塑封模具材料和熱處理

　　隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展給了眾多電子模具制造商充分的機(jī)會，作為半導(dǎo)體行業(yè)，在吸收世界頂級半導(dǎo)體設(shè)備制造商的成功經(jīng)驗(yàn)后，更是取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。先進(jìn)的模具結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的制造工藝，專業(yè)的模具選材是半導(dǎo)體行業(yè)塑封模具立足市場的根本，也是贏得客戶的關(guān)鍵，了解和掌握塑封模具選材及熱處理工藝，是模具制造者與使用者共同的目的。本著以質(zhì)取勝的原則，我們對模具的內(nèi)在品質(zhì)更加看重，并不斷吸收先進(jìn)技術(shù)，完善處理手段。下面主要談?wù)勊芊饽＞卟牧虾蜔崽幚硎侄紊系膸�點(diǎn)認(rèn)識。

　　塑封模具對材料性能的要求

　　塑封模具是一種低溫?zé)嶙�、多腔位熱固性擠塑模具，受工作環(huán)境和封裝產(chǎn)品特點(diǎn)的影響，制作模具的核心鑲件材料必須具有以下特性：

　　剛性

　　塑封模具，承受著幾十噸的合模壓力必然需要足夠的強(qiáng)度支撐，一般認(rèn)為必須獲得HRC50以上的硬度。

　　耐磨損性

　　鑲件不斷地與含有石英砂的塑料相接觸、摩擦。必須擁有良好的耐磨損性，甚至在某些特定部位(如澆口等)要通過鑲?cè)胗操|(zhì)合金拼塊來保證耐磨性。

　　耐壓痕性

　　耐壓痕是指鑲件表面與可能殘余的塑料在合模時產(chǎn)生壓痕的可能性大小，如耐壓痕性差則易于產(chǎn)生壓痕并不斷地越積越多，造成鑲件失效，模具溢料。通常認(rèn)為在HRC62以上時，方可保證耐壓痕性。

　　尺寸穩(wěn)定性

　　這是塑封模具重要特性之一。塑封模具是一種高精密模具，其尺寸精度在±0.002 mm范圍內(nèi)，同時要保證高的尺寸穩(wěn)定性，一般要求在經(jīng)過-140℃<=>200℃，6次循環(huán)后其尺寸變化率在±10×10-6范圍之內(nèi)。通常采用多次深冷處理與高溫回火來消除殘余奧氏體，保證尺寸穩(wěn)定。

　　良好的清模性

　　由于塑封模的工作頻率很高，不好的清模性會造成型腔污損，產(chǎn)品產(chǎn)生廢次品，因而必須通過提高型腔材料的耐蝕性，來提高清模性，并通過一些必要的表面處理。

　　優(yōu)良的放電加工性和鏡面加工

　　塑封模具多采用放電加工，隨著激光打印的需要，型腔的表面粗糙度由原先的Ra1.6 ~ Ra2.4μm向Ra1.2 ~ Ra0.8μm發(fā)展，優(yōu)良的放電加工性可以保證在細(xì)亞光面情況下，型腔均勻無亂紋，這就需要材料有好的放電加工性。通過電渣重熔冶煉法去除鋼中雜質(zhì)后的材料，不但達(dá)到放電加工使用要求，而且可以通過磨削達(dá)到鏡面。

　　耐腐蝕性

　　鑲件與塑料直接接觸，與易于裂解的塑料反應(yīng)產(chǎn)生腐蝕，這就要求材料具有良好的耐蝕性，并且通過表面電鍍來改善耐腐蝕性。

　　塑封模具材料的發(fā)展歷程和方向

　　作為塑封模具的材料，必須具有上述特點(diǎn)。國內(nèi)外模具制造商都從自己的發(fā)展過程驗(yàn)證了這一點(diǎn)，并不斷地使其完善，尋找更加優(yōu)良的材料。

　　從半導(dǎo)體行業(yè)塑封模具材料的發(fā)展過程中我們可以看到，在上個世紀(jì)70年代末，我們最早使用的CrWMn具有一定的強(qiáng)度和抗蝕性，但隨著模具技術(shù)要求的不斷提升，我們也在不斷地改進(jìn)模具材料。

