引线框架塑封集成电路冲切过程中的检测和防护

付小青

（铜陵三佳山田科技股份有限公司，安徽铜陵 244000）

1 引言

集成电路模塑后，需要经过对塑封体的残留浇口环氧塑封料进行切除、管脚弯曲成型等工序，以满足电路的贴装要求。在后道工序的生产过程中，电路的引脚和引线框架切断分离，框架和电路仅靠连筋部分（Tie Bar）连接，强度很差，再加上前道塑封过程中的不可控因素对连筋的伤害，造成电路在后道冲切成型过程中有可能出现胶体脱落，导致产品报废和相关加工设备的损坏。为了对这些异常情况进行检测和防护，本文拟采用光电传感器以及检测针结合光电传感器系统来对这些异常情况进行检测，以保护设备、提升引线框架塑封产品冲切成品率。

2 冲切传感器选择

光电传感器是使用光对物体进行检测的传感器的总称，即通过检测物体的反射、透过、吸收等，从传感器投光部发送的光信号发生改变，然后被传感器受光部检测到，并产生相应的输出信号。光纤传感器和激光传感器都属于光电传感器。光电传感器按使用类型可分为透过型、回归反射型和反射型3 种，参见图1。

光电传感器具有以下特点和功能：（1）可进行非接触检测，使用光作为媒介进行非接触检测，确保了传感器具有更长的使用寿命，且丝毫不会损坏对象物体；（2）长检测距离，透过型光电传感器的最大检测距离为50 m，扩散反射型光电传感器的最大检测距离为5 m，用途广泛；（3）可检测各种物体，一般情况下可检测影响光的任何材质物体；（4）反应迅速，由于其以光作为媒介，全电路构成，因而反应迅速，即使在高速生产线上也可轻松对应；（5）具有颜色识别功能，用光来检测是光电传感器的特征，由于反射及吸收的比率会因物体颜色的特定入光波长而异，因此可通过不同颜色的光量差进行检测。虽然光电传感器有上述优点，但是如果透镜表面被灰尘或污垢覆盖导致光线传输受阻，则检测可能无法进行。在实际工程应用中，如果工作的环境比较恶劣，必须要选用对环境耐受性好的传感器产品，或采取工程防护措施。

2.1 根据检测内容和工程需求选择传感器类型

透过型传感器通过检测物体对相向的投、受光器间光线的遮光来进行检测（见图2），透过型传感器特点有：（1）检测距离长；（2）检测精度高；（3）可检测小物体；（4）检测时不受检测物体形状、颜色、材质的影响（不透明体）；（5）透镜防灰尘和污垢。

回归反射型传感器检测一个反射率小于反射镜并且干扰传感器和反射镜之间光轴的物体（见图3）。回归反射型传感器的特点有：（1）易于光轴对齐；（2）与透过型传感器相比节省安装空间；（3）单侧接线即可；（4）检测时，不受检测物体形状、颜色、材质的影响（不透明体）。

图2 透过型光电传感器检测原理

图3 回归反射型光电传感器检测原理

反射型传感器向物体上投射光线并通过接受从物体表面反射回来的光以检测物体（见图4）。反射型传感器特点有：（1）无需对齐光轴；（2）节省安装空间；（3）单侧接线即可；（4）可检测位置波动的物体；（5）宽检测区域。

图4 反射型光电传感器检测原理

2.2 按照所需检测距离确定合适的传感器

透过型和回归反射型传感器设定距离要保证在传感器所允许的检测距离以下。虽然实际应用中比额定检测距离长时也能工作，但检测不稳定。此外，在有污垢、灰尘等的恶劣环境中时，在保持余裕的情况下进行设定。

反射型传感器标定的检测距离用于标准物体检测。由于实际检测距离会因检测物体尺寸、颜色、表面凹凸等而有所不同，因此在设定传感器时应给予足够余裕。反射型传感器的检测距离随着检测物体尺寸而变化，检测物体的尺寸越大，发射光量也就越大，从而增加检测距离。图5 显示的是传感器的检测距离和检测物体面积之间的关系。

2.3 选择传感器时要注意的事项

邻接多个光电传感器时会相互干扰，因此有必要采取下列措施：（1）使用带防干扰功能的传感器可进行贴近安装；（2）安装防干扰滤光器；（3）增加间隔距离；（4）交替放置投光器与受光器（仅透过型）；（5）使用机罩或狭缝透光罩让光线变窄（仅透过型）。

