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DFN无引脚类封装产品的冲切分离技术 |
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作者：铜陵市三佳山田科技有限公司 贡喜 付小青 来源：中国机械与金属 |
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封装产品的发展演变
集成电路封装（IC封装）已经走过40多年的历史。集成电路封装不仅直接影响集成电路和器件的电、热、光和机械性能，而且对集成电路技术的发展起着至关重要的作用。对于集成电路技术来说，无论是其特征尺寸，芯片面积和芯片包含的晶体管数，还是其发展轨迹和IC封装，发展主流都是芯片规模越大面积减小，封装体积越来越小，功能越来越强，信号不断增强，厚度变薄，引线间距不断缩小，引线也越来越多，并从两侧引脚到四周引脚，再到底面引脚，封装成本越来越低，性能和可靠性越来越高，单位封装体积、面积上的IC密度越来越高、线宽越来越细，并由单芯片封装向多芯片封装方向发展。
新型DFN类无引脚产品
DFN类产品就是在这种发展背景下，应运而生的新型无引脚类产品的典范。DFN（Dual Flat NO leads）是扁平无引线封装技术的简称，是表面贴装技术的一种。DFN产品是单面封装的，只有一面有塑封体。它可以直接安装到电路板上而无需在电路板上打孔。相对于SOP/QFP/BGA等表面贴装形式，DFN是一种更接近于芯片尺度的封装技术，封装尺寸更小。它外露的铜基岛可以用来散发热量，其热传递效果要远远好于VIA（Vertical Interconnect Access）方式。DFN产品可用于电信、蜂窝电话、光纤交换机的网络设备、笔记本电脑和枱式电脑、计算机外围设备、视频/多媒体装置、工业仪表、安全监控设备、包括数码照相机、MP3 播放器在内的高端消费类产品、复杂医疗设备、汽车用电子设备、工厂自动化、过程控制、军事和航天系统等领域。
DFN类产品冲切分离工艺分析
如图DFN3×3产品外形尺寸，外引脚只有0.127mm长，由于DFN产品的安装引脚尺寸过小，导致其在电路板上焊接装配比较困难。对于冲切型DFN产品来说，因为是单面封装，后道工序没有后固化，框架上的废塑都是羽毛状的，经过高压水都不能完全清除，这就需要在模具上有去除废塑的功能，如何把高压水都不能清除的塑料处理掉是一个重要的环节；DFN产品是直接贴装在PCB基板上的，这要求产品在贴装焊接过程中，贴装面的引脚是不能有任何毛刺出现的，否则会导致焊接不良或出现虚焊现象。
DFN3×3产品图
归纳起来，此类产品的技术难题有：如何清除没有固化的废塑；如何保证单面封装在冲切过程中出现的撕裂分层现象；如何在反向冲切的情况下控制毛刺，满足贴装要求；DFN产品很小，而且是单面封装，比较轻，如何保证可靠落入收料箱，不被凸模粘上带出。
胶体四周废塑示意图
DFN类产品模具工序排布
根据DFN产品的来料状态，我们先需要设计一幅去除浇口和齿窗废塑的模具，满足后工序的分离成型要求。因此整个流程需要两副模具。
总体排布方案图如下：
冲塑模具排布图
第一副模具（冲塑模具）
I 冲浇口工序：去除胶体两端的浇口废塑；
II 冲齿窗废塑塑工序：去除引脚间的废塑；
III 气吹工序：将前两道工序遗留下的粉状废塑进行上吹下抽真空处理。
条带从第一副模具出来后进行高压水冲洗，然后再电镀处理，这样就可以保证产品表面及管脚的清洁无废渣废塑。
第二副模具：（切断分离模具）
1、预切工序：将塑封体两端的连筋tiebar压个“V”型缺口即预分离（因为产品是单面封装，预防下一步切断时胶体分层开裂）。
2、切断工序：将塑封体两端的连筋tiebar切断。
3、气吹工序：清理条带和产品表面，保证产品的清洁。
4、分离成型工序：将产品与框架分离，达到产品图要求。
切断分离模具排布图
冲切凸模的设计
因为电子产品的贴装面不允许有毛刺，根据常规的设计理念产品胶体必须朝上进行冲切，该设计如上图所示，按照DFN3×3产品外形尺寸是3×3.2来计算，凸模的宽度尺寸是产品的成型尺寸，即两倍冲裁间隙（E）。
W=B -2×T×5%=3.18
常规刃口设计示意图
如上图计算出凸模头部W1尺寸，深度H尺寸
W1 =（W-A-D×2）/2 =0.06
H=C+0.1=0.75
这样设计的凸模刃口又细又长，没有足够的强度，在实际生产中很容易就折断了，所以塑封体朝上设计是行不通的。
如果我们将塑封体朝下冲切，冲切凸模如下图所示：
新型刃口设计示意图
W=B-2×T×5%=3.18
这样凸模就是一个实体，不需要在表面开又深又宽的槽让胶体了，无论是从刀具的加工还是使用寿命上来说都大大提高了许多。
冲切毛刺的控制
如前所述胶体朝下设计凸模，又带来了一个新的问题，就是毛刺问题，这样设计的刃口毛刺是背向胶体的，如下图：
冲切毛刺示意图
DFN3x3实物产品放大图
在电子行业中，焊接面是不允许有毛刺的，否则会导致焊接不良或出现虚焊现象。
为此我们设计了“V”型压印口来补偿，将毛刺控制在“V”型口内而不会高于焊接面。如图。
产品分离落料设计
由于DFN无引脚类产品体积很小，一般是3mm×3mm×0.8mm（厚度）左右，非常轻，在分离后进入料盒时非常不稳定，常常由于真空回流的扰动而飘上凹模面，散落在模具表面上，造成模具和刃口件的损坏，同时造成产品报废。针对这一情况我们设计了一种新型的凹模结构，保证产品有效的落入收料箱。不会跳料，或带出凹模面。具体结构见下图。
分离凹模结构示意图
从该图我们可以看到，整个组件有一半的腔体都可以形成连通的空腔，而常规结构只能是单个的腔体，不可能连通形成整体空腔。本发明结构的刃口件寿命比常规结构的刃口件寿命要高出5~7倍，同时它出料顺畅，不会发生产品飘出的现象。
结束语
新型设计结构的优点：
1、清除胶体四周废塑，保证引线脚和胶体表面的洁净；
2、保证刀具刃口部分的足够强度，且便于加工；
3、控制焊接面的毛刺不外露，提高焊接的可靠性；
4、提高刀具的使用寿命；
5、保证产品的入料顺畅，模具运行稳定，提高产品品质。(end)
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(5/5/2012) |
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