FPM-500集成电路引线成形设备功能开发方案报告20161021

1、王玉龙王玉龙二二0 0一六年十月一六年十月FP-500集成电路成形设备功能开发方案2016/10/21提纲提纲1 1 项目研究的意义项目研究的意义2 2 国内外发展现状国内外发展现状3 3 研究内容及方案研究内容及方案4 4 现有技术基础现有技术基础5 5 进度及经费概算进度及经费概算1项目研究意义项目研究意义1 1 封装级封装级-组装级过渡组装级过渡直引线直引线Trim and form与焊盘匹配的组装件与焊盘匹配的组装件集成电路引线成形原本应是集成电集成电路引线成形原本应是集成电路封装的后道工序，但事实上越来路封装的后道工序，但事实上越来越多的未经过引线成形的集成电路越多的未经过引线成形的

2、集成电路进入到用户手中进入到用户手中 形引脚形引脚近年来工艺难题！近年来工艺难题！（1 1）高端器件大多配有适配器，设计者可根据实际需求）高端器件大多配有适配器，设计者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在不进行焊接的前提下进行程序烧录和模拟仿真等试验（2 2）国外追求对元器件制造的一种附加值，利益嫁接）国外追求对元器件制造的一种附加值，利益嫁接（3 3）可能是符合国外集成电路制作过程，国外已经成熟）可能是符合国外集成电路制作过程，国外已经成熟（4 4）在）在PCBPCB设计过程中留有较大的选择空间设计过程中留有较大的选择空间 （5 5）经销商手中取货，无法对器件封装

3、提要求）经销商手中取货，无法对器件封装提要求（6 6）周转、运输、包装、检验、测试等问题）周转、运输、包装、检验、测试等问题2 2 国内需求剧增，工艺难度大国内需求剧增，工艺难度大0500100015002000250030002011 2012 2013 2014 2015 201620112011年年20162016年成形数据年成形数据统计统计总计大于：总计大于：60006000片片q 国内几家具备工艺能力国内几家具备工艺能力q 单片成形费用单片成形费用20002000元元/ /片片q 缺乏工艺内涵缺乏工艺内涵q 单片价值高，心里压力大单片价值高，心里压力大序号序号子系统名称子系统名称组件

4、名称组件名称器件型号器件型号封装封装数数 量（单板）量（单板）数量数量1成像子系统焦面CCD信号板SNJ55LVDS32翼型、中部出线4602SNJ55LVDS31翼型、中部出线2303ISL7457SRHVF翼型、底部出线4604UT54AC164245翼型、底部出线230554AC04（RHFAC04K01V）翼型、底部出线284206OM7560QFP、底部出线243607TLK2711HFGQFP、顶部出线81208焦面CMOS板SNJLVDS31翼型、中部出线249SNJLVDS32翼型、中部出线3610TLK2711HFGQFP、顶部出线2411相机控制器控制板SNJ55LVDS3

5、1翼型、中部出线112212SNJ55LVDS32翼型、中部出线61213JSR26C32W-S翼型、底部出线2414JSR26C31W-S翼型、底部出线1215SNJLVTH1622451216AT7910EQFP、顶部出线1217RHRAC164245K01翼型、中部出线81618A54SX72A-1CQ208BQFP、顶部出线1219次镜及调焦单元板JSR26C32W-S翼型、底部出线1420JSR26C31W-S翼型、底部出线1421RHFAC273D01V(5962F98775601)翼型、底部出线2822相机配电器时钟板SNJ55LVDS31W翼型、中部出线2040SNJ55LVD

6、S32W翼型、中部出线12A54SX72A-1CQ208BQFP、顶部出线122324成像控制板SNJ55LVDS32W翼型、中部出线108025RHRAC164245K01V翼型、中部出线21626SNJ55LVDS31W翼型、中部出线108027A54SX72A-1CQ208BQFP、顶部出线21628B54AC02RHF21629B54AC00RHF2163014403 3 引线成形的主要工艺难点引线成形的主要工艺难点q 芯片与焊盘的匹配性芯片与焊盘的匹配性q 站高、肩宽、焊接面长度站高、肩宽、焊接面长度q 控制精度为：控制精度为：0.01mm0.01mmq 合适的工艺窗口合适的工艺窗口

