今年，瑞士GF阿奇夏米尔集团通过旗下的三台机床——CUT1000 OilTech超精密数控慢走丝线切割机床、FO350MS精密数控电火花成形机床、MIKRON HSM 500LPP超精密高速铣削加工中心，首次推出IC模具的整体解决方案。其中，专门针对IC模具“干净表面”的应用功能首次公布。GF阿奇夏米尔将此功能集成在FO350MS精密数控电火花成形机床上，成为世界上最先对此核心问题实现技术突破的公司。
中国占据半导体制造产业半壁江山
自从1958年半导体诞生以来，到今天已经取得了飞速的发展；从最初的仅有一个逻辑单元到现在一个手指头大小的半导体芯片里面集成了1亿两千万个的逻辑单元。可以说，目前在我们生活的各个方面，半导体产品都无处不在，从小到各种电子产品，大到汽车飞机，都有他们的存在。
半导体产业链很长，总的来说，欧美占据上游，制造主要集中在亚洲地区，其中中国的角色越来越重要，已经超过50%。对于半导体元件制造企业来说，复杂半导体元件，比如引线框架以及相关的半导体封装，都要求 “零”缺陷大批量生产。
图1 功能产品：这些是利用三维印刷装置生产出来的产品，
材料为塑料Accura 48HTR(左上)，Accura Extreme（右上），
Duraform HST（左下）和Accura Greystone（右下）。这些
材料具有精确性、刚性、耐热性和长期稳定性等优良性能。
仅以在半导体制造链条中的封装模具（IC Cavity bar）为例。总的来说，IC cavity bar的技术要求有：表面粗糙度Ra0.1～2.2μm，尺寸精度±5μm，步距精度±5～10μm，底部内角小于0.1mm。而对于引线框架的模具制造商来说，更多的支架数量、更小的支架间隙的设计趋势不断迫使引线框架产品的制造提高加工要求。
根据半导体制造产业中的加工要求，GF阿奇夏米尔的多台机床和解决方案，在半导体模具制造中，特别是在引线框架和封装模具的制造中，发挥着重要作用。
阿奇夏米尔首次推出IC模具制造“完整解决方案”
应对客户不断提高的加工要求，今年GF阿奇夏米尔以“电子元器件的专家解决方案”为主题，为模具制造商首次推出了“完整解决方案”的概念。其三台高端机床——CUT1000 OilTech 超精密数控慢走丝线切割机床、FO350MS 精密数控电火花成形机床、MIKRON HSM 500LPP超精密高速铣削加工中心可以完成电子元器件模具制造的全部核心工艺。
电加工机床使用的“刀具”电极对封装模具的加工至关重要，因为封装模具上多穴位加工，各穴位的尺寸精度、位置精度以及重要的电极表面质量直接影响到最终的加工质量。所以，高质量的加工中心机床对IC模具厂家非常重要。MIKRON HSM 500LPP超精密高速铣削加工中心由于各轴配备直线电机、OSS操作者辅助系统，可进行最重要的加工控制，达到超高精度，完成高精度电极的制造，从而保证用此电极打下的型腔具备完美的位置精度。
电加工机床是最后封装模具表面质量的最终保证，FO350MS 精密数控电火花成形机床带有内置的针对IC模具加工的专门工艺(下文详细论述)，可以进行上百个型腔的同时加工。
CUT1000 OilTech 超精密数控慢走丝线切割机床具有实时监测和校正线弯曲，动态轮廓优化和内角拐角等功能，可进行精冲模的加工。
IC模具“干净表面”实现技术突破
对于IC模具制造商来说，通常IC封装模具不需要非常好的表面粗糙度，但是需要非常好的表面一致性和表面质量。在以上GF阿奇夏米尔所呈现的“完整解决方案”中，GF阿奇夏米尔首次公布了集成于FO350MS 精密数控电火花成形机床中的“IC master”模块，实现了达到IC模具“干净表面”的技术突破。