　　為了提高模具的耐蝕性，我們開始采用了不銹鋼系列的9Cr18材料，進(jìn)而兼顧耐磨損性，而使用了440C。同樣為了提高耐磨損性，我們使用了D2鋼、ASP23、高速鋼和硬質(zhì)合金。在通過與世界優(yōu)秀半導(dǎo)體模具制造商的交流合作過程中，現(xiàn)階段半導(dǎo)體行業(yè)更多地采用具有優(yōu)良耐蝕性和耐磨損性集合的SAM97(C1.2—Cr17)和ELmax，更使半導(dǎo)體行業(yè)塑封模具精品化。

　　模具材料的熱處理手段

　　大家知道，材料本身所具有的性能，必須通過正確的熱處理手段來達(dá)到。只有良好的熱處理手段，才能實(shí)現(xiàn)我們預(yù)想的性能期望。

　　根據(jù)塑封模具材料性能要求，塑封模熱處理手段主要是高溫淬火、深冷處理、高溫回火，并多次反復(fù)，通過這些不同的處理，達(dá)到最佳的模具性能。

　　高溫淬火

　　為了提高材料的剛性和耐磨損性，一般材料均需加熱到1,030℃以上。高溫下，各種合金元素充分溶解于奧氏體內(nèi)，以便在淬火時獲得高的基體硬度，同時為了保證零件不發(fā)生脫碳氧化，相應(yīng)采用了真空處理。目前半導(dǎo)體行業(yè)內(nèi)使用的高速率氣淬淬火爐，可以在高真空條件下通過氮?dú)獗Ｗo(hù)對工件進(jìn)行加熱，既保證了工件的脫碳氧化，又防止了合金元素的蒸發(fā)。同時采用200-500Kpa范圍內(nèi)可調(diào)節(jié)氣體壓力，對工件進(jìn)行淬火冷卻，在保證工件充分淬透的同時又減少了變形。

　　深冷處理與高溫回火

　　高合金鋼在淬火后，由于其馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)(Ms點(diǎn))均高于室溫，為了提高硬度，保證尺寸穩(wěn)定性，通常要進(jìn)行深冷處理和高溫回火，以保證殘余奧氏體充分轉(zhuǎn)變?yōu)榉�(wěn)定的回火馬氏體。我們將經(jīng)過真空淬火后的工件，在室溫至100℃之間進(jìn)行校正(保證工件校正后變形不回彈)，然后放入-140℃的深冷處理箱中進(jìn)行深冷。工件在不出爐的情況下，可以在-140℃至230℃之間進(jìn)行冷熱循環(huán)，保證工件不會因?yàn)檫M(jìn)出爐而產(chǎn)生變形或開裂。同時由于采用氮?dú)獗Ｗo(hù)也避免了工件在回火中的氧化開裂。目前對于D2類材料，我們通常在深冷設(shè)備中直接完成-140℃深冷至230℃回火的3次循環(huán)。對于高于230℃回火的鋼種如SAM97、ELmax、ASP23等，我們采用了真空回火爐，在抽真空后，加入99.999%的高純氮?dú)庾鳛榻橘|(zhì)，通過吹風(fēng)方向的改變來形成對流，保證了工件的溫度均勻性，同時節(jié)省了回火時間。

　　其它輔助手段

　　在提高了淬火回火及深冷處理質(zhì)量的同時，我們同時對工件的其它環(huán)節(jié)給予了充分的重視，過去認(rèn)為的熱處理工件潔凈度與處理無關(guān)的觀點(diǎn)已經(jīng)被拋棄，增加潔凈預(yù)處理。即將未入爐零件，通過真空清洗機(jī)進(jìn)行真空去油、脫脂、干燥。去除了工件的各類加工油污和碎屑，保證了入爐工件不會帶入其它雜質(zhì)，避免了在高溫加熱時雜質(zhì)分解，污染爐內(nèi)環(huán)境和工件本身，從微觀上保證了工件的組織潔凈度和處理質(zhì)量的完美性，提高了工件的使用壽命。

　　結(jié)束語

　　模具材料在不斷的發(fā)展，越來越多的新材料已經(jīng)和正在運(yùn)用于實(shí)踐，我們也將不斷地更新技術(shù)，以高質(zhì)低耗滿足客戶要求，共同贏得市場。質(zhì)量是企業(yè)的生命，通過自己不斷的努力，吸收國際先進(jìn)模具制造技術(shù)，從材料選擇到熱處理再到加工，不斷提高完善，力爭把完美的產(chǎn)品與服務(wù)奉獻(xiàn)給用戶。

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