集成电路多注射头塑封模具介绍

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集成电路多注射头塑封模具介绍




 概 述 半导体产业景气的上升推动着国内封装技术的进步，中国的半导体制造业正慢慢进入成熟阶段，超高速计算机、数字化视听、移动通讯和便携式电子机器的火爆出现，直接带动芯片封装技术的进步。芯片封装技术经历了好几代的变迁，从TO、DIP、SOP、QFP、BGA到CSP再到MCM，封装形式由传统的单芯片封装向多芯片封装形式转变。封装形式的转变，导致封装模具应用技术不断提高，传统的单注射头封装模已满足不了封装要求。模具结构由单缸模——多注射头封装模具——集成电路自动封装系统方向发展，下面就多注射头塑封模具的特点做一概括介绍。
1 与传统塑封模具性能对比




多注射头塑封模与传统单缸模相比主要有以下优点：




(1)采用等流长冲填，产品质量稳定












单缸模具采用一个加料腔注射，树脂由近到远先后充填型腔、由于环氧树脂须在高温高压下在一定的时间范围内快速充满型腔，树脂在充填过程中由粘流态向玻璃态转变，流动性能逐渐变差，在流道末段的型腔压力损耗大，型腔内树脂成型条件恶劣、因此在远离加料腔的产品易出现气泡、气孔、注不满、金丝冲弯率超标等现象，模具成型工艺调整范围窄。




多注射头模具则可有效避免此现象，它采用多个加料腔同步注射，树脂同時充填型腔，制品封装质量高，封装工艺稳定，成型工艺调整范围宽。但多注射头模具需解决多个注射头同步工作时，因每个加料腔中树脂体积误差造成的冲填疏松问题，因为一般塑封料在打饼后重量误差为±0.2克, 如比重为2.0克/cm3,直径为φ13mm的小树脂其对应φ14mm的料筒在注射后，料筒中树脂残留将有1.3mm的高低差。如果注射头设置为刚性结构则树脂体积多的料筒对应的型腔能充满，而树脂体积少的料筒对应的型腔则会出现产品疏松的问题，因此多注射头模具的每个注射头下一般设置弹簧或液压的缓冲机构以解决刚性注射问题。




(2)树脂利用率高




多注射头模具流道短，流道截面积小，如果做同一种产品，相对传统单缸模具而言，则多注塑头模具使用树脂利用率高，可为客户节约成本。




(3)生产效率高




多注射头模具采用免预热型小直径树脂(Φ10～Φ18)，而单缸模具采用预热型大直径树脂(Φ35～Φ58)，因此树脂成型固化时间差异较大，一般多注射头模具为60～90秒，而单缸模具为120～180秒，因此生产效率提高了一倍以上，满足封装厂家对产品质量和产量的不断追求。




(4)型腔更换维护方便




单缸模的模盒与模板之间采用销钉与螺钉进行固定，如型腔损坏更换，拆装时间较长，一般在5小时左右。而多注射头塑封模的模盒与模板之间一般采用导轨固定，如型腔损坏只需将模盒从导轨中抽屉一般抽出即可，更换维护时间在1.5小时左右。




综上所述将二种模具性能对比列表如下：




传统单缸模与多注射头模具性能对比

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2 多注射头模具注射压力的设定

一般我们需要通过塑封树脂的特性确定塑封时的实际压力，从而计算出压机设定的表头压力。因为每副多注射头模具的注射油缸大小、数量及注射头的大小、数量不同，及机械损失和压力表误差等影响，因此要进行适当的计算来设定压机的表头压力，从而满足塑封工艺参数的需要。

计算公式如下：



Pc=压机表头压力 (kg/cm2)，Np=注射头数量，Dp=注射头直径 (cm)，Nc=注射油缸数量，

Dc=注射油缸缸径 (cm)，Pp=包塑时树脂所需的成形压力一般在60～120kg/cm2范围内，具体根据树脂特性选定，1.1=安全系数。

例：当注射头数量为28个，直径为φ14mm，油缸数量为1个，缸径为φ120mm，树脂成形压力为100kg/cm2，

则表头压力=

3 模具系列

为适应不同产品的要求，多注射头塑封模具目前有以下几种结构。

3.1 标准多注射头塑封模具



模具设置4组～8组模盒，每个模盒二条引线框架，加料腔设计在中心镶件上，数量根据L/F特点设置，使用免预热型小直径树脂。模盒采用快换式结构，注射机构快换，注射推板的平衡采用齿轮齿条及自润滑导柱导套结构，油缸一般采用二个φ80mm缸径的油缸。

