集成电路元器件管脚成形方法及工艺分析

付小青，汪宗华

（铜陵文一三佳科技股份有限公司技术部，安徽铜陵 244000）

1 引言

在IC电路元器件生产过程中，其中一道工序是对封装后的电路元件的外引脚（管脚）进行中筋切除，并与引线框架的连接部分分离，然后把管脚弯曲成规定的形状，使电路元器件管脚符合在线路板上贴装或直插等装配要求。在本道工序中，有可能会出现胶体破损、管脚从胶体中被拉出漏铜、管脚擦伤堆锡、管脚成形不良以及管脚成形的凸凹模容易破损等诸多问题。这些问题有些是前道工序的问题在本道工序中体现出来，有些是由于元器件本身的管脚形状设计不合理，工艺性差导致的问题，还有些是模具设计不合理或相关零件材质选择不当造成的。本文从集成电路元器件的管脚形状设计开始，阐述有关管脚成形关键尺寸的意义、取值等，设计出工艺性良好的成形产品图，并比较两种成形方式（刚性成形和柔性夹弯成形）的优缺点，选择合理的，兼顾成本和品质的成形方式。

2 元器件管脚成形图的转化

在设计集成电路元器件成形工序的模具时，客户会事先提供一份该元器件的产品图。但在多年的实践中发现，客户提供的产品图来源多种多样，有测绘其他公司或现有产品做出的产品图，也有借鉴其他公司设计并修改部分尺寸和形状而形成的产品图，还有一些是客户按自己的理解而设计出的产品图纸。由于客户自身设计水平良莠不齐和对产品认知不足，有相当一部分产品图纸是不能直接用于实际生产设计使用的，需要模具设计厂家仔细分析，重新修改转化才可使用。下面对图1（修改前）和图2（修改后）进行对比，详细阐述如何设计一个可使用的，符合产品工艺性的图纸。

一般情况下，客户提供的是图1所示的图纸，产品的主要参数以图表的形式表达出来。需要从如下几个方面去检查图纸是否有问题和疏漏的地方：

图1 修改前产品图

图2 修改后产品图

（1）检查产品图的关键尺寸是否符合JEDEC 标准，因为通用电子元器件外形必须符合JEDEC标准才可以在市场上通用，对于不符合JEDEC标准的地方要和客户沟通，是否有特殊性要求。

（2）很多客户提供的产品图往往是不完整的，缺少细节部分的描述以及相关尺寸，但这些尺寸又是模具设计中必不可少的。要根据客户提供的塑封产品图和引线框架图把相关的尺寸补充进去。

（3）要对产品管脚的成形工艺性进行分析，客户提供的图纸中的管脚成形工艺有时会比较差，如果不做修改，产品很难成形或者良品率不高。这时就要按照工艺性要求对产品的管脚形状进行重新设计，既要满足关键尺寸要求，又要有良好的工艺性。

（4）对照技术协议补充一些必要的部分。

修改一：把原图1 中的数据以尺寸公差的形式表示出来，并补充试图和其他遗漏的尺寸（比如胶体的脱模斜度，上下胶体的厚度等）。

修改二：增加中筋切断部分的视图表示，电路元器件对中筋切断部分的突出是有要求的，原图纸对这个部分没有描述，“修改二”增加这一部分的详图和尺寸规格。

修改三：元器件管脚在封装工序后会有一道镀锡工序，镀锡以后的管脚尺寸会发生变化，这一部分要有详图来描述清楚，原图纸中没有这一项的描述。

修改四：增加冲切毛刺方向和大小，这是在元器件生产中必须控制的项目。

修改五：增加管脚成形形状的详细视图，添加成形尺寸，如角度、成形圆角等尺寸。

3 元器件成形管脚的工艺性分析

一般情况下，客户只会提供元器件的外形尺寸，以及管脚中与贴装有关的尺寸，其他细节部分需要模具生产厂家按照对管脚成形工艺性的理解给出合理的尺寸。下面参照实际生产中的图纸，对元器件管脚成形部分的尺寸进行解释并进行工艺性分析。

