塑封模具材料和熱處理

　　隨著(zhù)市場(chǎng)經(jīng)濟的發(fā)展，半導體產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展給了眾多電子模具制造商充分的機會(huì )，作為半導體行業(yè)，在吸收世界頂級半導體設備制造商的成功經(jīng)驗后，更是取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。先進(jìn)的模具結構、優(yōu)良的制造工藝，專(zhuān)業(yè)的模具選材是半導體行業(yè)塑封模具立足市場(chǎng)的根本，也是贏(yíng)得客戶(hù)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(zhù)以質(zhì)取勝的原則，我們對模具的內在品質(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)認識。

　　塑封模具對材料性能的要求

　　塑封模具是一種低溫熱作、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(zhù)幾十噸的合模壓力必然需要足夠的強度支撐，一般認為必須獲得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(guò)鑲入硬質(zhì)合金拼塊來(lái)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(shí)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。通常認為在HRC62以上時(shí)，方可保證耐壓痕性。

　　尺寸穩定性

　　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，同時(shí)要保證高的尺寸穩定性，一般要求在經(jīng)過(guò)-140℃<=>200℃，6次循環(huán)后其尺寸變化率在±10×10-6范圍之內。通常采用多次深冷處理與高溫回火來(lái)消除殘余奧氏體，保證尺寸穩定。

　　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(huì )造成型腔污損，產(chǎn)品產(chǎn)生廢次品，因而必須通過(guò)提高型腔材料的耐蝕性，來(lái)提高清模性，并通過(guò)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(zhù)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亞光面情況下，型腔均勻無(wú)亂紋，這就需要材料有好的放電加工性。通過(guò)電渣重熔冶煉法去除鋼中雜質(zhì)后的材料，不但達到放電加工使用要求，而且可以通過(guò)磨削達到鏡面。

　　耐腐蝕性

　　鑲件與塑料直接接觸，與易于裂解的塑料反應產(chǎn)生腐蝕，這就要求材料具有良好的耐蝕性，并且通過(guò)表面電鍍來(lái)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)。國內外模具制造商都從自己的發(fā)展過(guò)程驗證了這一點(diǎn)，并不斷地使其完善，尋找更加優(yōu)良的材料。

　　從半導體行業(yè)塑封模具材料的發(fā)展過(guò)程中我們可以看到，在上個(gè)世紀70年代末，我們最早使用的CrWMn具有一定的強度和抗蝕性，但隨著(zhù)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(kāi)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(guò)與世界優(yōu)秀半導體模具制造商的交流合作過(guò)程中，現階段半導體行業(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(guò)正確的熱處理手段來(lái)達到。只有良好的熱處理手段，才能實(shí)現我們預想的性能期望。

　　根據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，通過(guò)這些不同的處理，達到最佳的模具性能。

　　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，以便在淬火時(shí)獲得高的基體硬度，同時(shí)為了保證零件不發(fā)生脫碳氧化，相應采用了真空處理。目前半導體行業(yè)內使用的高速率氣淬淬火爐，可以在高真空條件下通過(guò)氮氣保護對工件進(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(shí)采用200-500Kpa范圍內可調節氣體壓力，對工件進(jìn)行淬火冷卻，在保證工件充分淬透的同時(shí)又減少了變形。

　　深冷處理與高溫回火

　　高合金鋼在淬火后，由于其馬氏體轉變點(diǎn)(Ms點(diǎn))均高于室溫，為了提高硬度，保證尺寸穩定性，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變?yōu)榉�定的回火馬氏體。我們將經(jīng)過(guò)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(huì )因為進(jìn)出爐而產(chǎn)生變形或開(kāi)裂。同時(shí)由于采用氮氣保護也避免了工件在回火中的氧化開(kāi)裂。目前對于D2類(lèi)材料，我們通常在深冷設備中直接完成-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%的高純氮氣作為介質(zhì)，通過(guò)吹風(fēng)方向的改變來(lái)形成對流，保證了工件的溫度均勻性，同時(shí)節省了回火時(shí)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(shí)，我們同時(shí)對工件的其它環(huán)節給予了充分的重視，過(guò)去認為的熱處理工件潔凈度與處理無(wú)關(guān)的觀(guān)點(diǎn)已經(jīng)被拋棄，增加潔凈預處理。即將未入爐零件，通過(guò)真空清洗機進(jìn)行真空去油、脫脂、干燥。去除了工件的各類(lèi)加工油污和碎屑，保證了入爐工件不會(huì )帶入其它雜質(zhì)，避免了在高溫加熱時(shí)雜質(zhì)分解，污染爐內環(huán)境和工件本身，從微觀(guān)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。

　　結束語(yǔ)

　　模具材料在不斷的發(fā)展，越來(lái)越多的新材料已經(jīng)和正在運用于實(shí)踐，我們也將不斷地更新技術(shù)，以高質(zhì)低耗滿(mǎn)足客戶(hù)要求，共同贏(yíng)得市場(chǎng)。質(zhì)量是企業(yè)的生命，通過(guò)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)奉獻給用戶(hù)。

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