7、q 若非标焊盘设计则工艺窗口变小若非标焊盘设计则工艺窗口变小4 4 现有设备描述现有设备描述国内较早开展成形工艺国内较早开展成形工艺研究单位，前期只能立研究单位，前期只能立足于手工成形，解决有足于手工成形，解决有无的问题无的问题（一）手工成形（一）手工成形 针对非标设计针对非标设计 没有专用的成形设备没有专用的成形设备 针对专用芯片针对专用芯片 要求有操作经验的人进行要求有操作经验的人进行 优点是成形的灵活性较大、成形周期短，现有的工艺设备能够达到优点是成形的灵活性较大、成形周期短，现有的工艺设备能够达到 其缺点是成形的一致性差，工作效率低，工艺上不易控制其缺点是成形的一致性差，工作效率低，工

8、艺上不易控制 成形实例成形实例q 以以OM7560OM7560成形为例成形为例q上模具、下模具，带锁紧上模具、下模具，带锁紧q 要控制肩宽，防止器件受损要控制肩宽，防止器件受损q 手工剪脚手工剪脚q 手工整形手工整形（二）（二）FP-500FP-500成形设备成形设备（1 1）结构结构特点）结构结构特点“Manix FP”SMT芯片引脚成形系统是美芯片引脚成形系统是美国国Manix公司生产的专用成形设备，由公司生产的专用成形设备，由成成形模压机形模压机（分为手动和启动两种）和（分为手动和启动两种）和成形成形模具模具组成组成成形机成形机气缸组件气缸组件成形组件成形组件切割组件切割组件芯片载具芯片

9、载具软件软件+ +外防护罩外防护罩锁紧螺钉锁紧螺钉外防护罩外防护罩移动机构移动机构紧固落星紧固落星芯片安装芯片安装为位置为位置芯片引脚芯片引脚支撑支撑（2 2）参数性能）参数性能q千分尺调整千分尺调整q 精确到：精确到：0.0254mm0.0254mmq 引脚厚度：引脚厚度：0.26mm0.26mmq R R角：角：0.39mm0.39mm序号序号关键工艺参数关键工艺参数指标指标1A：本体尺寸范围5.10mm60.3mm2B：肩宽1.0mm9.5mm3C：焊接面长度1.0mm9mm4D:站高0mm9.05mm5F：引线厚度0.26（3 3）设备的局限性及缺点）设备的局限性及缺点设备的一次操作需

10、要设备的一次操作需要2个工序，分别是引脚成形和管腿剪切，只能完成芯片单面引脚的个工序，分别是引脚成形和管腿剪切，只能完成芯片单面引脚的成形，对于四面扁平封装器件，需要重复操作成形，对于四面扁平封装器件，需要重复操作4次，共次，共8个工序，成形效率较低。对于批个工序，成形效率较低。对于批量产品而言，成形效率低的问题更为突出量产品而言，成形效率低的问题更为突出对于四面封装元器件而言，每侧成形的引脚回弹存在一定的差异性，因此造成部分引脚共对于四面封装元器件而言，每侧成形的引脚回弹存在一定的差异性，因此造成部分引脚共面度不好，这时往往需要手工校形来解决。面度不好，这时往往需要手工校形来解决。p 肩宽尺

11、寸设置范围不够，不能兼顾肩宽尺寸设置范围不够，不能兼顾现阶段常用器件，现有设备：肩宽尺现阶段常用器件，现有设备：肩宽尺寸最小为寸最小为1mm，但实际应用过程中肩，但实际应用过程中肩宽控制尺寸最小达到宽控制尺寸最小达到0.5mm，现有的，现有的成形模具不满足部分器件的成形需求。成形模具不满足部分器件的成形需求。p 成形厚度的局限性成形厚度的局限性成形机对器件的要求：器件引脚厚度不得超过成形机对器件的要求：器件引脚厚度不得超过0.26mm0.26mm，否，否则将对器件引脚造成物理性损伤。则将对器件引脚造成物理性损伤。p 成形参数（肩宽、站高、引脚长度）数据计算量大成形参数（肩宽、站高、引脚长度）数

12、据计算量大p 且容易出错，需要另一名操作人员来核对且容易出错，需要另一名操作人员来核对p 而且参数的记录为纸质，不方便后期查询、调用和统计而且参数的记录为纸质，不方便后期查询、调用和统计p 芯片成形完成后，按照产品要求需要拍照记录，现阶段的操作方芯片成形完成后，按照产品要求需要拍照记录，现阶段的操作方式是通过常规相机拍照，后期电脑导入处理，增加了后期数据处理的式是通过常规相机拍照，后期电脑导入处理，增加了后期数据处理的工作量。工作量。（1 1）确定千分尺调节量；（）确定千分尺调节量；（2 2）确）确认成形后的元器件引脚是否与焊认成形后的元器件引脚是否与焊盘相匹配；（盘相匹配；（3 3）趾跟和趾

