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        IC引線框架產(chǎn)品簡介及其模具設計和制造

        2015-10-09 19:29:57張朝紅
        科技資訊 2015年19期
        關鍵詞:模具設計制造工藝

        張朝紅

        摘 要:近年來,隨著我國信息技術的大力發(fā)展,信息技術行業(yè)已經(jīng)取得了長足的進步,IC引線框架作為集成電路內(nèi)部重要的零件,起著連接外部導線的橋梁作用。引線框架是連接集成電路內(nèi)部芯片和外部導線的一個重要器件,其是獨立存在于整個電子產(chǎn)品中的元件,起著橋梁作用的同時又兼具支撐整個產(chǎn)品的功能。集成電路的引線框架來說,一般引線腳越多,引線腳間距就會隨之縮小,對制造框架的模具的要求就會越嚴格,生產(chǎn)廠家設計與制造引線框架模具的難度也會相應提升。該文主要介紹了相關的IC引線框架產(chǎn)品,詳細闡述了模具的設計及制作流程,并針對工廠制造中容易出現(xiàn)失誤的地方提出有效、可行的解決方案,供同行參考。

        關鍵詞:引線框架 模具設計 制造工藝

        中圖分類號:TG76 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2015)07(a)-0028-02

        目前市場上大部分半導體都引用了這種引線框架。如今,隨著半導體在電子產(chǎn)品中應用越來越廣泛,引線框架產(chǎn)品的制造也正在作為一個新興行業(yè)不斷崛起。該文主要介紹了關于集成電路模具的設計與制造過程,目的是為了促進我國電子產(chǎn)品行業(yè)更快、更好地發(fā)展。

        1 引線框架產(chǎn)品簡介

        集成電路的引線框架是由合金材料制成的金屬薄板,在電子產(chǎn)品尤其是半導體的集成塊里充當引線,起著連接外部設備與內(nèi)部零件作用。近年來,隨著我國信息技術的高速發(fā)展,對半導體的存儲量、精度等的要求越來越高,市場上也應運而生多種引線框架產(chǎn)品,旨在適應信息時代高速發(fā)展的需要。對于集成電路的引線框架來說,一般引線腳越多,引線腳間距就會隨之縮小,對制造框架的模具的要求就會越嚴格,生產(chǎn)廠家設計與制造引線框架模具的難度也會相應提升。就目前來說,市場上的較為復雜的引線框架形狀大多呈蟹腳狀,由于線腳很多,操作難度較大,目前采用較多的是高速壓力機沖模完成模具指導,制造成本還是比較高的。在引線框架產(chǎn)品的生產(chǎn)中,最主要的步驟是對模具進行設計制造,模具設計需要結合產(chǎn)品用途綜合考慮多方面的因素,但包含以下幾方面的設計與制造原則。引線框架的內(nèi)腳前端要求很高的平坦度,平坦度的要求是根據(jù)產(chǎn)品需求定的,要求內(nèi)腳前端的平坦區(qū)域大于金線直徑三倍以上,框架模具制造可以利用壓印加工的形式達到平坦度的要求。引線框架的焊墊上要焊上晶片,晶片的作用是用于傳輸數(shù)據(jù),是引線框架橋梁作用的重要體現(xiàn),對模具進行設計時要充分考慮平坦度、晶片與支撐棒的相對高度以及自身傾角等相關參數(shù),一般也要求采用壓印加工??蚣芤€腳的間距要求均勻,間隙不均勻很可能是壓印的深度過深造成的,間隙不均必然影響框架的精度,從而影響產(chǎn)品的性能,為了防止這一現(xiàn)象的發(fā)生,設計者需要對壓印深度進行精確計算。另外,還需要在后續(xù)的制造工藝中增加校正工序來調整線腳間隙,使線腳間隙均勻。

