半导体塑封模具作为芯片封装的核心装备，其材料选择与热处理工艺直接决定了模具的精度、寿命及封装产品的可靠性。随着5G、人工智能、新能源汽车等产业的快速发展，对高密度、高可靠性封装的需求激增，半导体塑封模具的材料与热处理技术也迎来更多的挑战与突破。

一、半导体塑封模具的材料演进

1、传统模具钢的局限性

早期塑封模具多采用SKD61、H13等热作模具钢，其耐热性（约600℃）和硬度（HRC 40-50）可满足普通封装需求。但在高频次注塑（如每分钟15次以上）和高温环氧模塑料（EMC）的工况下，此类材料易出现热疲劳裂纹、型腔腐蚀等问题。

2、高性能合金的突破

粉末冶金高速钢（如ASP-30）和硬质合金（如钨钴类）成为模具的选择。ASP-30通过粉末冶金工艺实现碳化物均匀分布，硬度可达HRC 65以上，耐磨性提升3倍；而硬质合金模具在封装QFN（方形扁平无引脚）器件时，寿命可达500万次以上。

3、表面改性技术的应用

通过物理气相沉积（PVD）在模具表面镀覆TiAlN或CrN涂层（厚度2-5μm），可显著提升耐腐蚀性和脱模性。镀层模具在封装含溴阻燃剂的EMC时，腐蚀速率降低，同时减少塑封体的“粘膜”缺陷。

二、热处理工艺的关键创新

1、真空淬火的精度控制

传统油淬易导致模具变形（变形量约0.1mm/m），而真空热处理（温度1020-1080℃）配合高压气淬，可将变形控制在0.02mm/m以内。

2、分级回火工艺的优化

针对高合金模具钢，采用“高温回火（550℃）+低温回火（200℃）”的双重工艺，既能消除淬火应力，又可保留HRC 58以上的硬度。

3、局部热处理的智能化

对于多腔塑封模具，激光选区热处理可实现对关键部位（如浇口、顶针）的硬度差异化调控。

三、材料与热处理的协同效应

1、热导率与热膨胀系数的匹配

先进模具材料（如铜钨合金）的热导率可达200W/(m·K)，但需通过特殊热处理（如热等静压）确保与EMC的热膨胀系数（CTE）匹配。

2、残余应力的准确调控

通过X射线衍射和有限元模拟结合，可优化热处理路径。

半导体塑封模具的材料与热处理技术正向着高精度、长寿命、智能化方向发展。随着新材料与数字化技术的深度融合，塑封模具将突破现有性能边界，为第三代半导体等封装提供更可靠的制造基础。