電子芯片塑封注射模設(shè)計(jì)

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(chǎn)品迅速發(fā)展，芯片在各行各業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，而目前其成型模具存在定位精度不準(zhǔn)確、澆注時(shí)容易把線路沖歪等問題，導(dǎo)致成型產(chǎn)品報(bào)廢，因此必須從產(chǎn)品開發(fā)到模具設(shè)計(jì)以及對注射生產(chǎn)工藝進(jìn)行不斷優(yōu)化，以提高模具生產(chǎn)效率，適應(yīng)快速發(fā)展變化的市場需求。

1 塑件分析

電子芯片塑封結(jié)構(gòu)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(chǎn)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(gè)尺寸為47 mm×19 mm×4.4 mm。芯片包膠部位是線路布置區(qū)，對模具設(shè)計(jì)及注射成型工藝要求高，成型存在一定的難度。模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前期應(yīng)充分考慮注射進(jìn)澆、工藝調(diào)試、模具零件加工、模具組裝維護(hù)等相關(guān)要求。

2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

澆注系統(tǒng)在電子芯片塑封模具設(shè)計(jì)中十分重要，如果澆注不平衡，會(huì)使電子芯片中線路沖歪，導(dǎo)致芯片報(bào)廢，因此在設(shè)計(jì)過程中要注意以下要點(diǎn)。

（1）噴嘴與定模被熔料直接沖擊的部位、澆口均采用硬質(zhì)鋼，以抵抗熔料在擠壓、澆注過程中產(chǎn)生的磨損力，且這些部位設(shè)計(jì)成鑲嵌式結(jié)構(gòu)，以方便模具維護(hù)。

（2）分流道位置應(yīng)避開芯片布線集中的區(qū)域，如果個(gè)別進(jìn)澆口位置需要設(shè)計(jì)在布線區(qū)，設(shè)計(jì)分流道時(shí)，產(chǎn)品進(jìn)澆方向應(yīng)沿著線路方向，否則容易將線路沖歪或偏離原來焊點(diǎn)位置，影響產(chǎn)品使用性能。

（3）進(jìn)料側(cè)的分流道應(yīng)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(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)注射完成后自動(dòng)裁切流道凝料。

圖2 進(jìn)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(dǎo)致產(chǎn)品變形。

2.2 內(nèi)模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

動(dòng)模內(nèi)模部分分成9個(gè)鑲件，如圖3所示，將內(nèi)模部分化整為零，提高鑲件加工變形量的控制，以滿足設(shè)計(jì)精度要求。在鑲件加工時(shí)采用6面分中，先進(jìn)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(dòng)模布局

9個(gè)鑲件應(yīng)根據(jù)其性能分別采用不同材質(zhì)，與熔料接觸的鑲件同時(shí)滿足剛性、耐磨性、耐腐蝕性及優(yōu)良的放電加工性，加工完成后淬火到62 HRC以上，表面進(jìn)行鍍層處理。未與熔料接觸的鑲件同時(shí)滿足耐壓痕性、尺寸穩(wěn)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(jìn)行淬火處理。

定模對應(yīng)部分也采取該方法，將其分解保證和動(dòng)模配合精度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2.3 模板結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)布局

動(dòng)、定模板采用S136鋼材進(jìn)行熱處理，在模板上設(shè)計(jì)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(dòng)模板上設(shè)計(jì)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(dòng)、定模板之間的定位通過定位塊實(shí)現(xiàn)，簡化結(jié)構(gòu)，便于加工，耐磨性好，方便后續(xù)維護(hù)。定模板上加工定位塊槽，定位塊a、b共6個(gè)，通過螺釘固定在定模板上；動(dòng)模板上加工定位塊槽，定位塊c、e共8個(gè)，通過螺釘固定在動(dòng)模板上，如圖5所示。

圖5 定模布局

模具合模時(shí)，通過定位塊a和c的配合，實(shí)現(xiàn)模具左右方向上的精度定位，通過定位塊b和e的配合，實(shí)現(xiàn)模具上、下側(cè)方向上的精度定位。

定位塊材質(zhì)采用優(yōu)質(zhì)模具鋼材，經(jīng)過熱處理硬度達(dá)到60 HRC以上，保證其耐磨性。定位塊結(jié)構(gòu)簡單，便于加工，其裝配關(guān)鍵點(diǎn)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(gè)組合件線切割分段，保證其配合精度。

支撐柱排布和高度設(shè)計(jì)不合理時(shí)，在調(diào)試注射時(shí)會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)飛邊缺陷，因此在保證推桿固定板強(qiáng)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(guān)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(tǒng)一高度，如圖6所示。

圖6 支撐柱組合加工

2.4 內(nèi)模和模板之間定位配合

內(nèi)模鑲件和模板之間采用定位銷定位，內(nèi)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(nèi)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(nèi)模鑲件和模板之間裝配的定位精準(zhǔn)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(dòng)模部分裝配圖

4個(gè)端頭（定模鑲件和動(dòng)模鑲件）的內(nèi)模鑲件和模板之間有復(fù)位桿輔助定位，由于樹脂需要在高溫狀態(tài)下才會(huì)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(dòng)性，內(nèi)模鑲件上的推桿和復(fù)位桿的孔（圖5中f）要設(shè)計(jì)膨脹間隙，如圖8所示，防止模具生產(chǎn)中加熱膨脹使內(nèi)模、模板及推桿固定板之間出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致模具零件產(chǎn)生卡滯現(xiàn)象。

圖8 復(fù)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(yùn)到注塑機(jī)臺上，動(dòng)、定模板兩側(cè)碼模凸臺位置作為固定基準(zhǔn)，將模具和注塑機(jī)臺固定。移動(dòng)注塑機(jī)上模，將模具打開后再慢慢閉合，檢查模具動(dòng)作是否順暢，調(diào)整并記錄工藝參數(shù)；注塑機(jī)臺的加熱裝置將模具緩慢加熱，直至設(shè)計(jì)初始值，再將模具打開與閉合，檢查此時(shí)模具動(dòng)作是否順暢，記錄工藝參數(shù)；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(yùn)動(dòng)，將熔體擠入型腔；待熔體注滿型腔后，穩(wěn)壓達(dá)入模具料筒加熱，樹脂完全熔化后料筒底部的頂桿運(yùn)動(dòng)，將熔體擠入型腔；待熔體注滿型腔后，穩(wěn)壓達(dá)到設(shè)定值后打開模具，定模推桿先使塑件脫離定模，動(dòng)模推桿再將塑件推出型腔，機(jī)械手取出塑件。機(jī)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(jī)械手取出的塑件送到裁切區(qū)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(jié)束語

電子芯片塑封性能要求高，其模具設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮生產(chǎn)中容易出現(xiàn)的問題，重點(diǎn)關(guān)注澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及模具結(jié)構(gòu)整體布局和定位，模具經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，生產(chǎn)的產(chǎn)品達(dá)到設(shè)計(jì)要求，對類似產(chǎn)品的模具設(shè)計(jì)提供參考作用。