塑封课程设计报告

《塑封工艺课程设计说明书》题目： 塑封工艺课程设计说明书 院系： 材料工程学院 专业： 微电子封装 学号： 051508103 姓名： 杨继红 指导教师： 阮勤超唐佳 完成时间： 2012年1月6日 一、 设计内容1） 用MOLDEX3D和ANSYS软件系统对SSOP20-L芯片进塑封工艺过程模拟分析。2） 一套SSOP20-L单模盒MGP塑封模具总装图；完成一套浇口参数的工艺方案设计，具体包括：SSOP20-L塑封工艺卡片一张；SSOP20-L塑封模具总图（A1）—张，零件图不少于10张;塑封件及模具流道部分三维模型和模拟分析图片一套；二、 SSOP-20L模流分析设计过程采用solidworks,Rhino等三维造型软件构件、。？芯片的实体模型。然后，利用Moldes3D和有限元分析软件ANSYS来模拟芯片注塑成型的过程并分析在注塑过程中模具浇口的改变和工艺参数的改变对金线偏移所造成的影响。（一） Rhino建立网格模型导入solidworks中制作好的实体模型。利用Rhinoceros软件中外挂的Moldex3D-Mesh进行网格制作，得到SSOP20L实体网络。

构建引线框架同一层封装体和芯片的网格，注意网格层数和高度必须保持一致，并分别设置网格属性。建立上半部分的剩余网格，利用CheckFreeSurfaceEl建立芯片平面网格，在此平面上依次构建上半部分剩余的实体网格。:■■■■■■■;1-Hio'Eg.:■■■■■■■;1-Hio'Eg.完成剩余的实体网格，需要注意的是每一层的网格数和高度要与建立好的实体网格一致。（二）建立浇口部分的实体网格

1.按实验要求设置浇口高度，入射角度。（尺寸见下图）2.对内流道与封装部分连接处网格进行修改，独立出临近浇口部分的塑封体并重新建立模型。3.完成除矩形网格外的其他网格，并在浇口对其的位置生成平面网格，并将生成的平面网格复制到两个浇口平面。（三） Moldex3D的分析对制作完成的网格实体导入moldex3d软件进行两种不同工艺参数的制定与分析，制定封装工艺参数卡片。moldex3d软件的分析过程：

第一套工艺参数的制定过程：1）打开Moldex3D9.0，点选新建，选择保存的文件夹，在ApplicationTypeSettingPleaseselecttheapplicationyouwanttosimulatebytheproject:OTraditionalinjectionmolding(fortherrnoplastics)applicationTypeSetting选项中选择ICpackage。ApplicationTypeSettingPleaseselecttheapplicationyouwanttosimulatebytheproject:OTraditionalinjectionmolding(fortherrnoplastics)求设定芯片的各个参数：OReactiveinjectionrnolding@；ICpackaging；屈格模型一实体模型||Part-1:Epoxy(CAEEML：-1]PartInsert-1[ICP_Chip]:Chip[GenericSiIcone]PartInsert-2[ICP_Leadframe]:LeadFramefGenericCopper)环氧树脂的材料:CAEEMC-1芯片的类型：Silcone引线框架材料：Coppor金线材料：Gold其他参数都为默认值;

3）在ICpackage中stresssolverinstall一栏中需要重新从C盘中载入，路径为：C:/ProgramFiles\ANSYSInc\vl120\ansys\bin\intel4）最后Analysissequencesetting中选择Fullanalysys-FCW,然后Runnow。第二套工艺参数的制定过程：将MoldTemperature从170°C改为180°C，其他步骤全部参照第一套参数的制定过程。4.分析结果填充20%填充60%填充100%：第一套工艺参数和第二套工艺参数对比：1、充填结果-流动波前时间充埴结果流动波前时间［充埴结果流动波前时间［9.卯R：=«nge=O.00344589.87843,AvgF4.88778」SD=2.868e+000II&.558%II6.657%II6.498%II6.466%II6.516%II6.569%II6.365%II6.充埴结果流动波前时间［充埴结果流动波前时间［9.