影响半导体封装石墨模具寿命的主要因素

灰铸铁因为具有优良的铸造性能和良好的加工性，热而不粘且成本低廉，在目前以及可预见的未来仍是国内外玻璃模具厂商使用的主要材料。内腔为Ｄ型半导体封装石墨模具、外缘为Ａ型片状半导体封装石墨模具的梯度半导体封装石墨模具结构铸铁，能满足内腔较高的强度要求和模具主体较好的导热性而被广泛使用。已有的研究表明，合金化可以改变铸铁半导体封装石墨模具形态和基体组织，提高灰铸铁材料的耐热性，从而提高玻璃模具使用寿命。在获得梯度半导体封装石墨模具结构铸铁后，继续合金化改善材料性能有２种效果：

一是通过促进碳化物和珠光体形成，提高基体强度，然而，强度提高的同时会使塑性下降；

二是通过细化晶粒同时提高强度与塑性。热疲劳裂纹扩展导致的宏观龟裂现象为玻璃模具主要失效形式之一，玻璃模具使用寿命为几十万到１００多万次，属于低周疲劳和高周疲劳的临界范围。对于决定玻璃模具材料耐热疲劳性的因素究竟是强度还是塑性，尚待进一步的研究。本文通过选取不同厂家生产的具有近似梯度半导体封装石墨模具结构的模具材料，分析了其组织与性能，探讨了影响玻璃模具寿命的主要因素。

1试验材料与方法本文对市场上广泛使用的梯度半导体封装石墨模具铸铁玻璃模具材料进行了研究，此类模具多用于生产瓶罐类玻璃制品。研究的３种模具分别来自２家国内玻璃模具厂（甲、乙）和１家国外厂家（丙）。其中甲厂模具使用寿命约为 ６５ 万次，乙厂 ６０ 万次，丙 厂 １２５ 万次，国内外模具寿命存在显著差异。通过对其组织和性能的对比研究，旨在发现国产模具与进口模具存在差距的原因，为提高国产玻璃模具材料寿命提供依据和指导。 

对不同厂家生产的灰铸铁玻璃模具材料不同部位进行取样。根据国标ＧＢ／Ｔ ７３１４—２００５，采 用ＣＳＳ－４４２００电子万能材料试验机通过压缩试验确定材料的抗压强度。显微组织采用 ＯＬＹＭＰＵＳ ＰＭＥ光学显微镜和 ＦＥＩ Ｑｕａｎｔａ ２５０Ｆ场发射扫描电子显微镜观察。显微硬度测试采用 ４０２ＭＶＤ 自动转塔数显显微维氏硬度计，测试载荷为０．０５ｋｇ，加载时间为１０ｓ。 为进一步分析模具的热疲劳性能差异，还进行了模拟玻璃模具使用工况的热疲劳试验。试样尺寸为５ｍｍ×１０ｍｍ×１５ｍｍ，一端设有缺口（缺口开在 Ｄ 型半导体封装石墨模具区），如图１所示。在８００ ℃下，对试样保温５ｍｉｎ后放入水中激冷５ｓ，反复循环，记录试样表面出现宏观裂纹时的热疲劳次数。

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