QFP器件引脚成形参数理解和计算方法.doc

文档名称基于模具的QFP器件引脚成形参数理解和计算方法研究陈祖豪 （中国电子科技集团公司第三十二研究所，上海） 摘要：QFP器件由于其高可靠性的优势已经广泛应用于航空、航天和其他军事领域，高端的QFP器件引脚都是没有经过成形的直脚，在将QFP器件焊接到PCB上之前，需对被焊接的器件进行引脚成形，而引脚成形工艺参数对产品的可靠性起着至关重要的作用。本文主要论述了QFP等封装形式的器件引脚成形工艺参数和计算方法，并给出了通过双工位可调式成形模具对QFP等封装形式的器件引脚进行成形的计算实例。关键词：QFP 引脚成形 肩宽 站高 Research on the calculation method and understanding of pin forming parameters of QFP chip based on dieCHEN Zu-hao （THE 32ND RESEARCH INSTITUTE OF CHINA ELECTRONICS TECHNOLOGY GROUP CORPORATION，SHANGHAI）Abstract：QFP devices have been widely used in aviation, aerospace and other military fields because of their high reliability. High level QFP pins are all straight feet without forming. Before the QFP devices are welded to the PCB, the device pins need to be formed. The process parameters of the pins forming have a very important effect on the reliability of the product. This paper mainly discusses the process of parameters and the calculation method of pin forming , such as QFP and so on. An example of forming a QFP pins through a dual position adjustable forming die is given.Keywords：QFP pins forming body length stand off一、引言QFP器件由于其高可靠性的优势已经广泛应用于航空、航天和其他军事领域，在实际使用中，高端的QFP器件一般都配有适配器，电路设计师可根据实际需求在不进行焊接的前提下进行程序烧录和模拟仿真等试验工作；其次，该类芯片的出现给设计师在PCB设计过程中留有较大的选择空间。高端的QFP器件引脚都是没有经过成形的直脚，因此在将QFP器件焊接到PCB上之前，需对被焊接的器件进行引脚成形（见图1），而引脚成形工艺对产品的可靠性起着至关重要的作用，本文主要论述了QFP等封装形式的器件引脚成形工艺参数和计算方法，并给出了通过双工位可调式成形模具对QFP等封装形式的器件引脚进行成形的计算实例。图1 QFP器件引脚成形前后示意图二、成形参数理解1QFP器件引脚成形参数与QFP器件引脚成形相关的尺寸（见图2）图2 QFP器件引脚成形相关尺寸示意图图中：A芯片本体尺寸；B肩宽，指芯片边缘到引脚第一个弯角的距离；C搭接长度，指成形后引脚平面在印制线路板上接触部分的长度；D站高，成形后引脚底平面到芯片底部的距离；F芯片引脚厚度；H引脚出线位置到芯片底部的距离；R引脚折弯半径。肩宽B、站高D和引脚搭接长度C这三个尺寸被称为QFP器件引脚成形主要参数尺寸，分别根据印制板焊盘尺寸、QFP器件结构尺寸和航天标准QJ 3171-2003航天电子电气产品成形技术要求的规定计算确定。其中引脚搭接长度C按照航天标准QJ 3171-2003航天电子电气产品成形技术要求4.1.1.2规定：扁平引线搭接在焊盘上的长度，最小为3倍引线的宽度，最大为5倍引线的宽度，引线剪切后的端面离焊盘边缘至少为0.25 mm。在扁平引线宽度小于0.50 mm时，扁平引线的搭接长度不应小于1.25 mm，根据经验引脚搭接长度C一般取值1.25mm3mm。站高D的尺寸按航天标准QJ 3171-2003航天电子电气产品成形技术要求4.4.1 规定：弯曲过程应使器件两边引线基本对称，器件本体与印制电路板表面之间基本平行，器件本体与印制电路板表面之间的间距H 最小值为0.5mm，最大值为1mm。元器件本体下面没有印制导线时，元器件可以按贴板安装方式成形引线，但为了保证芯片焊接后引脚具有应力释放的空间，不建议采用贴板安装的形式，因此站高D一般取值0.5mm1mm。2双工位可调式成形模具成形参数模具成形因其成形尺寸一致性好、控制精度高和成形效率高等诸多优点成为目前QFP器件引脚成形的首选工艺。双工位可调式成形模具由于其肩宽、站高和切脚长度可调，故而应用范用较广，是目前本单位首选的成形模具（见图3）。