13、尖是否）趾跟和趾尖是否有润湿角。有润湿角。q 器件成形后尺寸器件成形后尺寸( (L)L)尺寸尺寸L L应至少大于焊盘跨度应至少大于焊盘跨度0.5mm0.5mm以上以上q 肩宽肩宽（A+RA+R）M(A)M(A)为模具尺寸，为模具尺寸，X(A)X(A)为千分尺调整量为千分尺调整量q 站高站高（D+MD+M）MM为本体站高，为本体站高，X(D)X(D)为千分尺调整量为千分尺调整量q 焊接面长度焊接面长度（B+RB+R）MM（B B）模具厚度）模具厚度，X(B)X(B) 千分尺调整量千分尺调整量5 5 功能开发后能够解决的具体科功能开发后能够解决的具体科研问题及意义研问题及意义序号序号该改造内容及拟

14、解决的具体问题该改造内容及拟解决的具体问题1 1利用原有设备的气动平台和控制系统，设计加工利用原有设备的气动平台和控制系统，设计加工1套套3套固套固定式成形模具，设计加工后的成形模具可按照原有设备的安定式成形模具，设计加工后的成形模具可按照原有设备的安装结构尺寸进行安装，解决大批量器件成形需求装结构尺寸进行安装，解决大批量器件成形需求2 2在原有单边可调双工位基础上，增加在原有单边可调双工位基础上，增加12块成形模具，该成块成形模具，该成形模具能够适应形模具能够适应0.26mm0.31mm引脚厚度的成形需求，拓引脚厚度的成形需求，拓宽成形器件的种类，宽成形器件的种类，解决厚引脚成形问题解决厚引

15、脚成形问题3 3在原有单边可调双工位基础上，设计加工在原有单边可调双工位基础上，设计加工1 1套肩宽控制模块，套肩宽控制模块，解决窄肩宽成形问题解决窄肩宽成形问题4 4增加成形机参数计算软件和自动拍照存档系统，解决成形尺增加成形机参数计算软件和自动拍照存档系统，解决成形尺寸复合辅算带来的计算误差及人工拍照效率低下问题寸复合辅算带来的计算误差及人工拍照效率低下问题5 5增加共面度检查及引脚修调装置，提高产品可靠性增加共面度检查及引脚修调装置，提高产品可靠性5 5 预期成果及应用领域预期成果及应用领域固定式（站高可调）成形模具及其相关的软硬件系统是在固定式（站高可调）成形模具及其相关的软硬件系统是

16、在原有单边可调双工位成形系统的基础上进行功能开发的，原有单边可调双工位成形系统的基础上进行功能开发的，设备功能开发后主要应用于航天产品电子学组件中大规模设备功能开发后主要应用于航天产品电子学组件中大规模集成电路引线成形，预期设计加工集成电路引线成形，预期设计加工2 2套套3 3套成形模具，是套成形模具，是对原有成形设备功能性及关键工艺参数的补充、对原有成形设备功能性及关键工艺参数的补充、扩大待成扩大待成形器件的种类和工艺窗口形器件的种类和工艺窗口，降低工艺实施的难度和不确定降低工艺实施的难度和不确定性，并将大幅度提高产品可靠性，保证产品质量性，并将大幅度提高产品可靠性，保证产品质量。成形参。成

17、形参数计算软件和自动拍照记录系统的开发，将扩展成形机的数计算软件和自动拍照记录系统的开发，将扩展成形机的功能，功能，提高成形机的易用性，降低对操作人员的依赖性提高成形机的易用性，降低对操作人员的依赖性2国内外研究现状国内外研究现状（1 1 ）各科研院所、航天集团等单位在工艺上不断寻）各科研院所、航天集团等单位在工艺上不断寻求和探索相关的解决办法，其绝大多数都是求和探索相关的解决办法，其绝大多数都是自制工自制工装、模具装、模具，加之操作者多年的实践经验，能够在短，加之操作者多年的实践经验，能够在短期内解决集成电路引线成形的实际需求期内解决集成电路引线成形的实际需求（2 2）成形后的器件在高可靠性

18、产品中承受住了各种）成形后的器件在高可靠性产品中承受住了各种环境应力的试验条件，能够满足产品可靠性要求环境应力的试验条件，能够满足产品可靠性要求（3 3）但从成形工艺的角度看，）但从成形工艺的角度看，一致性差、共面度不一致性差、共面度不好、成形效率极其低下好、成形效率极其低下，工装模具的适应性窄，在，工装模具的适应性窄，在批量条件下显得无能为力。批量条件下显得无能为力。（4 4）除国内集成电路专业生产厂家具备引线成形能力外）除国内集成电路专业生产厂家具备引线成形能力外（集成电路封装工序之一），还没有发现任何单位能够生（集成电路封装工序之一），还没有发现任何单位能够生产该类的成形设备（即使有，也

