Φ58)，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(chǎn)效率提高了一倍以上，滿足封裝廠家對產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量的不斷追求。

　　(4)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(dǎo)軌固定，如型腔損壞只需將模盒從導(dǎo)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

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　　2 多注射頭模具注射壓力的設(shè)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(shè)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(shè)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：

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　　Pc=壓機表頭壓力 (kg/cm2)，Np=注射頭數(shù)量，Dp=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(nèi)，具體根據(jù)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φ14mm，油缸數(shù)量為1個，缸徑為φ120mm，樹脂成形壓力為100kg/cm2，

　　則表頭壓力=

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　　3 模具系列

　　為適應(yīng)不同產(chǎn)品的要求，多注射頭塑封模具 目前有以下幾種結(jié)構(gòu)。

　　3.1 標準多注射頭塑封模具

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　　模具設(shè)置4組～8組模盒，每個模盒二條引線框架，加料腔設(shè)計在中心鑲件上，數(shù)量根據(jù)L/F特點設(shè)置，使用免預(yù)熱型小直徑樹脂。模盒采用快換式結(jié)構(gòu)，注射機構(gòu)快換，注射推板的平衡采用齒輪齒條及自潤滑導(dǎo)柱導(dǎo)套結(jié)構(gòu)，油缸一般采用二個φ80mm缸徑的油缸。

　　結(jié)構(gòu)：料筒設(shè)置在下模模盒中;注射頭組件采用快換結(jié)構(gòu);模盒快換。

　　注射方式：下注式。

　　注射動力：下模內(nèi)置油缸。

　　使用塑封料：免預(yù)熱型塑封料(直徑φ9～φ18)。

　　適用產(chǎn)品：TSOP、QFP、SOT、SOP、BGA等中高檔產(chǎn)品。

　　3.2 下中心澆道板式多注射頭塑封模

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　　模具設(shè)置6組～8組模盒，每個模盒二條引線框架，加料腔設(shè)計在模具中心位置上，數(shù)量根據(jù)L/F特點設(shè)置，使用免預(yù)熱型小直徑樹脂。模盒與注射機構(gòu)一般不采取快換結(jié)構(gòu)，注射推板的平衡采用自潤滑導(dǎo)柱導(dǎo)套結(jié)構(gòu)，油缸一般采用一個φ63mm缸徑的油缸。

　　結(jié)構(gòu)：料筒設(shè)置在下中心澆道板內(nèi)，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(nèi)置油缸。

　　使用塑封料：免預(yù)熱型塑封料(直徑φ9～φ18)。

　　適用產(chǎn)品：SOT、SOD、片鉭類、TR類產(chǎn)品。

　　3.3 上中心澆道板式多注射頭塑封模

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　　模具一般設(shè)置6～8組模盒，料筒設(shè)計在上模中心鑲件上，數(shù)量根據(jù)L/F特點設(shè)置，適用免預(yù)熱型小直徑樹脂。模盒采用快換式結(jié)構(gòu)，注射推板的平衡采用齒輪齒條及自潤滑導(dǎo)滑塊結(jié)構(gòu)，模具內(nèi)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(chǎn)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，確保封裝時鑲件與澆道板之間不溢料，防止產(chǎn)品X向錯位。針對產(chǎn)品SOD、SOT、鉭電容等引線框架寬度較窄產(chǎn)品。

　　結(jié)構(gòu)：料筒設(shè)置在上中心澆道板內(nèi)，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(yù)熱型塑封料(直徑φ9～φ18)。

　　適用產(chǎn)品：SOD、片鉭和TO類產(chǎn)品。

　　3.4 大料餅多注射頭封裝模具

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　　模具一般設(shè)置8組模盒，二個料筒，適用傳統(tǒng)單缸模用預(yù)熱型大直徑樹脂。模盒采用快換式結(jié)構(gòu)，注射推板的平衡采用齒輪齒條及自潤滑導(dǎo)滑塊結(jié)構(gòu)，油缸一般采用二個φ80mm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(chǎn)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，確保封裝時鑲件與澆道板之間不溢料，防止產(chǎn)品X向錯位。針對產(chǎn)品SOD、TO、DIP、鉭電容等單排產(chǎn)品。

　　結(jié)構(gòu)：料筒設(shè)置在下中心澆道板內(nèi)，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(nèi)置油缸。

　　使用塑封料：普通預(yù)熱型塑封料(直徑φ35～φ58)。

　　適用產(chǎn)品：TO類產(chǎn)品,如TO-92,TO3P,TO263等。

　　4 技術(shù)關(guān)鍵

　　多注射頭模具注射推板的平衡;硬質(zhì)合金料筒、注射頭的壽命及注射動力的平衡設(shè)計是多注射頭模具可靠、穩(wěn)定生產(chǎn)的關(guān)鍵，下面逐一介紹。

　　4.1模具注射推板平衡機構(gòu)

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　　多注射頭模具使用的穩(wěn)定性關(guān)鍵點之一在于注射推板平衡機構(gòu)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(shè)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(zhì)合金料筒、注射頭的壽命

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　　注射頭、料筒硬質(zhì)合金材料優(yōu)選高耐磨、超細微顆粒的硬質(zhì)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(diào)注射頭連接內(nèi)螺紋孔加工的合理性，若采用燒結(jié)成型的螺紋，由于牙形角不規(guī)則，牙底尖角應(yīng)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(nèi)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(shè)計(油路的平衡)

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　　多注射頭模具的推板一般采用二個油缸負責頂出與復(fù)位，因此設(shè)計時應(yīng)該考慮油缸活塞同步上下，油路設(shè)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(jié)

　　通過本文的介紹，希望讀者能了解集成電路 多注射頭封裝模具的概況及不同模具結(jié)構(gòu)的特點所適應(yīng)的產(chǎn)品種類。在目前大多數(shù)企業(yè)引進海外先進技術(shù)的同時，我們更加關(guān)注如何推動國內(nèi)封裝技術(shù)水平的發(fā)展，如何加快國產(chǎn)封裝設(shè)備業(yè)的研發(fā)創(chuàng)新，促進中國半導(dǎo)體 制造業(yè)的持續(xù)快速發(fā)展。