集成電路元器件管腳成形方法及工藝分析

付小青，汪宗華

（銅陵文一三佳科技股份有限公司技術(shù)部，安徽銅陵 244000）

1 引言

在IC電路元器件生產(chǎn)過程中，其中一道工序是對封裝后的電路元件的外引腳（管腳）進行中筋切除，并與引線框架的連接部分分離，然后把管腳彎曲成規(guī)定的形狀，使電路元器件管腳符合在線路板上貼裝或直插等裝配要求。在本道工序中，有可能會出現(xiàn)膠體破損、管腳從膠體中被拉出漏銅、管腳擦傷堆錫、管腳成形不良以及管腳成形的凸凹模容易破損等諸多問題。這些問題有些是前道工序的問題在本道工序中體現(xiàn)出來，有些是由于元器件本身的管腳形狀設(shè)計不合理，工藝性差導致的問題，還有些是模具設(shè)計不合理或相關(guān)零件材質(zhì)選擇不當造成的。本文從集成電路元器件的管腳形狀設(shè)計開始，闡述有關(guān)管腳成形關(guān)鍵尺寸的意義、取值等，設(shè)計出工藝性良好的成形產(chǎn)品圖，并比較兩種成形方式（剛性成形和柔性夾彎成形）的優(yōu)缺點，選擇合理的，兼顧成本和品質(zhì)的成形方式。

2 元器件管腳成形圖的轉(zhuǎn)化

在設(shè)計集成電路元器件成形工序的模具時，客戶會事先提供一份該元器件的產(chǎn)品圖。但在多年的實踐中發(fā)現(xiàn)，客戶提供的產(chǎn)品圖來源多種多樣，有測繪其他公司或現(xiàn)有產(chǎn)品做出的產(chǎn)品圖，也有借鑒其他公司設(shè)計并修改部分尺寸和形狀而形成的產(chǎn)品圖，還有一些是客戶按自己的理解而設(shè)計出的產(chǎn)品圖紙。由于客戶自身設(shè)計水平良莠不齊和對產(chǎn)品認知不足，有相當一部分產(chǎn)品圖紙是不能直接用于實際生產(chǎn)設(shè)計使用的，需要模具設(shè)計廠家仔細分析，重新修改轉(zhuǎn)化才可使用。下面對圖1（修改前）和圖2（修改后）進行對比，詳細闡述如何設(shè)計一個可使用的，符合產(chǎn)品工藝性的圖紙。

一般情況下，客戶提供的是圖1所示的圖紙，產(chǎn)品的主要參數(shù)以圖表的形式表達出來。需要從如下幾個方面去檢查圖紙是否有問題和疏漏的地方：

圖1 修改前產(chǎn)品圖

圖2 修改后產(chǎn)品圖

（1）檢查產(chǎn)品圖的關(guān)鍵尺寸是否符合JEDEC 標準，因為通用電子元器件外形必須符合JEDEC標準才可以在市場上通用，對于不符合JEDEC標準的地方要和客戶溝通，是否有特殊性要求。

（2）很多客戶提供的產(chǎn)品圖往往是不完整的，缺少細節(jié)部分的描述以及相關(guān)尺寸，但這些尺寸又是模具設(shè)計中必不可少的。要根據(jù)客戶提供的塑封產(chǎn)品圖和引線框架圖把相關(guān)的尺寸補充進去。

（3）要對產(chǎn)品管腳的成形工藝性進行分析，客戶提供的圖紙中的管腳成形工藝有時會比較差，如果不做修改，產(chǎn)品很難成形或者良品率不高。這時就要按照工藝性要求對產(chǎn)品的管腳形狀進行重新設(shè)計，既要滿足關(guān)鍵尺寸要求，又要有良好的工藝性。

（4）對照技術(shù)協(xié)議補充一些必要的部分。

修改一：把原圖1 中的數(shù)據(jù)以尺寸公差的形式表示出來，并補充試圖和其他遺漏的尺寸（比如膠體的脫模斜度，上下膠體的厚度等）。

修改二：增加中筋切斷部分的視圖表示，電路元器件對中筋切斷部分的突出是有要求的，原圖紙對這個部分沒有描述，“修改二”增加這一部分的詳圖和尺寸規(guī)格。

修改三：元器件管腳在封裝工序后會有一道鍍錫工序，鍍錫以后的管腳尺寸會發(fā)生變化，這一部分要有詳圖來描述清楚，原圖紙中沒有這一項的描述。

修改四：增加沖切毛刺方向和大小，這是在元器件生產(chǎn)中必須控制的項目。

修改五：增加管腳成形形狀的詳細視圖，添加成形尺寸，如角度、成形圓角等尺寸。

3 元器件成形管腳的工藝性分析

一般情況下，客戶只會提供元器件的外形尺寸，以及管腳中與貼裝有關(guān)的尺寸，其他細節(jié)部分需要模具生產(chǎn)廠家按照對管腳成形工藝性的理解給出合理的尺寸。下面參照實際生產(chǎn)中的圖紙，對元器件管腳成形部分的尺寸進行解釋并進行工藝性分析。