卯R：=«nge=O.00344589.87843,AvgF4.88778」SD=2.868e+000II&.558%II6.657%II6.498%II6.466%II6.516%II6.569%II6.365%II6.494%II6.381%II6.641%II6.731%O6.993%Cn7.058%Ca7.350%II6.468%II6.710%II6.528%II6.443%II6.503%II6.590%II6.365%II6.549%II&.395%II6.627%II6.779%II6.920%□7.193%r_37.204%:J.U51.971O.55t7.d'di：T.Z4I6.5亢5.'dZE5.261Il66IlIJIJ：JRange=0.00344589.872.Avg=4.88733,SD=2.870e+000由图可知，第一组数据流动波前时间变化为0.003-9.872，第二组数据流动波前时间变化为0.003-9.878，两组数据相差不大，可见改变温度，对充填结果中的流动波前时间变化不大。

充埴结果JE力［MPa］:+F0.11：0.10E0.充埴结果JE力［MPa］:+F0.11：0.10E0.1020.0910.0910.08E0.08C0.07E0.06?0.06^0.05E0.05：0.0410.0420.0360.03108^7%8%8%4%0%6645cT8203020102003S4.□1|0|0.|0.|0.|0.|0.口口口充埴结果_压力[MFa]：+FxE-20%10%20%30%40%50%60%TO%80%90%100%119.9.859.3910.94E8.49C8.03ET.5827.12£6.卯6.22C5.76E5.3124.85E4.4W3.9否3.49E3.0411.892%|0.644%10.041%10.033%10.012%2.099%4.532%口3.631%口3.424%II5.791%II12.799%I ~I25.383%I 22.418%10.413%II6.889%由图可知，数据一的压力变化为0.031-0.113,数据二的压力变化为0.030-0.096,变化不是很明显，可见，改变温度对充填结果中压力的变化不明显。3、充填结果-温度1TO.210165.5Z'd16LIc：4y156.16c15c：4511151.487153.5'dl126.T96121.4370.210%0.231%0.231%LiJLIiJiJiJ0.203%0.200%0.211%liJU.：Jt：71T5IJZcliF.u.e.e.y164.31LI14d.芸乾14Z.ciT：-；13T.514132.155116.UTT110.T18ins.jsy1ULIIjljlj0.237%0.246%0.281%ME，.甘LIT142.12613T.445132.T65IZH.IIi-i4123.403118.T23114IJ42lLiy.361104.F.H10.192%0.191%0.224%0.241%1TO.210165.5Z'd16LIc：4y156.16c15c：4511151.487153.5'dl126.T96121.4370.210%0.231%0.231%LiJLIiJiJiJ0.203%0.200%0.211%liJU.：Jt：71T5IJZcliF.u.e.e.y164.31LI14d.芸乾14Z.ciT：-；13T.514132.155116.UTT110.T18ins.jsy1ULIIjljlj0.237%0.246%0.281%ME，.甘LIT142.12613T.445132.T65IZH.IIi-i4123.403118.T23114IJ42lLiy.361104.F.H10.192%0.191%0.224%0.241%充埴皓果—温度［■：■!：］:+F充埴结果—温度［史］:+F1.234%0.378%Range=100170.21.AvgF168.84,SD=T.202e+000Range=100180.387,Avg=178.由图可知，数据一的温度变化范围为100-170.21，数据二的温度变化范围为100-178.76，两组数据区别不是很大，由此可见，改变温度对充填结果中的温度影响不是很大。