19、没有形成产业化），其主产该类的成形设备（即使有，也没有形成产业化），其主要精力放在了轴向、径向分立器件的成形上要精力放在了轴向、径向分立器件的成形上（5 5）相比之下，国外在单机引线成形方面起步较早，在工）相比之下，国外在单机引线成形方面起步较早，在工艺技术上较为成熟，该类设备近年来已经进入中国市场，艺技术上较为成熟，该类设备近年来已经进入中国市场，比较典型的是美国比较典型的是美国FancortFancort公司、公司、ManixManix公司生产的成形设备公司生产的成形设备3研究内容及方案研究内容及方案1 1、主要目标、主要目标2 2、技术路线及方案、技术路线及方案一、固定式成形模具组合体一

20、、固定式成形模具组合体肩宽控制模块成形模块MB集成电路a.成形示意图焊接面长度控制模块MC切角模块a.切角示意图结构组成结构组成1、由上模具和下模具组成（凸模和凹模）2、上模具组：肩宽控制模块+顶部成形模块+切脚模块+上安装平台+预应力弹簧等组成3、下模具组：站高控制模块+底部砧板+高度调节千分尺组件+结构安装组件。准备准备加紧肩宽加紧肩宽下压成形下压成形切脚切脚R R角控制角控制stEtErR3IPC:IPC:当引线厚度小于当引线厚度小于0.8mm0.8mm时，最小引线弯曲时，最小引线弯曲半径为引线厚度的半径为引线厚度的1 1倍；当引线厚度（或直径）倍；当引线厚度（或直径）大于大于0.8mm

21、0.8mm时，最小引线弯曲半径为引线厚度时，最小引线弯曲半径为引线厚度的的1.51.52 2倍倍相应模具位置进行倒角处理；经验值：相应模具位置进行倒角处理；经验值：0.3-0.4弯曲力测算弯曲力测算218 . 03 . 0FFtrKbtFFb224 . 12上模下行，引线发生自由弯曲，引上模下行，引线发生自由弯曲，引线自由弯曲过程包含线自由弯曲过程包含2个个U形弯曲，形弯曲，所需自由弯曲力为所需自由弯曲力为压料力压料力设F为弯曲件压料力；F2为自由弯曲力；F为U形自由弯曲力；K为安全系数，一般取K1.30；b为材料的强度极限；b为弯曲件的宽度；t为弯曲材料的厚度；r为弯曲件的内弯曲半径；F3为

22、切料力；F4为校正弯曲力；A为校正部分的垂直投影面积；P为单位面积上的校正力； 为引线数目；F校为校正弯曲力实际工作中：根据试验确定弹簧的设计值实际工作中：根据试验确定弹簧的设计值kxF 模具间隙量模具间隙量根据引脚厚度确定：根据引脚厚度确定：N+0.01N+0.01材料选择材料选择高强度工具钢高强度工具钢站高控制站高控制即成形后元器件本体与安装面间的距离，其间距最小为0.5mm，最大距离为1mm。在元器件引线成形过程中，提供一定尺寸的站高是非常必要的，其主要原因也是考虑到应力释放的问题，避免元器件本体与PCB表面间形成硬接触后而造成应力无释放空间，进而损伤器件。另一方面，在三防、灌封过程中，

23、三防漆及灌封胶能够有效浸入芯片本体底部，固化后将有效提高芯片对PCB的附着强度，增强抗振效果二、厚引脚成形模具加工二、厚引脚成形模具加工我所我所XXXX项目：项目：LM98640LM98640，单板，单板4 4片，共计片，共计6060片，引脚厚度：片，引脚厚度：0.310.31，原有模具，原有模具0.260.26共面度检查与修调工装搭建共面度检查与修调工装搭建（1）器件引脚的四个方向检查，需通过）器件引脚的四个方向检查，需通过手工调整，工作效率低下，并可能对引脚手工调整，工作效率低下，并可能对引脚形成二次应力变形。形成二次应力变形。（2）标准要求共面度为）标准要求共面度为0.1mm，由于视，由