3.1 元器件管脚成形尺寸设计原则

（1）设计管脚成形形状时首先需要满足元器件的贴装要求（符合JEDEC标准）。

（2）设计管脚成形形状时要考虑到相关模具成形零件的强度问题。

（3）设计管脚成形形状时要考虑到管脚的成形方式，是采用刚性成形还是柔性夹弯成形，这两种成形方式对管脚形状的要求是有区别的。

（4）设计管脚成形形状时要在成形的工艺性和产品品质之间取得平衡，兼顾两方面的要求。

3.2 元器件管脚成形尺寸工艺性分析

如图3 所示成形管脚详细图，一个标注齐全的详图包括胶体的外形尺寸，管脚的形状尺寸，管脚的贴装尺寸等。下面对这些尺寸逐一归类分析：

图3 成形管脚图

（1）胶体的外形尺寸。包括尺寸②、③（胶体的长度尺寸）、尺寸④、⑥、⑦（上下胶体的厚度尺寸）以及尺寸⑨、⑩（胶体的圆角尺寸和脱模斜度尺寸）。这些尺寸是由封装工序产生的，虽然不是本道工序所控制的尺寸，但是在产品图中必须对其标注尺寸和公差，因为这些尺寸和成形工序所需要保证的尺寸是关联的，如下胶体尺寸⑦，如果误差不能控制在一个合理的范围内，那么管脚的站高尺寸⑧就没办法控制。

（2）管脚的外形尺寸①，贴装尺寸⑯，站高尺寸⑧，这3个尺寸是器件在电路板上的安装尺寸，由本道成形工序所产生。其中尺寸⑯由“GUAGE PLANE”所限制形成的尺寸，它保证器件能可靠的焊接在电路板上，不出现虚焊等问题。一般情况下，管脚的贴装尺寸⑯取值不小于3倍的条带厚度尺寸⑤，以保证良好的成形工艺性。站高尺寸⑧是保证器件贴装时管脚和电路板可靠的接触，不至于下胶体和电路板接触而导致焊接问题。每个产品对站高尺寸要求不同，一般取值在0.03mm～0.15mm。

（3）管脚成形圆角尺寸⑫、⑬，成形角度尺寸⑰、⑱，这4个尺寸很多时候客户是不标注的，或不完全标注，但这是影响产品品质和模具寿命的关键尺寸，需要设计人员综合考虑管脚成形的工艺性加以确定。虽然说成形圆角尺寸⑫、⑬能够取值大一些，成形时对管脚的损伤就会小，成形质量也会更好，但是由于尺寸空间的限制，有的时候必须取比较小的值，但一般情况下不能小于尺寸③（料片厚度）的70%。对于成形角度尺寸⑰、⑱来说，也是同样的道理，如果角度尺寸⑰取值太大，贴装尺寸⑯就很难保证，所以一般情况下角度尺寸⑰取值在0°～8°左右。尺寸⑱取值越大，产品管脚在成形时擦锡现象就越少，对产品品质的控制越有利，但是随着尺寸⑱的值增大，尺寸⑪就会越小，成形凹模的强度就会越差，有可能会发生成形凹模强度不足造成折断的情况。所以尺寸⑱是在保证成形零件强度的情况下尽可能的取大值，一般不小于5°。

4 管脚成形方式的选择

元器件的管脚成形有两种方式，一种是刚性成形，另外一种是柔性夹弯成形，如图4、图5所示。

图4 刚性成形

图5 柔性夹弯成形

这两种成形方式最主要的区别是：刚性成形时凸模的成形轨迹是一条直线，成形凸模在成形时会和产品的管脚产生相对位移；而柔性夹弯成形时凸模的轨迹是一条曲线，成形凸模在成形时和产品的管脚不会产生相对位移。这两种成形方式的优缺点如下：

（1）刚性成形方式。

a.刚性成形方式结构简单可靠，模具维护成本低。

b.模具成形工位紧凑，一次成形的产品数量多，生产效率高。

c.产品管脚的擦锡相对要厉害，比较容易产生堆锡现象。

d.管脚肩部有效支撑才能成形，在某些肩部不能设计支撑的情况下不能使用这种成形方式。

（2）柔性夹弯成形方式。

a.柔性夹弯成形方式结构复杂，模具制造、维护成本高。

b.因为结构复杂，模具成形工位需要分开布置，一次成形产品数量少，生产效率比刚性成形要低。

c.产品管脚的擦锡很少，成形品质好。

d.能够适应各种成形形状，在管脚肩部不能设计支撑的情况下依然能够有效成形。

综上所述，在能够满足产品生产要求的情况下，考虑到成本和效率因素，应该优先选用刚性成形工艺。只有在刚性成形不能满足产品的品质要求或者刚性成形不能成形产品时，才选用柔性夹弯成形工艺。

5 结束语

集成电路元器件的管脚成形是器件生产中的关键工序，在实际生产中会遇到各种各样的问题。如何设计一个合理的，工艺性良好的器件成形产品图是其中的关键。本文结合实际生产中遇到的问题，从转化客户的产品图开始，详细分析了产品图中各项关键尺寸的意义、取值，以及对产品采用何种成形方式等，有利于帮助读者设计出符合实际生产要求的产品图纸，从设计源头开始尽力避免生产中可能出现的问题。