充埴结果既切应力[MPa]:+F0.041%0.215%II.331.581.源U.'d5t0.002%0.003%0.018%0.053%4.TUt4.费£4.08J.TE止:土土83充埴结果既切应力[MPa]:+F0.041%0.215%II.331.581.源U.'d5t0.002%0.003%0.018%0.053%4.TUt4.费£4.08J.TE止:土土83巳2UtII13.充埴错果取切应力[MPa]:+P1.030%II9.301%0.716%1.025%Range=l.89758e-0050.00470632,Avg=0.000923217,SD=2.064e-004Range=l.T0935e-005"0.00348415,Avg=0.000912546,SD=1.569e-004比较数据一和二可知，第一组的剪切应力变化范围是0.019-4.706,第二组的变化范围是0.017-3.484，变化不是很明显，可见改变温度对剪切应力的影响不大。5、硬化结果-流动波前时间硬化结果一流动被前时间住口］；+F0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%9.8729.21^8.55E硬化结果一流动被前时间住口］；+F0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%9.8729.21^8.55E7.89E7.24C6.5825.92E5.2614.60^3.9513.29；2.63E1.9711.3110.6610.003II6.567%II6.646%II6.491%I I 6.465%I I 6.536%I I 6.563%I | 6.347%I I 6.505%I I 6.369%I I 6.657%II6.741%I I 6.986%I I 7.082%|~|7.346%II6.699%硬化结果—流动波前时间住口］：+F0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%87E22C56290；24E58192E27C61295：29E63197E32C662003I I6.484%I I6.685%I I6.518%I I6.465%I I6.508%I I6.592%I I6.345%I I6.558%I I6.393%I I 6.631%I I 6.793%I I 6.938%I I 7.174%|~|7.216%II6.701%Range=0.0034458^9.872,Avg=4.88T68,SD=2Range=0.0034458^9.872,Avg=4.88T68,SD=2.870e+000Range=0.0034458^9.87843,AvgF4.88803..SD=2.868e+000两组数据比较可知，第一组的流动波前时间变化范围是0.003-9.872,第二组的变化范围则是0.003-9.878，变化不明显，所以，改变温度对硬化结果的流动波前时间影响不是很大。

翘.曲变形」:-总位稼：:分星[rnm]:+FxE-20% 10%20%30%40%50%5.8435.1064.3683.6302.8932.翘.曲变形」:-总位稼：:分星[rnm]:+FxE-20% 10%20%30%40%50%5.8435.1064.3683.6302.8932.1551.4180.680-0.05：-0.79!-1.53：-2.271-3.00：-3.741-4.48：-5.221|0.199%10.212%|0.485%01.692%I I 12.200%I | 12.811%I I 12.812%I I 13.929%I I 13.074%I I12.742%I I12.264%|1.186%2.642%2.503%D1.248%Range=-O.052209"'0.058433..智曲变形*-总位移分星[mm]:+FxE-26.2475.4584.6703.8813.0932.3041.5160.727-1.631-2.42'-3.21!-4.00-4.T9：-5.581Range=-0.05581"0II12.270%|1.186%2.634%2.512%D1.247%.062466,Avg=0.00335691,SD=2.003e-002比较两组数据可知，第一组数据的变化范围是-5.221-5.843,第二组是-5.571-6.247，两组差别不大，所以，改变温度对翘曲变形的总位移分量影响不大。