塑封模溢料原因分析及纠正措施

1文章编号：1001-4934（2012）04-塑封模溢料原因分析及纠正措施丁宁(安徽铜陵三佳山田科技有限公司安徽铜陵244000）摘要：介绍了塑封模溢料种类，分析了溢料缺陷产生的原因，并针对溢料总结提出了几种相应的纠正措施、改善解决方案，指出应从模具设计源头、材料选择、模具分型面高度差匹配、合模压力计算校核和支承柱排布位置等各方面系统优化解决，为稳定塑封产品质量提供保证。关键词：模具；溢料；合模压力；支承排布中图分类号:TG241文献标识码：BThecauseanalysisandcorrectiveactionfortheflashonPlasticMoldWangZonghua,DingNing，TianZheng,ZengBo(TheR&DDepartmentAnhuiTonglingSanjiaYamadaTech.Co.,Ltd.;AnhuiTongling244000，China)Abstract:ThispaperintroducesthetypesofflashforPlasticMoldandanalysesthecausesforit,andputforwardthecorrespondingcorrectivemeasuresandimprovesolutionsforflash.Thenthispaperpointoutthatthemolddesignshouldbepayattentiontothebeginningofmolddesign,materialselection,moldpartingsurfaceheightdifferencematching,clampingpressurecalculationandchecking,thesupportingcolumnarrangement，itcanensurethequalityofpackage.KeyWords:Mold；Flash；MoldClampPressure；BearingArrangement0引言中国的半导体制造业正快速进入成熟阶段，超高速计算机、数字化视听、移动通讯和便携式电子产品的火爆出现，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。无论是采用先进的自动封装系统封装还是传统的单注射头、多注射头塑封模封装，塑封成型缺陷总是普遍存在的，无法完全消除。目前的塑封模式影响成型性的因素很多，容易产生较多的成型缺陷。在一条工艺稳定的电子组装线上，塑封缺陷是不良品的主要原因，而溢料又是塑封缺陷常见形式。所以，对塑封模溢料缺陷进行研究，提出合理有效的解决方法，意义十分重要。1塑封模溢料种类溢料，通常半导体行业内也叫飞边，本身对塑封产品的性能没有影响，只是由于溢出的塑封料覆盖在引线框架管脚上，如经去飞边工艺后仍有残留，就会形成镀层缺陷而影响产品2的可焊性，造成电路断路、虚焊等问题，导致大量不良品产生，目前国内半导体厂尚无有效的方法去除严重的飞边。如何避免和减少塑封模溢料（飞边）的产生显得尤为重要。塑封模溢料包括4种：(1)模具表面溢料；(2)引线框架表面溢料；(3)引线框架外侧溢料；(4)散热片溢料。2塑封模溢料原因分析经分析引起这几种塑封模溢料的原因主要是：(1)模具材料的变形；(2)分型面高度差（压印量）取值不合理；(3)压机所能提供的最大合模压力小于模具必要合模力；(4)支承柱排布位置不合理；(5)支承柱高度取值不合理；(6)客户提供引线框架精度低引起。3溢料改善纠正措施针对以上几种原因，总结出以下几种纠正措施改善解决溢料问题。3.1塑封模材料选择塑封模镶件材料选择至关重要，通常有以下几个方面要求：（1）刚性；（2）耐磨损性；（3）耐压痕性；（4）尺寸稳定性；（5）良好的清模性；（6）优良的放电加工性；（7）抛光性；（8）耐腐蚀性。在通过与世界优秀半导体模具制造商的交流合作过程中，现阶段半导体行业更多地采用具有优良耐蚀性和耐磨损性集合的SAM97(C1.2～Cr17)和ELMAX，是经过ESR处理（材料结构处理），具有耐腐蚀、耐磨损和抛光性好，经两次深冷处理后，尺寸稳定性好，热匹配性好等良好的综合性能。3.2分型面高度差（压印量）匹配标准化、规范化规范设计标准，解决由于分型面取值不当引起的引线框架溢料问题，对于半导体塑封模各零件分型面高度差（压印量）一般按以下标准设计，模具下模部分如图1下模镶件分型面高度匹配图所示。图1下模镶件分型面高度匹配图A+0-0.002为下浇道镶件高度、B-0.006-0.008为下浇口镶件高度、C+0-0.002为下成型镶件齿顶高、D±0.002为下成型镶件齿底高度、E+0.002-0为下成型镶件横筋面高度、F-0.006-0.008为下边镶件高度。