        2 IC引線框架產(chǎn)品模具的設計

        2.1 排樣圖設計和模具設計注意事項

        集成電路的引線框架在車間投入生產(chǎn)之前,需要進行排樣圖設計與模具設計,兩者的設計工作均需要設計者根據(jù)的產(chǎn)品的需要進行嚴格的計算與測量,排樣圖設計主要是針對引線框架的外形,外形設計需要做到整體結構合理,便于裝配。一般來說,排樣圖設計與模具設計需要遵循以下幾個原則,保持模具的整體平衡,引線框架是作為一個零件在半導體中使用的,產(chǎn)品完成后還需要與產(chǎn)品進行裝配,要求模具整體保持一定的穩(wěn)定性,模具的壓力中心位置對穩(wěn)定性有一定影響,一般要求壓力中心與所用的壓力機中心保持一致,方便壓力機工作。相同形狀的拼塊放在一起沖壓,由于模具是用拼塊拼接而成的,工廠生產(chǎn)中需要大批量進行生產(chǎn),可以把相同形狀的拼塊放在一起壓印,一來使得拼塊受力均勻,精度誤差不會太大,二來對提高壓力機的工作效率也有一定的積極作用。沖切加工順序要適當,在模具的加工中,需要對模具進行多次沖切工作,沖切順序直接影響了模具的精度,順序不當很可能導致模具被扭曲,因此要引起高度重視,一般來說,沖切順序按照內(nèi)腳再沖外腳,由里及外進行,短導腳和右導腳的順序不做具體要求,但兩者要分開進行沖切。防止模具扭曲,在模具的設計制造過程中,造成模具扭曲的因素有很多,比如材料承受壓力的能力、沖壓力的強度、壓料板的壓料力等,為了防止模具的在制造中變形扭曲,除了需要選取合適的制造材料外(通常選用合金材料),還需要對沖壓力的強度,壓料力進行嚴格控制。另外,良好的檢測裝置與合適校正工序也是防止模具變形的重要手段,檢測裝置是為校正工序服務的,一旦檢測出模具變形,就可以采取適當?shù)墓ば蜻M行校正,保證模具的精度與質量。

        2.2 模具結構設計

        在對集成電路的引線框架產(chǎn)品進行制造的整個工藝中,關鍵是框架模具的設計與制造,由于引線框架產(chǎn)品用在電子產(chǎn)品的內(nèi)部,起著連接內(nèi)外零件、傳輸信息的重要作用,要求框架的產(chǎn)品的結構合理,能夠與產(chǎn)品無縫焊接。引線框架具備一定的強度,電子產(chǎn)品一般要求一定的抗擊打能力,即具備一定的強度,引線框架作為其重要的零件,對強度也有較高的要求,當然,不同的產(chǎn)品對強度的要求不盡相同。產(chǎn)品的強度與選用的材料密切相關,目前市場上的引線框架產(chǎn)品一般用合金作為生產(chǎn)材料。在進行框架產(chǎn)品模具的設計時,產(chǎn)品的使用期限,裝配、維修等也是設計者重要的考慮因素。當然,引線框架的精度要求是最重要的考慮因素,目前要求硬質合金級進模具的制造公差在±0.0005mm左右,由此看出其精密程度之高。另外,在想完成高精度的模具的制造,需要輔以專業(yè)的制造設備和工裝夾具,目前采用較多的制造設備是四坐標慢走絲機床,其主要是用于框架模具的四坐標型腔孔切割,在高速沖壓的工作條件下,四坐標慢走絲機床也能為型腔孔切割提供穩(wěn)定的工作條件,為模具的高精度要求提供保障。

        2.3 硬質合金材料零件的制造

        對于引線框架模具的制造來說,硬質合金零件的制造是模具制造的重要的制作工序之一,其直接影響了引線框架產(chǎn)品的精度。相對來說,硬質合金零件的加工還是比較復雜的,其每一道工序都有嚴格的操作要求,一旦某道工序出現(xiàn)失誤,將直接導致零件作廢。而且,零件的生產(chǎn)都是批量生產(chǎn),某道工序的失誤將直接導致大批零件不符合對應框架產(chǎn)品的要求,從而給生產(chǎn)廠家?guī)砭薮蟮慕?jīng)濟損失。因此。要求生產(chǎn)廠家在進行硬質合金零件的生產(chǎn)時,要對每一道生產(chǎn)工序進行嚴格的檢查,確保零件精度達到相關標準。一般來說,硬質合金零件的制造主要分為粗加工和精加工兩道工序,粗加工主要是讓零件成型,精加工則是根據(jù)零件的不同精度要求進行打磨。打磨所采用的工具是砂輪,不同的模具對砂輪的尺寸要求不同,需要根據(jù)產(chǎn)品的實際情況來確定尺寸。另外,在用不同的砂輪進行零件的打磨時,要嚴格控制砂輪的進給量,要防止零件表面產(chǎn)生裂紋,影響零件的質量。另外,硬質合金零件的制造還與機床設備的選擇、生產(chǎn)環(huán)境的溫度、濕度等因素密切相關,需要生產(chǎn)廠家對這些影響因素進行嚴格控制。

