塑封模具材料和熱處理

塑封模具材料和熱處理

　　隨著市場經濟的發展，半導體產業的迅猛發展給了眾多電子模具制造商充分的機會，作為半導體行業，在吸收世界頂級半導體設備制造商的成功經驗后，更是取得了突飛猛進的發展。先進的模具結構、優良的制造工藝，專業的模具選材是半導體行業塑封模具立足市場的根本，也是贏得客戶的關鍵，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。本著以質取勝的原則，我們對模具的內在品質更加看重，并不斷吸收先進技術，完善處理手段。下面主要談談塑封模具材料和熱處理手段上的幾點認識。

　　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，受工作環境和封裝產品特點的影響，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)要通過鑲入硬質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生壓痕的可能性大小，如耐壓痕性差則易于產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，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，同時要保證高的尺寸穩定性，一般要求在經過-140℃<=>200℃，6次循環后其尺寸變化率在±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，不好的清模性會造成型腔污損，產品產生廢次品，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發展，優良的放電加工性可以保證在細亞光面情況下，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后的材料，不但達到放電加工使用要求，而且可以通過磨削達到鏡面。

　　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。

　　塑封模具材料的發展歷程和方向

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

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

　　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、高速鋼和硬質合金。在通過與世界優秀半導體模具制造商的交流合作過程中，現階段半導體行業更多地采用具有優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到。只有良好的熱處理手段，才能實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，以便在淬火時獲得高的基體硬度，同時為了保證零件不發生脫碳氧化，相應采用了真空處理。目前半導體行業內使用的高速率氣淬淬火爐，可以在高真空條件下通過氮氣保護對工件進行加熱，既保證了工件的脫碳氧化，又防止了合金元素的蒸發。同時采用200-500Kpa范圍內可調節氣體壓力，對工件進行淬火冷卻，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，由于其馬氏體轉變點(Ms點)均高于室溫，為了提高硬度，保證尺寸穩定性，通常要進行深冷處理和高溫回火，以保證殘余奧氏體充分轉變為穩定的回火馬氏體。我們將經過真空淬火后的工件，在室溫至100℃之間進行校正(保證工件校正后變形不回彈)，然后放入-140℃的深冷處理箱中進行深冷。工件在不出爐的情況下，可以在-140℃至230℃之間進行冷熱循環，保證工件不會因為進出爐而產生變形或開裂。同時由于采用氮氣保護也避免了工件在回火中的氧化開裂。目前對于D2類材料，我們通常在深冷設備中直接完成-140℃深冷至230℃回火的3次循環。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，通過吹風方向的改變來形成對流，保證了工件的溫度均勻性，同時節省了回火時間。

　　其它輔助手段

　　在提高了淬火回火及深冷處理質量的同時，我們同時對工件的其它環節給予了充分的重視，過去認為的熱處理工件潔凈度與處理無關的觀點已經被拋棄，增加潔凈預處理。即將未入爐零件，通過真空清洗機進行真空去油、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，避免了在高溫加熱時雜質分解，污染爐內環境和工件本身，從微觀上保證了工件的組織潔凈度和處理質量的完美性，提高了工件的使用壽命。

　　結束語

　　模具材料在不斷的發展，越來越多的新材料已經和正在運用于實踐，我們也將不斷地更新技術，以高質低耗滿足客戶要求，共同贏得市場。質量是企業的生命，通過自己不斷的努力，吸收國際先進模具制造技術，從材料選擇到熱處理再到加工，不斷提高完善，力爭把完美的產品與服務奉獻給用戶。

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