图5 传感器检测距离和检测物体面积的关系

背景物体的影响，如果在检测物体的后面有墙等，其面积一般较大，因此即使离开检测物体有时也会受到影响。这种情况下，采用如下措施可以消除影响：（1）移去背景物体；（2）将背景物体涂成黑色；（3）远离背景物体；（4）使用限定反射型传感器。

干扰光对传感器的影响，强光、变频式荧光灯等可能会导致误动作。另外，阳光入射角度、波长等因季节或时间而异，因此传感器可能会因太阳光的影响而变动。实际操作时，需在确认动作无误的基础上使用。干扰光的影响可以采取如下措施：（1）倾斜光轴使受光部不直接面对外来光源；（2）在受光部上安装机罩。

3 成型时检测和防护用光电传感器

在IC 电路的管脚冲切成型过程中，为了防止IC电路在冲切过程中脱落对模具造成损坏，必须在加工过程中进行检测，预防意外发生。

3.1 成型集成电路落下检测用反射镜和光电传感器

利用反射镜和传感器来检测冲切过程中塑封体落下，如图6 所示。传感器从发射端发射出检测光轴，经过反射镜改变光轴方向，光轴从下方穿过，经反射镜偏转光轴后进入传感器的接收端。如果塑封体在加工过程中脱落，就会遮挡住传感器的光轴，传感器接收端就接收不到相应的光信号，从而完成检测工作。

3.2 利用传感器检测IC 产品的连筋折断

如图7 所示，设置一对透过型光电传感器对产品的连筋部分是否折断进行检测。在正常情况下，从传感器发射端发射出一束激光，通过被检测集成电路产品底面，被传感器接收端所感知。集成电路产品的连筋折断时，如果不能及时被检测出来，就会损坏集成电路产品及其生产的模具。如图8 所示，因为集成电路的连筋折断，导致集成电路在框架上发生倾斜，倾斜的管脚将检测光轴遮挡，传感器的接收端接收不到发射端发出的光信号，检测到的信号转换为电信号传输到PLC 控制器，由PLC 发出停机和报错信息给相应的执行装置，从而保护产品和模具，完成检测。

图6 利用反射镜和传感器检测制品落下

图7 连筋未折断通光状态

图8 连筋折断时挡光状态

4 检测针系统和传感器结合的检测和防护

4.1 检测针系统结合光电传感器进行检测

如图9 所示，在集成电路管脚冲切成型中，如果引线框架没有准确送到正确的位置，在冲切模具下行时，防误送检测针（Miss Detection Pin）不能插入支架相应的孔中，这时支架会压着防误送检测针下行，遮住检测传感器的光轴，从而触发检测信号并传送到装置的控制系统，系统接收到信号会及时停机并闪烁报警灯，从而保护了产品和设备的安全，避免了由于支架不在正确的位置冲切所导致的相关零件损坏的问题。支架在正确位置时，防误送检测针插入相对应的孔中，检测传感器能接收到相应的光信号，就不会触发系统报警。

图9 检测针系统和光电传感器检测原理图

4.2 检测针系统结合接近传感器进行检测

如图10 所示，集成电路在其管脚冲切成型时，装置的取料部分先从料匣中抓取一条封装好的支架送到轨道上，传送到冲切模具的入口处。这时，模具送料系统的抓料针插入支架相应的孔内，带动支架按步距移动，完成冲切工序。参见图10 中A 处放大示意图，正常情况下的抓料针进入支架的孔内；如果引线框架不在正确位置（如支架的送料方向不对）料针就不能进入支架相应的孔中，参见图10 中B 处放大示意图，导致送料板随翻转轴转动，接近传感器就能检测到送料装置由于翻转导致的位置变化，给出检测信号到装置的控制系统，控制系统接收到检测信号，做出相应的处置从而完成检测流程。

图10 检测针系统和接近传感器检测原理图

5 结论

由于光电传感器具有检测精度高、反应速度快（最高可达到微秒级）、非接触式等特点，非常适合用于检测集成电路引脚冲切过程中的各种异常情况。由于检测精度高，就可以检测到非常细微的产品缺陷；反应速度快，就可以确保在高速冲切的情况下也能稳定地检测；因为是非接触式检测，所以适合在线检测，并且可以避免检测过程中对产品造成的损伤。如果能根据实际情况合理选择传感器，并结合检测针等组成检测系统，就能有力地保障集成电路引脚冲切工序安全稳定的大规模量产。