        3 凹模、凸模設計及加工工藝流程

        3.1 凹模設計

        對于集成電路的引線框架產(chǎn)品來說,主要包括凸模、凹模以及卸料鑲件等零件的制造,其中凹模的設計制造是最重要的工序,其直接決定了引線框架產(chǎn)品的精度。因此,設計者在進行凹模的設計時一定要綜合考慮多方面的因素,確保引線框架的精度滿足產(chǎn)品的要求。就目前來說,引線框架產(chǎn)品的材料大多是鎢鈷類硬材料,其能夠最大程度滿足引線框架的強度以及精度要求,但成本較高,目前還沒有找到更好的材料進行替換。一般來說,凹模是由多個拼塊拼接而成的,制造工藝也比較復雜,當然,為了節(jié)省拼接工序同時為了盡可能減少精度誤差,拼塊的數(shù)量在滿足產(chǎn)品要求的條件下越少越好,這需要設計者進行精確的計算。用高壓進行模具沖制時能夠保證模具具備一定的強度,增加引線框架的使用壽命,但容易產(chǎn)生毛刺,毛刺影響了產(chǎn)品的外觀以及精度,在生產(chǎn)中要盡量避免。

        3.2 凸模設計

        凸模的設計制造也是引線框架產(chǎn)品的重要工序,制造材料大多使用合金,目前使用最多的也是選用鎢鈷類硬質合金。凸模的精度要求也比較高,通常要求達到1μm,同時,凸模表面的粗糙程度要盡可能小,跟凹模一樣,要盡量避免沖壓毛刺的產(chǎn)生。另外,凸模的固定部分要與凸模拼塊有一定的間隙,便于凸模導入卸料板內(nèi),同時,便于引線框架產(chǎn)品的裝配和維修。

        3.3 凹模制造工藝流程

        凹模的制造工藝相對較復雜,一般需要六個基本步驟來完成其制造,具體包括平面磨(粗磨)、穿孔、平面精磨、四坐標割型腔、平面磨(精磨)以及電脈沖。平面磨(粗磨),先從側面開始加工,待凹模的兩平面到位加工成型后,在以其為基準加工側面到位,最后加工總長到位。穿孔,穿孔的目的是為了利用零件進行后期裝配,孔的尺寸要嚴格按照設計圖紙進行,不允許出現(xiàn)誤差,穿孔時要先標出原點,再以原點為基準,利用電極管進行穿孔工作,分為螺紋孔和型腔孔,兩者使用的電極管尺寸有差異。平面磨(精磨),穿孔完成后,需要對磨具平面進行第一次精磨,所用的精磨工具是特制的砂輪,要保證磨具的六面互成直角。四坐標精割型腔,首先需要用到鉗口式夾具裝夾來校正磨具的平面度與直線度,接著需要利用3D探頭來確定原點坐標,最后根據(jù)設計圖紙尺寸進行型腔孔精割。平面磨(精磨),型腔孔精割完成后,需要以其為基準進行第二次精磨,用到的工具同樣是砂輪。電脈沖,電脈沖主要是用于螺紋孔的螺紋加工,螺紋的的粗細、數(shù)量要嚴格按照設計圖紙進行,方面后續(xù)的裝配工序。最后完成產(chǎn)品的裝配工作即可。另外,凸模的加工工藝與凹模類似,該文不做進一步介紹。

        4 結語

        綜上所述,集成電路的引線引線框架是電子產(chǎn)品尤其是半導體的重要零件之一,其起著連接產(chǎn)品內(nèi)外零件的作用。引線框架的制造主要包括凹模、凸模、卸料鑲件等零件的制造,各個零件制造的工藝流程都較為復雜,而且各個工序的精度要求都比較高,對生產(chǎn)廠家來說是一個不小的挑戰(zhàn)。因此,需要生產(chǎn)廠家引進高精度的生產(chǎn)設備,同時不斷改進生產(chǎn)工藝,在保證引線框架產(chǎn)品質量的同時提高生產(chǎn)效率。

        參考文獻

        [1] 曹杰.集成電路塑封模具常用計算公式及方法[J].電子與封裝,2007,7(2):4-6.

        [2] 金彩善.項目教學法在《模具設計與制造》課程教學中的應用[J].青島職業(yè)技術學院學報,2010(3):21-24.

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