淺談：半導(dǎo)體精密模具制造方法及制造過程

　　從半導(dǎo)體精密模具制造訂單的簽訂到成品合格模具交付客戶的過程的每個(gè)環(huán)節(jié)都可能影響模具的質(zhì)量，精密模具制造過程按系統(tǒng)工程控制，必須對其每一環(huán)節(jié)加以控制，是半導(dǎo)體精密模具制造的前提。

　　而模具零件加工的指導(dǎo)思想是針對不同的模具零件、不同的材質(zhì)、不同的形狀和不同的技術(shù)要求制訂相應(yīng)的工藝方案。模具零件的一般工藝過程為：毛坯準(zhǔn)備-粗加工-半精加工-熱處理(淬火、調(diào)質(zhì))-精密磨削-電加工-鉗工修整及表面加工。通過對加工過程的各工序控制，達(dá)到要求的加工精度。

　　1.半導(dǎo)體精密模具材料及熱處理控制

　　模具零件熱處理使零件獲得所需要的材料硬度的同時(shí)，又要使零件加工過程和加工后尺寸形狀能夠穩(wěn)定，針對零件材質(zhì)的不同和零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，有不同的熱處理方式，必須對零件熱處理內(nèi)應(yīng)力進(jìn)行控制制訂熱處理工藝要充分考慮經(jīng)材料淬透性淬硬性過熱敏性以及脫碳敏感性，對薄壁零件要采用壓淬工藝。

　　(1)精密模具材料選用：除了選用CrWMn、Cr12、40Cr、GCr15、Cr12MoV、9Mn2V硬質(zhì)合金外，對一些工作強(qiáng)度大，受力苛刻的凹模、凸模，可選用具有較高的熱穩(wěn)定性和良好的組織狀態(tài)的合金鋼S2、S3、V10、APS23S1、G2、G3、G4、G8等等。

　　(2)淬火后去應(yīng)力處理：淬火后工件都存留內(nèi)應(yīng)力，容易導(dǎo)致后續(xù)精加工后工件尺寸變化甚至開裂，因此零件淬火后應(yīng)趁熱回火，消除淬火應(yīng)力對形狀復(fù)雜、內(nèi)外轉(zhuǎn)角較多的工件，回火還不足以消除淬火應(yīng)力，精加工前還需進(jìn)行去應(yīng)力退火或多次時(shí)效處理，充分釋放應(yīng)力。

　　2.半導(dǎo)體精密模具磨削加工控制

　　磨削是精密模具加工的關(guān)鍵工序。精加工磨削要嚴(yán)格控制磨削變形和磨削裂紋的出現(xiàn)，甚至要控制工件表面的顯微裂紋。制訂精密磨削工藝時(shí)要考慮以下幾方面。

　　(1)選擇磨削砂輪：針對模具材料的高鎢、高釩、高鉬、高合金，高硬度的特點(diǎn)，可選用PA鉻鋼玉砂輪和GC綠碳化硅砂輪;當(dāng)加工硬質(zhì)合金、淬火硬度很高的材質(zhì)時(shí)，采用有機(jī)粘結(jié)劑的金剛石砂輪，有機(jī)粘結(jié)劑砂輪自磨利性好，磨出的工件精度在IT5以上，粗糙度可達(dá)Ra=0.16um的要求。CBN立方氮化硼砂輪用在數(shù)控成型磨床、坐標(biāo)磨床、CNC內(nèi)外圓磨床上進(jìn)行精加工，效果優(yōu)于其它種類砂輪。磨削加工中要及時(shí)修整砂輪，保持砂輪的銳利，當(dāng)砂輪鈍化后會(huì)在工件表面滑擦、刻劃、擠壓，造成工件表面燒傷、顯微裂痕或產(chǎn)生溝槽，影響加工精度。