7、翘曲变形-Y总位移分量翘曲变形-总位移分量[mm]翘曲变形-总位移分量[mm]:+FxE-20%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%翘曲变率*-总位移当星[mm]:+FxE-20%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%3.T503.2492.7472.2453.T503.2492.7472.2451.7441.2420.7410.239-0.26：-0.76-1.261-1.76'-2.26'-2.771-3.27：-3.774|0.317%10.301%|0332%□3.432%II11.937%I I13.016%I I12.300%I I12.286%I I12.753%I I14.045%I I14.504%口3.683%|0.339%|0.341%|0415%R：ange=-O.037735^0.037501..Avg=-O.000360432,SD=1.178e-0024.0093.4732.9362.4001.8641.3280.T920.256-0.28-0.81'-1.35：-1.88'-2.42!-2.96-3.49：-4.034|0.317%|0.301%|0.332%□3.432%II11.945%I I13.010%I I12.297%I I12.274%I I12.762%I I14.046%I I14.508%口3.682%|0.339%|0.343%|0.412%Range=-O.040337^0.040087..AvgF-O.000385339,SD=1.259e-002分析两组数据可知，前组变化范围是-3.774-3.750，后一组变化范围是-4.034-4.009,可见，改变温度对翘曲变形的Y总位移分量有一定的影响。

翘曲变虐-总位格肯星［响］：+FxE-30%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%5.翘曲变虐-总位格肯星［响］：+FxE-30%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%5.1864.3773.5682.7591.9501.1410.332-0.47'-1.28!-2.09-2.90：-3.71：-4.52-5.331-6.13'-6.9482.596%II7.202%I I 7.948%I I 8.114%I I 8.667%I I 8.645%II6.761%II11.638%II10.007%II7.692%3.779%3.767%3.767%5.274%4.144%Range=-l：L0069478^0.0051858,Avg=-0.0009864T,SD=3.086e-003翘曲变形-总位移:分星［mm］:+FxE-30%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%5.4264.5T03.T132.8572.0001.1440.287-0.571-1.421-2.28：-3.13'-3.991-4.85：-5.70'-6.56!-T.4224.255%II6.052%I IT.508%I I8.271%I I8.604%I I8.589%I IT.749%II11.555%II9.014%IIT.673%3.777黑3.767%3.772%5.099%4.314%Range=-0.00T4217"0.0054261,Avg=-0.00105T23,SD=3.300e-003分析两组数据可知，第一组的变化范围是-6.948-5.186,第二组的变化范围是-7.422-5.426,相差不大，可见，改变温度对翘曲变形的，总位移分量影响不大。9、翘曲变形-总位移0.018%□2.314%□2.775%n7.212%6.9宇6.•卑土6.1J：si5.56：:0.018%0.151%□2.315%□2.772%IIT.207%4.64E4.It：：-3.72:J.况2.79E号：咒1.7.43-6.ML6.44t5.9盅5.0.018%□2.314%□2.775%n7.212%6.9宇6.•卑土6.1J：si5.56：:0.018%0.151%□2.315%□2.772%IIT.207%4.64E4.It：：-3.72:J.况2.79E号：咒1.7.43-6.ML6.44t5.9盅5.451：4.