3.1 元器件管腳成形尺寸設(shè)計原則

（1）設(shè)計管腳成形形狀時首先需要滿足元器件的貼裝要求（符合JEDEC標準）。

（2）設(shè)計管腳成形形狀時要考慮到相關(guān)模具成形零件的強度問題。

（3）設(shè)計管腳成形形狀時要考慮到管腳的成形方式，是采用剛性成形還是柔性夾彎成形，這兩種成形方式對管腳形狀的要求是有區(qū)別的。

（4）設(shè)計管腳成形形狀時要在成形的工藝性和產(chǎn)品品質(zhì)之間取得平衡，兼顧兩方面的要求。

3.2 元器件管腳成形尺寸工藝性分析

如圖3 所示成形管腳詳細圖，一個標注齊全的詳圖包括膠體的外形尺寸，管腳的形狀尺寸，管腳的貼裝尺寸等。下面對這些尺寸逐一歸類分析：

圖3 成形管腳圖

（1）膠體的外形尺寸。包括尺寸②、③（膠體的長度尺寸）、尺寸④、⑥、⑦（上下膠體的厚度尺寸）以及尺寸⑨、⑩（膠體的圓角尺寸和脫模斜度尺寸）。這些尺寸是由封裝工序產(chǎn)生的，雖然不是本道工序所控制的尺寸，但是在產(chǎn)品圖中必須對其標注尺寸和公差，因為這些尺寸和成形工序所需要保證的尺寸是關(guān)聯(lián)的，如下膠體尺寸⑦，如果誤差不能控制在一個合理的范圍內(nèi)，那么管腳的站高尺寸⑧就沒辦法控制。

（2）管腳的外形尺寸①，貼裝尺寸?，站高尺寸⑧，這3個尺寸是器件在電路板上的安裝尺寸，由本道成形工序所產(chǎn)生。其中尺寸?由“GUAGE PLANE”所限制形成的尺寸，它保證器件能可靠的焊接在電路板上，不出現(xiàn)虛焊等問題。一般情況下，管腳的貼裝尺寸?取值不小于3倍的條帶厚度尺寸⑤，以保證良好的成形工藝性。站高尺寸⑧是保證器件貼裝時管腳和電路板可靠的接觸，不至于下膠體和電路板接觸而導致焊接問題。每個產(chǎn)品對站高尺寸要求不同，一般取值在0.03mm～0.15mm。

（3）管腳成形圓角尺寸?、?，成形角度尺寸?、?，這4個尺寸很多時候客戶是不標注的，或不完全標注，但這是影響產(chǎn)品品質(zhì)和模具壽命的關(guān)鍵尺寸，需要設(shè)計人員綜合考慮管腳成形的工藝性加以確定。雖然說成形圓角尺寸?、?能夠取值大一些，成形時對管腳的損傷就會小，成形質(zhì)量也會更好，但是由于尺寸空間的限制，有的時候必須取比較小的值，但一般情況下不能小于尺寸③（料片厚度）的70%。對于成形角度尺寸?、?來說，也是同樣的道理，如果角度尺寸?取值太大，貼裝尺寸?就很難保證，所以一般情況下角度尺寸?取值在0°～8°左右。尺寸?取值越大，產(chǎn)品管腳在成形時擦錫現(xiàn)象就越少，對產(chǎn)品品質(zhì)的控制越有利，但是隨著尺寸?的值增大，尺寸?就會越小，成形凹模的強度就會越差，有可能會發(fā)生成形凹模強度不足造成折斷的情況。所以尺寸?是在保證成形零件強度的情況下盡可能的取大值，一般不小于5°。

4 管腳成形方式的選擇

元器件的管腳成形有兩種方式，一種是剛性成形，另外一種是柔性夾彎成形，如圖4、圖5所示。

圖4 剛性成形

圖5 柔性夾彎成形

這兩種成形方式最主要的區(qū)別是：剛性成形時凸模的成形軌跡是一條直線，成形凸模在成形時會和產(chǎn)品的管腳產(chǎn)生相對位移；而柔性夾彎成形時凸模的軌跡是一條曲線，成形凸模在成形時和產(chǎn)品的管腳不會產(chǎn)生相對位移。這兩種成形方式的優(yōu)缺點如下：

（1）剛性成形方式。

a.剛性成形方式結(jié)構(gòu)簡單可靠，模具維護成本低。

b.模具成形工位緊湊，一次成形的產(chǎn)品數(shù)量多，生產(chǎn)效率高。

c.產(chǎn)品管腳的擦錫相對要厲害，比較容易產(chǎn)生堆錫現(xiàn)象。

d.管腳肩部有效支撐才能成形，在某些肩部不能設(shè)計支撐的情況下不能使用這種成形方式。

（2）柔性夾彎成形方式。

a.柔性夾彎成形方式結(jié)構(gòu)復雜，模具制造、維護成本高。

b.因為結(jié)構(gòu)復雜，模具成形工位需要分開布置，一次成形產(chǎn)品數(shù)量少，生產(chǎn)效率比剛性成形要低。

c.產(chǎn)品管腳的擦錫很少，成形品質(zhì)好。

d.能夠適應(yīng)各種成形形狀，在管腳肩部不能設(shè)計支撐的情況下依然能夠有效成形。

綜上所述，在能夠滿足產(chǎn)品生產(chǎn)要求的情況下，考慮到成本和效率因素，應(yīng)該優(yōu)先選用剛性成形工藝。只有在剛性成形不能滿足產(chǎn)品的品質(zhì)要求或者剛性成形不能成形產(chǎn)品時，才選用柔性夾彎成形工藝。

5 結(jié)束語

集成電路元器件的管腳成形是器件生產(chǎn)中的關(guān)鍵工序，在實際生產(chǎn)中會遇到各種各樣的問題。如何設(shè)計一個合理的，工藝性良好的器件成形產(chǎn)品圖是其中的關(guān)鍵。本文結(jié)合實際生產(chǎn)中遇到的問題，從轉(zhuǎn)化客戶的產(chǎn)品圖開始，詳細分析了產(chǎn)品圖中各項關(guān)鍵尺寸的意義、取值，以及對產(chǎn)品采用何種成形方式等，有利于幫助讀者設(shè)計出符合實際生產(chǎn)要求的產(chǎn)品圖紙，從設(shè)計源頭開始盡力避免生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的問題。