　　(2)進(jìn)刀量選擇：精密磨削的進(jìn)刀量要小，磨削中冷卻要充分，盡量選擇冷卻液介質(zhì)，加工余量在0.01mm內(nèi)的零件要恒溫磨削。

　　(3)工件裝夾：軸類零件的特點(diǎn)是由多個(gè)回轉(zhuǎn)面構(gòu)成，精密加工方法一般采用在內(nèi)外圓磨床磨削加工過程中，利用磨床夾頭和尾架頂尖夾緊定位工件或者用首尾兩頂尖定位工件，此時(shí)夾頭與頂尖中心的連線就是磨削后工件的中心線，如果中心線跳動(dòng)，加工后的工件同軸度達(dá)不到要求，因此在加工前要做好夾頭及頂尖的同心檢測和首尾頂尖對中檢查簿壁內(nèi)孔磨削時(shí)要考慮采用夾持工藝臺，即在車加工時(shí)多留下一段厚壁部分，待磨削內(nèi)孔完成后進(jìn)行切除。

　　3.電火花加工控制

　　(1)線切割加工準(zhǔn)備：線切割選用精密慢走絲線切割機(jī)床，加工精度±0.001mm，粗糙度Ra=0.2um，選擇去離子度高的去離子水線切割絲垂直度符合加工精度要求張緊力適度切割用絲材質(zhì)與被切工件材質(zhì)相適應(yīng)，確保合理的加工速度。

　　(2)加工路線設(shè)計(jì)：線切割加工對材料原來的應(yīng)力均衡在加工過程中有所破壞，引起拐角處應(yīng)力集中，處理應(yīng)力集中的方法，運(yùn)用矢量平移原理，精加工前先留0.8~0.9mm余量，預(yù)加工出型腔大致形狀，再進(jìn)行熱處理，使加工應(yīng)力盡可能在精加工前釋放，以保證熱穩(wěn)定性。加工凸模時(shí)采用4遍切割，切割絲的切入位置及路徑要合理制定選擇夾持坯料的位置應(yīng)在第一遍進(jìn)刀后，工件不成懸壁狀態(tài)，始終使工件受力狀態(tài)良好，不影響后續(xù)加工;在坯料上打孔穿絲，加工效果較外形割入好。

　　(3)電火花成型加工工藝：電火花成型加工分別要制作粗、精電極。精電極用CNC數(shù)控機(jī)床加工完成，Cu-W合金電極，綜合性能好，電極損耗量比紫銅電極小，在良好的排屑條件下，加工難加工材料和截面形狀復(fù)雜零件;Ag-W合金電極比Cu-W合金電極性能更優(yōu)，用于精密加工;石墨電極，選用損耗小、硬度大、電蝕速度快、表面粗糙度低的進(jìn)口石墨。電火花加工結(jié)束前安排精規(guī)準(zhǔn)修整，去除表面形成的硬化薄層。

　　4.表面處理及模具組裝

　　(1)表面處理：精加工后經(jīng)過表面處理工件表面無氣孔、硬度均勻、各向特性差異小、夾雜物低和零件表面無加工時(shí)留下得刀痕磨痕等應(yīng)力集中的地方。通過拋光、研磨、鉗工打磨對工件無用棱邊銳角孔口進(jìn)行倒鈍，電加工后表面呈灰白色6~10m變質(zhì)硬化層去除，該層脆而帶有殘留應(yīng)力，在使用之前要充分消除硬化層。

　　(2)模具組裝：組裝前要對工件作充分的退磁處理，并用乙酸乙脂清洗表面，在磨削加工電加工過程中，工件會(huì)有一定磁化，具有微弱磁力，容易吸附一些小雜物組裝過程中：充分理解裝配圖的結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求，配齊各類零件;正確列出各零部件相互之間的裝配次序;檢查各零部件的尺寸精度，明確各項(xiàng)配合要求;配齊所需裝配工具;先裝模架部分的導(dǎo)柱導(dǎo)套、型腔成型塊組件鑲拼組合;組立模板與凸模凹模結(jié)合，調(diào)整各板位置;開合模具，檢查模具動(dòng)作是否準(zhǔn)確可靠。

　　5.結(jié)語

　　本文論述的精密模具制造方法，從模具的制造全過程控制和模具工作零件精加工的過程控制兩方面進(jìn)行了闡述，此方法已應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，取得了較好效果，我們在實(shí)際生產(chǎn)中不斷完善此方法。