图3 双工位可调式成型模具肩宽B、站高D和引脚搭接长度C的尺寸主要通过图中的三个数字千分尺分别调节控制。QFP器件在成形工位1的模具中一次完成引脚肩宽B和站高D的成形，再将器件移到成形工位2的模具中完成引脚搭接长度C的剪切。由于模具结构形式的限制，三个数字千分尺显示的肩宽b、站高d和引脚搭接长度c的值与成形后芯片上的实际肩宽B、站高D和引脚搭接长度C的尺寸值是不一致的，因此需要根据印制板焊盘尺寸、QFP器件结构尺寸、航天标准QJ 3171-2003航天电子电气产品成形技术要求的规定和模具结构尺寸计算得到三个数字千分尺所需调节的肩宽b、站高d和引脚搭接长度c的尺寸值，具体的相互关系见图4所示。图4 三个数字千分尺的肩宽b、站高d和引脚搭接长度c的尺寸示意图三、成形参数计算方法研究根据图4的尺寸相互关系，可以知道三个数字千分尺的肩宽b、站高d和引脚搭接长度c的值分别由下列公式计算得到：(1)芯片肩宽（B）=(Z-A)/2-C-R-F （R、F分别表示引脚折弯半径、芯片引脚厚度，见图2示意图）(2) 千分尺调节的肩宽b=B-1(3) 千分尺调节的站高d= D+H(4) 千分尺调节的引脚搭接长度c= C+R+F-1.2当需要成形的芯片上总长尺寸Z确定后，肩宽B和引脚搭接长度C的尺寸值有联动性的，单靠心算或笔算非常不方便，因此可以采用电子表格的自动计算功能，将上述公式按表1的形式方便的计算出三个数字千分尺所需的数值；站高D没有关联性，直接计算即可。表1 芯片引脚成形参数计算表芯片引脚成形参数计算表芯片成形尺寸数值（mm)计算公式说明成形后总长(Z)36根据PCB焊盘确定焊盘尺寸35测量值芯片本体宽度（A）28测量值引脚焊接面长度（C)1.25按标准要求成形半径（R）0.3模具确定值引脚厚度（F）0.16测量值器件引脚面高度（H）2.6测量值成形后站高，本体与PCB间隙（D）0.5按标准要求肩宽（B）2.29(Z-A)/2-C-R-F肩宽b千分尺输入值：1.29B-11为下模尺寸站高d千分尺输入值：3.1D+H焊接面长度c千分尺输入值：0.51C+R+F-1.212为下模尺寸四、实例在某型号产品的控制与驱动组件中有多种QFP封装器件的引脚需要进行成形后才能焊接到印制线路板上，按设计和工艺文件的要求，成形时元器件本体到印制板的最小距离至少应为引线直径的二倍，但不得小于0.75 mm。引线弯曲成形应由专用工具或专用工艺装备完成，以减小应力对元器件的影响。成形过程中不应使元器件产生本体破裂，密封损坏或开裂，也不应使引线产生刻痕或损伤；元器件引线成型后尺寸小于印制电路板安装焊盘尺寸单边0.5mm，以保证焊接可靠性。现以其中一种QFP器件为例：器件本体尺寸（A）：37mm，焊盘尺寸：45.7mm，器件引脚面高度（H）：2.5mm；根据设计要求取成形后站高，即器件本体与PCB间隙（D）：0.8mm。按表1的内容，采用Excel电子表格形式，在相应的单元格内加入计算公式进行自动计算，可以快捷、方便、准确的计算出三个数字千分尺所需的数值（见表2）；表2 芯片成型参数自动计算表芯片成型参数自动计算表芯片成型尺寸数值（mm)成形后总长(Z)44.7焊盘尺寸45.7芯片本体宽度（A）37引脚焊接面长度（C)1.55成形半径（R）0.3引脚厚度（F）0.2器件引脚面高度（H）2.5成形后站高，本体与PCB间隙（D）0.8肩宽（B）1.8肩宽千分尺输入值：0.8站高千分尺输入值：3.3焊接面长度千分尺输入值：0.85根据计算所得数值，在双工位可调式成型模具上实际加工成形了多个相应的QFP器件，尺寸准确，满足焊接工艺要求，质量稳定可靠，在产品上经受了严酷、恶劣的温度和力学环境试验条件的考验，工作正常，满足使用要求。温度和力学环境试验条件如下所列：1. 温度循环试验：高温为60，低温为-25，升降温达到温度后保温1.5小时，每个循环4小时，共做4个循环；2. 加速度试验：加速度值9g，沿产品X、Y、Z轴方向，保持时间5分钟。3. 冲击试验：按表3条件，沿产品X、Y、Z轴方向，每个轴向1次。表3 冲击试验鉴定条件试验条件频率（Hz）冲击谱加速度（g）100400+6dB/oct4004000400g试验次数1次/轴向4. 正弦振动试验：按表4条件，沿产品X、Y、Z轴方向，扫描速率每分钟4 倍频程，单个循环。 表4 正弦振动试验条件垂直安装面方向平行安装面方向频率(Hz)量级(o-p)频率(Hz)量级(o-p)正弦51710.3mm51410.1mm171008g141005g5. 随机振动试验：按表5条件，沿产品X、Y、Z轴方向，每个轴向1分钟。表5 随机振动试验条件垂直安装面方向平行安装面方向频率(Hz)量级频率(Hz)量级随机10200+6dB/Oct10200+6dB/Oct20015000.064g2/Hz20015000.04g2/Hz15002000-12dB/Oct15002000-12dB/Oct总均方根加速度10.2g总均方根加速度8.1g五、结束语本文是在我所引进新设备、新工艺的过程中，针对QFP器件引脚成形的实际问题而提出的，由于QFP器件引脚成形的质量直接影响产品的可靠性，近年来已经成为生产部门关注的焦点，并列为关键工艺过程。本文是针对我所产品的实际特点和我们在实际工作中积累的经验总结，带有一定的片面性，希望能够为采用双工位