SOP集成电路塑料封装模具
（1.上海工程技术大学材料工程系，上海200336；2.上海柏斯高模具有限公司，
上海200062）
摘 要：介绍了SOP集成电路塑料封装模具设计中温度补偿的计算方法和计算结果。封装模具包括上模、下模和附件三大部分，可分成浇注、成型、排气、顶出、复位、加热、温控、上料、预热、定位和支撑等功能系统。 关键词：集成电路；封装；模具
中图分类号：TP391.72 文献标识码：A 文章编号：1003-353X(2005)06-0045-04 1 引言
集成电路的封装指的是安装半导体集成电路芯片的外壳。这个外壳不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强电热性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁。芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印制板上的导线与其他器件建立连接。因此，封装对于集成电路来说起着至关重要的作用。
封装可分为塑料、陶瓷和金属封装三种，其中塑料封装得到了最广泛的应用。目前，95%以上的封装都采用塑料封装。进入21世纪，封装技术已由直插型逐渐进入表面贴装封装（SMP）成熟期和新一代IC封装生长期。其中表面贴装封装（SMP）的主要特点是引线细短、间距微小、封装密度较高、体积小、易于自动化生产。目前，在全球各类IC产品封装总量中，表面贴装封装(SMP)占有70%的市场，同QFP，SOT等表面贴装封装类型比较，SOP表面贴装封装在应用中占有的份额最多。SOP是一种常见的集成电路塑料封装形式，又被称作小外形封装，其优点是适合用表面安装技术（SMT）在印制板上安装布线；封装外形尺寸小，寄生参数减小，适合高频应用；操作方便；可靠性高。
根据集成电路引脚数的不同，SOP集成电路分成不同的规格，图1为SOP-8和SOP-28两种规格的集成电路。表1中列出了不同规格SOP集成电路的各档尺寸。从单个SOP集成电路来看，其封装精度要求也许并不是很高。但是由于集成电路巨大的生产量，每副模具的型腔数往往可以达到数千之多，为了保证数千型腔中生产品的一致性，对SOP 集成电路塑封模具的设计和制造精度要求非常高。
塑封模具是集成电路封装的主要工艺装备，属于固定加料腔式热固性塑料挤胶模类型，具有型腔数多、精度高、引线脚数多、间距小、封装一致性要求好、可靠性高、寿命长等明显的特点。随着集成电路特别是表面安装（SMT）技术的迅速发展，对塑料封装模具的精度和可靠性要求也越来越高。 2 塑封模具的温度补偿计算
塑封模封装产品的成型原理是，在合模状态下，将预热到130℃左右的改性环氧
树脂料饼放入模具加料腔，在塑封压机外加载荷的作用下，融熔状态的环氧树脂料迅速通过流道、浇口注入各处型腔，经升温、保压、补缩、固化后成型产品。 模具的生产与加工一般都是在室温下进行的。然而，塑封模具在实际工作时，其工作温度远高于室温，这就直接影响到模具的设计与制造。塑封模常常是一模具有几百型腔甚至数千型腔，由于引线框架（塑封件的骨架）与模具的材料不同，其热膨胀系数也不一致，从而使得在高温下引线框架与模具的热膨胀量就不一样，最终影响到塑封件的成型尺寸。因此在设计模具的型腔尺寸时，一定要考虑到不同引线框架和模具材料的热膨胀系数的换算关系。这是塑封模的设计与制造是否成功的关键。如果热膨胀系数考虑不当，就会造成模具设计的失败。 我们涉及到几种热膨胀系数不同的材料，集成电路引线框架材料、模具材料以及上料装置材料。集成电路引线框架材料一般为铜合金，如YEF- T1，OFC，DC1B，TAMAC1，C151等牌号的材料。集成电路塑封模模盒部分一般采用进口模具钢，如SKD-11，440C，P18等材料。上料装置一般采用轻型铝材制造。引线框架模具之间存在不同的热膨胀，需要进行补偿。上料装置与模具之间也存在不同的热膨胀，也需要进行补偿。最后需要考虑引线框架与上料装置之间存在的热膨胀差异。其中最重要的是引线框架与模具之间的相应尺寸关系。
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K y，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数K的计算公式[1]
K=(1＋Ky×(T1 -T0))/(1＋Km×( T1-T0))
根据上述公式计算温度补偿系数K 。表2列出了室温为20℃和成型温度为170℃时的计算结果。由公式Lm＝K×L y ，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寸Lm。
3 模具结构
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。完整的塑封模包括上模、下模和附件三大部分，图2为SOP塑封模的上模和下模部分。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。
浇注系统由压注头、料筒、主流道、分流道和浇口组成。由于型腔数量众多，浇注系统采用了非平衡流道布置。为了提高集成电路的成型质量，利用塑料流动模拟软件分析浇注过程可以取得满意
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。对于SOP-8集成电路，每个模盒具有4列型腔，每列包含20个型腔，整副模具共有10个模盒，因此共有800个型腔。成型系统的零件采用镶拼结构，既有利于成型过程中的排气，又有利于型腔的制造。每列型腔由型腔镶块、浇口镶块和侧壁镶块等组成。采用慢走丝线切割或光学曲线磨床精密加工技术获得镶块。为了使
型腔能够得到充分的填充，良好的排气是必不可少的。在型腔流动末端和流道末端都开设排气槽，排气槽的深度为0.02～0.025mm，宽度为1.6~6mm不等，视模具具体部位而定。
为了保证模具工作的可靠性，在塑封模具的上模和下模都设置顶出和复位装置。每个型腔都具有上下两根顶杆，再加上流道部位的顶杆，如此大量的顶杆均由顶出和复位装置驱动。由于所需要的卸料力不大，顶出系统采用了弹顶结构，复位则采用了可靠的刚性结构。
集成电路采用环氧树脂塑封料，其主要特性为：优异的机械性能与电绝缘性能；非常好的热稳定型，导热性能良好；Na ＋、Cl－含量极低，密封性能优良；流动性好，固化快，脱模性好；产品一致性、稳定性好。它是一种热固性塑料，在一定温度范围内交联固化成型。SOP集成电路塑封模具采用电加热棒进行加热，并设温度传感器将温度信息传递到温度控制器以实现温度调控。
集成电路塑封模具的模架结构与普通塑料模具具有较大的差别，其模架不仅起到支撑系统的作用，而且要在加工过程中防止热量的散发。基本模架零件有上、下
SOP集成电路塑料封装模具