在IC封装模具的制造中，模具表面质量对于脱模工艺至关重要。如果模具表面质量不高，在数万次的脱模过程中，模具表面会留下污垢，而降低模具寿命。以前，为解决这个问题，模具企业想出在模具表面涂上一层耐磨的材料，以求延长模具的使用寿命，但是这个治标不治本。因为，如果原先的模具表面质量不好的话，在微观世界就是表现为有很多的凹坑，这样即使在表面涂上一层耐磨材料，也会在这层材料上留下很多封装材料的污垢，从而降低了模具的寿命。后来，随着一种新型环保封装材料的出现，这个问题越来越严重。模具寿命很短，模具维护的时间越来越长，造成的生产成本越来越高，这个悬而未解的问题已经到了非解决不可的地步。
客户应用中遇到的问题也是GF阿奇夏米尔一直的技术关注。GF阿奇夏米尔的瑞士专家们用了6个月的时间，到IC模具企业现场调研，并最终攻克了这一难题。如今，在FO350MS 精密数控电火花成形机床中，有一个集成的“IC master”模块，用户通过面板操作，只需几个简单的键入指令，便可操作机床达到“干净表面”。这种具有“干净表面”的模具在脱模过程中，封装材料不会停留在表面上，延长了模具使用寿命，从而提高了企业的生产效率。nextpage
IC模具加工案例
综合以上所述，阿奇夏米尔实现IC模具“干净表面”的技术突破，并用三台机床推出了IC模具加工完整解决方案。下面我们通过一个实例来说明：
图2是工件和电极图。
图2 工件和电极图。
● 电极材料：石墨 EDM4；
● 型腔数量：288个；
● 型腔尺寸：1.2mm×2.9mm；
● 加工深度：0.7mm；
● 粗糙度：Ra0.4μm（VDI 12）；
● 位置精度：±2.5μm。
该工件的难度及对机床的要求：
1、很高的机床精度（尺寸精度0-5μm，位置精度±2.5μm），最重要的是稳定性，因为总的长度达到大于100cm，而且型腔很多，无论高速铣床加工电极还是电火花机床最终加工，保证众多的型腔精度是很大的挑战；
2、表面粗糙度和表面一致性。这个工件要求表面粗糙度Ra0.4μm，看上去不太高，但是有两点需要注意，一是电极材料是石墨，石墨相对铜而言，很难加工出很高的表面粗糙度。二是288个型腔要同时一次加工，保证这么多的型腔的表面粗糙度的同一性绝对不简单，所有的型腔粗糙度要保证在Ra0.3～0.5μm的公差内；
3、表面质量。上面提到，IC封装模具对表面质量达到几乎苛刻的地步。而要在288个型腔内完成这么好的表面质量，绝对不简单。图3中的第一张是以前达到的模具表面的金相图（放大200倍），第二张图是目前IC封装模具所要求的放电表面达到的纹理的形状（也同样放大200倍）。因为有点类似樱花，所以，在日本客户里面称为SUKARA纹理，在韩国成为S-EDM纹理，阿奇夏米尔称为Clean Surface干净表面；
图3 上图是以前达到的模具表面的金相图（放大
200倍），下图是目前IC封装模具所要求的放电
表面达到的纹理的形状（也同样放大200倍）。
4、电极损耗。由于电极的制造要求非常高，这样，电极的成本相应就很高。所以，对电加工机床而言，如果能够降低电极的损耗，就能极大地降低制造的成本。阿奇夏米尔早在几年前就已经在这个方面做了很多的努力，现在的成果是FO350MS机床上所配备的石墨电极的IQ“零”损耗电源，它对于铜电极也同样适用。因为IQ“零”耗损电源这个模块，我们可以把电极看成“永久”的电极。具体到这个例子，我们用一个电极就完成了全部加工，这个在以前是无法想象的。
GF阿奇夏米尔用CUT1000 OilTech 超精密数控慢走丝线切割机床、FO350MS 精密数控电火花成形机床、MIKRON HSM 500LPP超精密高速铣削加工中心三台机床的“组合拳”，能够完美地完成以上电极和工件加工的全部要求，呈现IC模具制造的“完整解决方案”。