24、于视觉角度的限制，观测难度较大，并容易形觉角度的限制，观测难度较大，并容易形成盲点成盲点三、共面度检测及引脚修调三、共面度检测及引脚修调四、计算机软件及监视系统四、计算机软件及监视系统关键尺寸量关键尺寸量取正确性取正确性焊盘可制焊盘可制造性造性确定三个确定三个工艺参数工艺参数千分尺调千分尺调节量节量判读焊盘判读焊盘匹配性匹配性采用微距相机对成形关键位置进行实施监控，对成形后的器采用微距相机对成形关键位置进行实施监控，对成形后的器件进行拍照，配有自动调焦和照明辅助系统，确保照片的清件进行拍照，配有自动调焦和照明辅助系统，确保照片的清晰度。系统将自动完成拍照和存储晰度。系统将自动完成拍照和存储3

25、3、技术难点、技术难点序号序号技术难点技术难点描述描述1引线压紧应力控制引线压紧应力控制扁平封装集成电路的引线压紧，即上下模合并，上模压力与弹簧预紧力同时对引线作用的过程，这种作用过程容易对器件引脚造成过应力，因此在设计制造过程中，应对弹簧的预应力及上模下压力进行充分的试验验证，具体的解决办法是：设计加工多种弹簧，并通过预应力测试进行筛选2组件加工间隙配合和加组件加工间隙配合和加工精度工精度模具制造材料选用高强度工具钢、模具组件间紧配合安装，制造加工及装调过程复杂，因此在加工过程使用数控加工中心，进行粗、精加工，确保模具组件的加工质量3ARM控制板的编程技术控制板的编程技术本项目中成形参数计算

26、软件的编制和自动拍照记录系统均是基于ARM控制板实现的，该控制板具有处理能力强、扩展方便等优点。基于ARM的软件编程，涉及到图形界面、执行机构控制、图像处理等，对编程水平要求较高。解决方案是：采用当前较为主流且开发资料较多的ARM控制器，购买成熟开发板，依据开发人员技术基础选择操作系统和开发平台4 4、创新点、创新点序号序号创新点创新点1利用原有设备的气动平台，针对我所器件使用量较大、器件安装精度高等特点，设计、加工固定式成形模具，模具使用模块化设计，便于进行安装和调试，模具开发后能够对共面度进行有效控制，保证批量产品成形的一致性，大幅度提高工作效率，通过对肩宽尺寸进行调整（下限达到0.5mm

27、），弥补了原有设备在肩宽控制方面的不足；2增加厚引脚成形模具，模具设计加工完成后，不改变原有成形设备的状态，只需更换模具组件即可实现成形需求3固定式成形模具与可调式成形模具配合使用，可兼顾多品种、小批量、变批量及大批量成形等多装工况4增加辅助电子学软件、硬件，提高成形尺寸的复合辅算精准度和数据记录的便宜性，4现有技术基础现有技术基础内部基础：内部基础：电装工艺中心在集成电路引线成形方面已经进行了电装工艺中心在集成电路引线成形方面已经进行了多年的工艺研究，在专用设备进入中国市场前，已经开展了对多年的工艺研究，在专用设备进入中国市场前，已经开展了对于大规模集成电路引线成形的手工成形模具的设计开发工

28、作，于大规模集成电路引线成形的手工成形模具的设计开发工作，期间发表论文期间发表论文1 1篇、申请发明专利一项，因此在成形模具的设篇、申请发明专利一项，因此在成形模具的设计方面积累了较为丰富的经验。电装中心具有一支通用产品和计方面积累了较为丰富的经验。电装中心具有一支通用产品和电装工装工具的研发队伍，专业领域涵盖机械、电子、软件、电装工装工具的研发队伍，专业领域涵盖机械、电子、软件、电装工艺等，具有多款产品开发经验。中心目前拥有一台电装工艺等，具有多款产品开发经验。中心目前拥有一台FP-FP-500M500M成形设备，能够提供气动安装和调试平台，模具设计后能成形设备，能够提供气动安装和调试平台，

29、模具设计后能够与其进行良好的兼容。够与其进行良好的兼容。 外部条件：外部条件：原有设备在国内有代理商，在设备成形模具方面原有设备在国内有代理商，在设备成形模具方面能够提供一定的技术支持。能够提供一定的技术支持。协作方式：该系统采取自行研制，模具加工需要外协5进度及经费进度及经费序号序号类别类别节点节点1前期工作调研、技术沟通2016年8月2016年10月2项目的可行性方案论证2016年11月2017年3月3模具设计2017年4月2017年6月4模具加工2017年7月2017年11月5成形参数计算软件编制2017年4月2017年10月6监视系统设计、加工2017年4月2018年3月7系统安装、调试2017年11月2018年3月8系统集成、开展相关的工艺实验和