雄4.4T1土UT：:21.763%16.466%B2.192%Liy5Il4E*IlIJZT2.49i土LIU：1.511.l.Olt0.52：Liuzy翘曲变形总位移［血：+F1.097%II9.&55%Range=0.0002697570.06953521.227%I|9.651%Range=0.0002891690.0743345比较两组结果，第一组的总位移变化范围是0.027-6.954，第二组的范围是0.029-7.433，两组差别不是很大，可见改变温度对翘曲变形的总位移影响不是很大。模具的技术规格与要求1、模具采用由下彳主上的多料筒注塑设计，注塑动作由安装于模具内的耐高温防漏液压缸推动注塑头驱动板完成。转进系统导向采用X-Y方向U形滑块和自润滑导柱导套双重导向，以保证转进系统的运行平稳；2、 模盒中放置2条引线框架，全模共1组模盒；3、 模盒共布置有6个料筒；4、 上下型腔表面为细麻面（打印面Ra<0.6um,其他表面RaW0.8um）；5、 型腔条选用ASP-23（瑞士壹胜百），结构为整体式；表面要求镀硬铬硬度HRC62〜64；6、 模座部分采用预硬钢，经过消除应力处理不易变形，且均设计有热电偶测温孔在每支加热棒孔旁，以配合有温度独立控制的多点温控压机，同时模座后面设计有超温感应切断开关装置孔；7、 模具工作温度180±20°C，表面温差在±5°C范围内；8、 下模座底板设计有气浮功能，便于模具安装；9、 注塑头及料筒采用硬质合金（CARBIDE）硬度HRA89.5〜91度，注塑头侧面设计刮胶双凹环；10、 注塑头采用浮动抽取式设计，顶部连接处独立弹簧以保证传递平稳；其连杆与连接头为快速锁定设计，方便装拆，具有防转锁定结构；11、 引线框架上料架采用高强度铝合金制作，重量轻且不易变形，引线框架承托为浮动式设计，达到上料畅顺无干扰的要求；12、塑封料饼上料架采用高强度铝合金材料制作，重量轻且不易变形，落料采用拉动式活门装置，达到落料准确畅顺的要求。模具整体结构及特点集成电路塑封模具和其他塑料模具相比有其独特之处，塑封模是固定加料腔式热固性塑料挤胶模类型，具有腔位多、精度高、寿命长等特点，其模具结构与一般的塑料模具差别很大。根据组成模具不同结构的功能来划分，它主要由浇注、成型、排气、顶出、复位、加热、温控、上料、预热、定位和支撑等系统组成。成型系统主要由上模盒和下模盒组成。上模盒和下模盒闭合时构成封闭的集成电路型腔，型腔通过浇口与流道相连。模具型腔结构简介SSOP-20L封装模由1个模盒组成，该模盒由2条模块组成，每条模块具有48个塑封型腔，整副模具共有48个/条乂2=96腔；每模：96X1=96腔。尽管模块内各型腔是非平衡布置但进入各模块这一段的流道布置是平衡的。每个模块内部的充填状态认为是一致的。模盒结构为镶拼式，型腔的材料为440C，其硬度约为HRC50O3.3.2温度补偿系觐的计算设室温为T0，塑封成型温度为T1，引线框架材料的热膨胀系数为Ky，模具材料的热膨胀系数为Km，那么根据物理学有关计算热膨胀的公式，可以得到温度补偿系娜的计算公式：K=(1+KyX(T1-T0))/(1+KmX(T1-T0))根据上述公式计算温度补偿系娜。Ky=4.8X10(-6) Km=10.081X10(-6)Kmy=(1+(10.081X10(-6))X(170-20))/(1+(4.8X10(-6))X(170-20)))=1.00079由公式Lm=KXLy，可以从引线框架的尺寸Ly和温度补偿系数K推算出塑封模型腔尺Mm。L1=7.222mmL2=2.65mm3.3.3原材料线涨系数的测量计算公式/"gf)神一妇](1)⑴式中：a为原材料的线涨系数/°C-1；Lt为原材料在t温度时的长度(一般指高温时的长度)/mm；L0为原材料在常温时的的长度/mm；t指高温(一般我们根据封装工艺的特点测试时取175C/C：t。指常温(一般取20C)/C。对实验中用的氧环树脂从20摄氏度加温到175摄氏度，平均的长度增量是0.3MM.由上述公式计算得：a=(150.3-150)/[15OX(175-20)]=12.9X10-6C-1注：由于金属具有热胀冷缩的特性，因此，虽然原材料线胀系数很小，但却是个不可获缺的重要数据，它直接影响着产品塑封质量的好坏。3.3.4成型型腔尺寸的计算公式：/=J/x(3+S) (2)(2)式中:L为型腔尺寸/mm；L'为塑件尺寸/mm；S为树脂成型收缩率。