半導體封裝模具模盒內主要部件材料選型摘要：通過對半導體封裝模具模盒內的零件在不同工作環境和不同受力情況的分析，來合理的選用各零部件的材料，以達到模具的結構穩定性和提高模具的使用壽命。關鍵詞：環氧樹脂；耐磨性；脫模性中圖分類號：TP391.72文獻標識碼：A文章編號：1671-2064（2018）10-0050-01半導體的封裝模具是將芯片、金線以及引線框架一起用熱固性環氧樹脂保護起來的一種設備，該類模具一般250秒左右為一個開合模周期，每個周期根據封裝制品類型的不同，可封裝出幾十甚至數千只成品，且模具上設置有加熱裝置，使模具長期處在180度左右的高溫下工作，合模時的壓力也根據封裝制品的種類和數量的不同而有差異，一般合模工作壓力在150噸至350噸之間，由于半導體元器件的特殊工作環境，要求其具有良好的電性能和散熱能力，同時抗老化性、焊接性、抗壓性等都要較高的要求，因此引線框架、環氧樹脂等選型有較大的局限性，而半導體封裝模具是一種低溫熱作、多腔位、熱固性擠塑模具，其結構和材料選型等需要在滿足模具相對狹窄的條件下使用，既要保證其穩定性，又要達到一定的使用壽命，還要結構輕巧，操作方便。MGP模和AUTO模是目前市場上使用最為廣泛的封裝模具結構，本文主要針對其中的模盒部分的材料選型和熱處理來做部分闡述。1半導體封裝模具的工作環境及狀態模盒部分是模具的核心部分，環氧樹脂在這里完成軟化，流動，成型，固化，制品脫模等過程，由于環氧樹脂內含有硅粉等填料，流動的過程中對模具摩擦，產生熱能，使模具表面慢慢磨損、氧化，特別是流道、澆口等狹窄的進料部位，磨損尤為嚴重，同時，模具為上下合模的方式運動，為保證合模的精度，每個模盒一般都設計四個方向的定位導向機構，用來防止上下模錯位而導致的模面受損和制品上下腔體錯位等缺陷，且模具長期在180度左右的高溫和較高的壓力下工作，模盒部分的零件需要滿足以下的技術特點：1.1加工特性良好半導體產品對外觀要求非常嚴格，亞光面的產品需要外形粗糙度均勻一致，無表面異常凸起、花斑等現象，光面的產品需要產品表面平整無色差，這樣在后續激光打標的步驟中才會使制品表面字跡清晰，不易擦花，因此對于封裝模具，必須提高鋼材純凈度和保證組織均勻，一般通過電渣重熔鋼（ESR）或真空弧溶解法（VAR）的冶煉方法來實現，粉末冶金也可實現，但成本會提高，一般用在較為重要的鑲件上。1.2基體剛性和耐壓性能般通過選用耐腐蝕性材料和對零件表面處理實現。1.6運動軸類件需要有一定的耐磨性和抗拉強度大部分軸類零件主要承受拉力和摩擦力，且受產品外形和模盒大小的限制，部分軸類零件（例如頂桿）的直徑尺寸較小，目前常用的頂桿直徑從0.5mm到3不等，所以要選用基體韌性強，表面硬度高的材料。2化學成分對材料的特性的影響材料所具有的性能是由其化學成分組成所決定的，一般來講各種不同的合金元素決定和組合決定了鋼材的性能，盡管這些性能可能需要通過熱處理工藝實現，但本質上還是其成份決定，合金元素的添加對材料的物理性能、化學性能、組織結構的影響非常重要，例如碳的作用是提高鋼材淬透性，增加鋼材基體強度和耐磨性，但對鋼的韌性有一定的損失；鉻的作用可以極大程度提高鋼材淬透性，增加耐磨性、耐腐蝕性，資料表明含鉻12%以上的鋼材均具有良好的耐蝕性，同時鉻的存在與碳作用形成合金碳化物，進一步提高了耐磨性；鉬（Mo）、鎢（W）、釩（V）、鈷（Co）等元素的添加有效地提高了鋼材在高溫下的搞回火穩定性，保持組織穩定，制約了鋼材在高溫加熱時晶粒長大的趨勢，降低了鋼材的過熱敏感性，從而提高了鋼材的韌性。3模盒內不同部位零件的材料選型：3.1成型鑲條、澆口鑲條的材料選型模盒內的成型鑲條、澆口鑲條一般選用耐磨性好、硬度高、加工性能良好的粉末冶金鋼，如ASP23，ASP30等，此等材料要求在熱處理工藝中通過多次深冷處理與高溫回火來保證，并要求在200℃*72h時效后，前后尺寸變化值（RCD）為±10*10-6范圍內，工件需要在真空狀態下回火，脫碳氧化，且采用多段不同溫度回火，保證了材料的光亮和表面潔凈度，深冷處理需要在氮氣保護下進行，避免了水氣泄露對工件外觀成色的損害，對于特殊要求的產品澆口部位可以采用拼裝硬質合金材料，例如F20、CD650等。3.2起支撐作用的零部件材料選型對于支撐基體零件，例如鑲件座、支撐柱、頂針推板等，一般選用淬火硬度HRC57-HRC60左右、材料熱膨脹系數與鑲條接近的冷作模具鋼，例如Cr12Mo1V1，SLD等；而對于模盒墊板這類經常拆卸模盒時來回運動的零件，考慮其剛性摩擦的工作環境，一般選用SUS440C，此類材料作為墊板使用，表面可不用電鍍，避免摩擦引起的鉻層脫落導致厚度尺寸變化。3.3軸類零件的材料選型模盒內的軸類零件分為兩類，一類是參與注射成型的pot和plunger，該零件是向樹脂傳遞壓力的主要零件，且兩個零件之間一直在做往復的軸類運動，兩者之間的間隙中還有樹脂粉末隨著一起運動，受到的擠壓力和摩擦力非常大，不管是與樹脂接觸的斷面，還是兩個零件之間相互摩擦的面，都特別容易磨損，所以該零件的選材一般選用硬質合金，例如F10，同時表面和內壁需要研磨至鏡面，或者選用淬火后韌性較強的工具鋼M2，加工成品后表面做納米涂層處理，增加摩擦面的表面硬度和耐磨性，另一類軸類零件是起頂出作用的頂桿和復位桿，該類零件主要起封裝制品的頂出脫模作用，且數量眾多，單個零件受壓力不大，主要是復位的時候受拉力和運動時與孔的摩擦力，所以一般選用淬火后硬度HRC60左右的材料，列如SKH51，該類材料基體韌性較強，特別是尾端做部分退火處理，降低肩部硬度，可以避免回退的時候拉斷。3.4定位及導向類零部件材料選型起上下模定位和導向作用的零件一般稱之為精定位塊，該類零件是使模具對模準確以及保證封裝制品偏錯位的重要零件，其主要承受上下運動的摩擦力和橫向的剪切力，且一般四個方向均設計有精定位塊，所以該類零件一般選用硬度HRC68以上的粉末冶金鋼，例如ASP60，或者硬質合金，例如CD650、F10等，表面需要精磨或者拋光處理，減小摩擦阻力。4結語半導體封裝模具的發展