标准规定：A＝15（合适的一个定值）；B＝A－（ｔ－0.015）－0.005；C＝A－0.005、D＝A－（ｔ－0.015）；E＝A－（ｔ－0.015）－0.005；F＝A－（ｔ－0.015）－0.005。其中ｔ为引线框架厚度，0.015为引线框架压印量（防溢料的合适定值）。模具上模部分如图2上模镶件分型面高度匹配图所示。3图2上模镶件分型面高度匹配图A+0-0.002为上浇道镶件高度；B+0.002-0为上成型镶件高度；C+0-0.002为上边镶件高度。标准规定：A＝B＝C＝15（合适的一个定值）。3.3校核压机所能提供的最大合模压力必要合模力计算：必要合模力＝树脂力+压印力+上模弹簧力+下模重力，树脂力＝流道在分型面的投影面积×树脂成型压力，树脂成型压力一般取980MPa，压印力＝压印面积×压印系数，上模弹簧力＝上模弹簧个数×压缩量×弹簧定数，压机所能提供的最大合模压力根据必要合模力校核，并留有一定安全余数。压印面面积：压印面积对于校核压机吨位是一个很重要的参数。当流道设计完成后，流道在分型面的投影面积为定值，树脂成型压力一定时，只能靠减小压印面积来减小必要合模力。引线框架压印面一般取到横筋面外0.3～0.5mm，对于管脚和横筋面之外的压印面，则取0.005～0.01mm减轻面。减轻面不计算压印面积。例如，一个QFP类产品压印面取值及压印面积计算如图3（阴影部分即为压印面积）所示。图3压印面积图压印量取值：当引线框架厚度＝ｔ±△ｔ时，压印量取值保证最薄引线框架压印0.005mm，即压印量为△ｔ+0.005mm，如当引线框架厚度公差为±0.01时，则取压印量0.015mm。现在有的客户提供的引线框架厚度公差较大，则按实测厚度值取压印量0.015mm，并在必要时与客户沟通、确认。压印系数：压印系数根据引线框架材料分为3种，Cｕ基——1.96X106MPa、Fｅ基——42.45X106MPa、镀Pb——3.43X106MPa，其中镀Pb的引线框架溢料很难去除，所以不分铁基或铜基，压印系数取3.43X106MPa。设计时遇到这种引线框架请务必注意。以上3种压印系数为平均值，当引线框架硬度增加时，须增加压机压力。当校核压机压力时须留有一定安全余数，安全系数为1/0.8，确保压机所能提供的最大合模压力大于必要合模力。3.4支承柱排布位置支承柱排布位置直接影响模面溢料。排布支承柱时，通常是哪里有空档排布哪，并做到能大尽量大。但容易忽视一个很重要的问题：支承柱必须排布在模具引线框架有效压印面下，然后才是能大尽量大，在不需要排支承柱的地方排了支承柱，不但不能改善溢料，反而在不能溢料的地方溢料。而且，上下模支承柱排布时应尽量排在同一位置，只有这样才能更有效改善溢料、杜绝溢料，如图4所示。图4支撑柱排布图3.5支承柱高度值支承柱排布时，有时受塑封模顶杆排布位置等条件限制，有些地方支承柱无法排大，结果支承柱大小不一，模具调试时小支承柱处产生溢料。以前的做法是加垫片，垫一点，试一模，看一下结果，不溢料即可。这样不但浪费了大量的人力、物力和时间，而且影响了交货期和公司声誉，况且有的客户不允许加垫片。可根据虎克定律计算出在合模状态下小支承柱与大支承柱压缩变形值，然后根据变形量不同，在配磨支承柱时预先将小支承柱高度尺寸高出。根据虎克定律[1]：△L＝EAFL(1)△L——杆件变形量，ｍ；F——杆件所受外力，N；L——杆件原长度，ｍ；E—材料的弹性模量，GPa；A——杆件的横截面面积，cm2。例如当合模压力为1500kN，支承柱40根时，一个φ16mm下支承柱产生变形量：△L为0.07×10-3m；一个φ40mm下支承柱产生变形量：△L为0.01×10-3m。2种支承柱变形量相差0.06ｍｍ，与已往调试模具时小支承柱所加垫片厚度是一致的。在配磨支承柱时，按事先核5算好的高度设计取值、加工，定能收到事半功倍的效果。3.6引线框架精度引线框架精度高低也是塑封模开模成功与否的关键，一般严格控制要求客户提供合格的引线框架供开模、生产，提前规避模具溢料等各种缺陷产生。4结论经过多年的摸索和实践，对塑封模溢料形成内因有了一个深刻的认识和研究，制定出相应的纠正措施。通过材料选择、分型面匹配、支撑柱排布和合模压力校核等各种措施改善优化，并形成了一套较为系统、行之有效的解决方法与对策，模具刚性稳定性得到提升，塑封外观质量、导电性能和后道焊线组装性能大为改善提升，成品率大幅提高，为稳定塑封模产品质量提供了保证。参考文献：[1]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，1999.