该公式为基本简化公式，具体计算时，根据塑封体外形偏差的大小，适当调整，在此不作累述。S一般取0.2%〜0.4%，在实际使用时根据用户提供的树脂型号选取。本次模盒计算选取S=0.3%l=7.222mm产品L=14.444mm1L=L1X(1+0.003)=14.444X1.003=14.50mmk=2.65mm2K=5.3mm2K=K2X(1+0.003)=5.3X1.003=5.316mmh=1.5mmH=1.5mm3H=H3X(1+0.003)=1.5X1.003=1.5045mm3.3.5型腔镶件的线涨匹配计算公式：if"u,x1■'■- -" '⑶式中：L模为模具型腔经线涨匹配后的尺寸/mm；L产为引线框架的实测长度尺寸/mm；a产为引线框架的线涨系数/^-1；a钢为模具型腔所选钢材的线涨系数/°CT；t工作为模具正常工作时的温度(一般取175C/C；t常温为模具室温时的温度(一般取20C)/C。L产=25.4mma产=16.3X1O-6C-1a钢=11.3X1O-6C-1t工作=175C t常温=20CL模=25.4+(16.3xlO-6-11.3xlO-6)X(175-20)X25.4=25.420mm3.3.6三类尺寸的计算A尺寸指模盒与模盒之间的中心尺寸；B尺寸指一根引线框架中两个定位孔之间的距离；C尺寸指一个模盒中确定两根引线框架之间相对位置的定位孔距离。通过计算该三类尺寸，要达到上料框架能在工作温度下，准确地将引线框架放入模具中，避免卡滞、入位不畅等现象。A类尺寸的计算：公式：U'" *口，•」，’I，-1""" ，」⑷式中：L框为上料框架的尺寸，为所要计算匹配的入类尺寸/mm；L模为模具中模板的尺寸/mm；a框为上料框架材料的线涨系数/。01；a模为模具中模板材料的线涨系数/。-1；△七框为上料框架工作温度与常温之差(一般取130°C-200。=110。)/。；△t模为模板工作温度与常温之差(一般取175C-20C=155C)/C。L模=230mma模=12X10-6C-1a框=23.6X10-6CT△t框==110C△t模==155。所以：L框=(230X(1+155X12X10-6))/(1+110X23.6X10-6)=229.83mmk模=74mmK模=(74X(1+155X12X10-6))/(1+110X23.6X10-6)=73.95mmh模=14.863mmH模=(14.863X(1+155X12X10-6))/(1+110X23.6X10-6)=14.852mmB类尺寸的计算公式："源」！」r."〃" e卜’”（5）式中：L框为上料框架的尺寸，为所要计算匹配的8类尺寸/mm；L镶为模具中，镶件上对应引线框两定位孔之间的长度尺寸/mm；a框为上料框架材料的线涨系数/。01；a镶为模具中镶件材料的线涨系数/°C-1；△t框为上框架工作温度与常温之差（一般取130C-20C=110C）/。；△t镶为模具中模盒的工作温度与常温之差（一般取175C-20C二155C）/C。L镶=50.8mm a镶=11.3X10-6C-1 a框=23.6X10-6C-1△t框=110C△t镶=155CL框=(50.8X(1+155X11.3X10-6))/(1+110X23.6X1O-6)=49.96mmk镶二10.365mmK镶二(10.3685X(1+155X11.3X10-6))/(1+110X23.6X1O-6)=10.3598mmh镶二14.8643mmH镶二(14.8643X(1+155X11.3X10-6))/(1+110X23.6X10-6)=14.8567mm3.3.7锁模力的校核由于本模具的特殊性二型腔间夹着引线框架。通常锁模力仅考虑注射时模具所要的成型压力和模具中弹簧对分型面压力这对本模具是不适用。因为在模具的分型面上有不止一条的引线框架一般而言,每一条引线框架的厚度是不可能完全一致，总存在一些误差，一般地说，引线框架的厚度公差为±0、01mm。如不消除这厚度误差就可能引起溢料而产生飞边。那就必须给引线框架加压使厚的引线框架压缩，用虎克定律可计算出压加。因此，校核压机最大吨位公式为:K•N机NN模・PN机——压机公称吨位P——消除这厚度误差的压料力K——压力修正系数P=A6EA/6E——引线框架材料的弹性模量(kg/mm2)△6——引线框架厚度的平均压缩量⑶山)A 受压面积(mm2)6 引线框架厚度(mm)本次设计的实验室用模盒，其锁模力大于SSOP-20L所需的作用力。在以上主要参数中值得注意的是塑封模封装产品的成型原理是，在合模状