结构：料筒设置在下模模盒中;注射头组件采用快换结构;模盒快换。
    注射方式：下注式。
    注射动力：下模内置油缸。
    使用塑封料：免预热型塑封料(直径φ9～φ18)。
    适用产品：TSOP、QFP、SOT、SOP、BGA等中高档产品。

3.2 下中心浇道板式多注射头塑封模



模具设置6组～8组模盒，每个模盒二条引线框架，加料腔设计在模具中心位置上，数量根据L/F特点设置，使用免预热型小直径树脂。模盒与注射机构一般不采取快换结构，注射推板的平衡采用自润滑导柱导套结构，油缸一般采用一个φ63mm缸径的油缸。

结构：料筒设置在下中心浇道板内，注射头座固定在注射推板上。
    注射方式：下注式。
    注射动力：下模内置油缸。
    使用塑封料：免预热型塑封料(直径φ9～φ18)。
    适用产品：SOT、SOD、片钽类、TR类产品。

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3.3 上中心浇道板式多注射头塑封模



模具一般设置6～8组模盒，料筒设计在上模中心镶件上，数量根据L/F特点设置，适用免预热型小直径树脂。模盒采用快换式结构，注射推板的平衡采用齿轮齿条及自润滑导滑块结构，模具内无油缸，注射动力来自压机的注射油缸。使用注意事项：模具每次在升温重新生产前，需通过上下模架二端边挡块的紧定螺钉将组件与浇道板顶死，确保封装时镶件与浇道板之间不溢料，防止产品X向错位。针对产品SOD、SOT、钽电容等引线框架宽度较窄产品。

结构：料筒设置在上中心浇道板内，注射推板与压机注射杆连接。
    注射方式：上注射式。
    注射动力：压机注射油缸。
    使用塑封料：免预热型塑封料(直径φ9～φ18)。
    适用产品：SOD、片钽和TO类产品。

3.4 大料饼多注射头封装模具



模具一般设置8组模盒，二个料筒，适用传统单缸模用预热型大直径树脂。模盒采用快换式结构，注射推板的平衡采用齿轮齿条及自润滑导滑块结构，油缸一般采用二个φ80mm缸径的油缸，行程70mm左右。使用注意事项：模具每次在升温重新生产前，需通过上下模架二端边挡块的紧定螺钉将组件与浇道板顶死，确保封装时镶件与浇道板之间不溢料，防止产品X向错位。针对产品SOD、TO、DIP、钽电容等单排产品。

结构：料筒设置在下中心浇道板内，料筒数量在3只以下。
    注射方式：下注射式。
    注射动力：下模内置油缸。
    使用塑封料：普通预热型塑封料(直径φ35～φ58)。
    适用产品：TO类产品,如TO-92,TO3P,TO263等。

4 技术关键

多注射头模具注射推板的平衡;硬质合金料筒、注射头的寿命及注射动力的平衡设计是多注射头模具可靠、稳定生产的关键，下面逐一介绍。

4.1模具注射推板平衡机构

多注射头模具使用的稳定性关键点之一在于注射推板平衡机构工作的稳定，由于多注射头塑封模在高温、多尘环境下工作，因此设计时一般采取齿轮、齿条啮合的方式确保动作顺畅。如下图

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4.2 硬质合金料筒、注射头的寿命

注射头、料筒硬质合金材料优选高耐磨、超细微颗粒的硬质合金，既要考虑硬度也要考虑韧性，如我司开始使用的富士F10材料就因为脆性较大，易出现崩裂问题，寿命不高。后降低硬度改为F20后，注射头、料筒的使用寿命得到显著提高;另外需强调注射头连接内螺纹孔加工的合理性，若采用烧结成型的螺纹，由于牙形角不规则，牙底尖角应力集中，使用寿命较低，容易出现拉断现象，因此要求注射头内螺纹采用电火花加工，牙底尖角圆弧过渡，则改善了注射头因螺纹孔加工不规范造成拉伤现象的发生。



4.3 注射动力的平衡设计(油路的平衡)



多注射头模具的推板一般采用二个油缸负责顶出与复位，因此设计时应该考虑油缸活塞同步上下，油路设计时不能采用串联式进油，而须采用并联式进油，确保注射推板受力平衡，工作稳定。

5 小结

通过本文的介绍，希望读者能了解集成电路多注射头封装模具的概况及不同模具结构的特点所适应的产品种类。在目前大多数企业引进海外先进技术的同时，我们更加关注如何推动国内封装技术水平的发展，如何加快国产封装设备业的研发创新，促进中国半导体制造业的持续快速发展。