冲压模具设计——浅谈IC端子模具

冲压模具设计——浅谈IC端子模具

IC导线架是半导体及信息产品之关键性金属组件，随着半导体及信息产业之蓬勃发展，其市场需求甚巨且呈快速成长。IC导线架冲压模具是精度水准最高的模具代表，不仅要有高级的模具设计技术，而且应具备高精密的加工设备（光学投影磨床及线割放电加工机是不可缺少的工具）。

一.导线架相关制程说明

1. IC制程说明

2. 导线架相关技术

A. 金线黏着（Wire bonding）　金线寸极为细小，其直径约为30 μm，抽制金线用模具目前国内无人制造。

B. 　导线架材料

  IC导线架材料主要有铁镍合金（因镍含量占42％，亦称为42合金）及铜系合金（无氧铜、脱氧铜）。前者所占使用比率约20％，后者约为80％

3.导线架生产方式及趋势

1. 导线架生产方式有冲压加工及蚀刻加工两种。其中冲压加工是目前主流，由于高脚数导线架之需求增加，使得蚀刻加工之应用有渐受重视

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二.导线架冲压加工要点

1. 导线架之内导脚（Inner lead）前端要求高平坦度，平坦部区域至少0.1 mm以上（大于金线直径之三倍），因此必须采用压印工程（coining）。

2. 各内导脚间隔（Lead space）要求保持正确且均匀，压印加工将使此间隔减小，故必须控制压印深度及抑制导脚之横向反曲（Twist）产生。

3. 内导脚之位置精度必须保持正确性以利后面工程wire bonding之确实黏着，对应之策是先冲切内导脚后冲切外导脚之冲压加工顺序要适正设计，以及冲压加工程中设计调整站（correction Stage）以抑制冲压加工时导线架导脚位置之偏移。

4. 导线架之平面性要求高以利后面工程输送时及wire bonding时之安定性及畅顺性。对应之策是冲切导脚时宜抑制其反曲量达最少程度及反曲方向一致，还有冲切加工前之导线架素材应先施加应力消除工程。

5. 导线架之内导脚扭曲或偏移等变形要求达到最小程度，以利后续工程之操作确实。解决之道在模具方面应注意压料板之强压设计，设定最适的模具间隙及作用组件（冲头及母模）之刃部要保持最佳状态，模具导引装置刚性高。

三.导线架冲压模具设计要点

1. 模具间隙

　　导线架冲压模具间隙为板厚之3～5％（铜系合金取3％，42合金取4～5％），至于压料板与冲头间隙将更小，宜小于模具间隙之50％。

2. 压料板

　　压料板之压料力要求高以抑制冲压加工所产生的扭曲变形及改善导脚冲切面品质，压料位置宜集中于冲切荷重区域之附近（即punch guide部位），压料板之压料处采突出设计以提高局部的压力使材料受到压缩应力而防止扭曲或反曲现象之发生，如下所示。

3. 冲切加工顺序

　　适正的冲切加工顺序设计是改善导脚之冲切变形或扭曲的最有效方法，欲藉由后续的退火作业以矫正导脚之冲切变形或扭曲是难以达成的。下列是冲切顺序考虑之基本原则：

A. 先冲切内导脚，后冲切外导脚。

B. 先冲切短导脚，后冲切长导脚或先冲切长导脚后冲切短导脚之方式皆可，切记不可采用短导脚与长导脚相互交叉式冲切之配置形式。

4. 母模形式

　　母模形状采直段后推拔或全推拔方式设计；配合加工方式，母模形状采直段后推拔型或全推拔型设计。前者之直段部长度设计3 mm，推拔角度1/2°，加工方法采用研磨加工，后者之推拔角度取，其加工方法采用线割放电加工。

5. 调整站设计

　　为增加模具之强度或使冲模有充分的固定空间，空站是连续冲模设计之重要一环。还有为抑制导线架于冲切加工过程之扭曲或变形发生，设计调整站是必须考虑的要点。

6. 模具刚性与导引方式

A.模具导引方式采用双重导引，即主导柱（Main guide post）与辅助导柱（Sub guide post）并用方式。

B.外导柱数目采双数设计，模具尺寸小于600 mm时六支外导柱设计，模具尺寸大800 mm时采八支外导柱设计。

C.使用高刚性的滚柱型导柱（Roller guide）以提高导引精度及刚性。

D.内导引装置采用全导引型（亦称为三模板全导方式），即内导柱通过冲头板、压料板及母模板。

1. 模具朝小型化

　　由于线割放电加工（WEDM）技术之发展使其加工精度及表面品质得以提高，因此利用WEDM方式进行母模块或压料板入块之加工渐有替代研磨加工之可能，如此可减少冲压工程站数（空站之设计可减少）而使模具尺寸大幅缩小。为配合高速冲床之规格，多脚数导线架（100 pins以上）之冲切模具尺寸达1200 mm以上长度，故其冲压生产方式必须采冲床串行布置型。

2. 模具组件朝小型化及高精度化

　　以多脚数导线架用导脚冲切冲头为例，其形状、尺寸之动向朝外形尺寸缩小、刃部长度减短、冲头厚度更薄发展，而其精度动向朝高精密、低加工面粗度进展。为了达到如此高精度（尺寸公差±2 μm以下）及低表面粗度（0.3 μm Ra以下）之要求，使用高精度研磨设备及低表面粗度之线割放电加工机是必要的。

2.导线架冲压模具加工关键技术

1. 高精度／表面粗度研磨

A.光学投影研磨。

B.高速往复式研磨。

C.工模治具研磨。

D.镜面抹磨加工（Lapping）。

2. 线割放电加工（WEDM）

A.油式线割放电加工。

B.水式线割放电加工。

C.低变质层线割放电加工。

3. 模具材料及处理技术

A.模具热处理技术。

B.PVD、CVD、TD等。

C.超硬模材钻石薄膜被覆（Diamond coating）。

D.超微粒子超硬模材。

IC导线架模具组件之形状尺寸动向（冲头）

IC导线架模具组件（冲头）之精度动向

3.导线架冲压模具加工事例

1. 导脚冲切冲头加工事例

2. 切脚冲头加工事例

夹板间隙一般单边为0.005mm

脱板间隙一般单边为0.003~0.004mm

凹模按料厚取，

销钉孔，入子一般用0.003mm的单边