TO-252 8R引线框架精密级进模设计

徐文冬

（铜陵蓝盾丰山微电子有限公司，安徽 铜陵 244000）

0 引 言

引线框架是集成电路和分立器件封装的主要结构件，其作用是连接电路芯片和印刷电路的线路。目前量产引线框架生产工艺主要分为高速冲压和蚀刻腐蚀2种，其中以高速冲压方式为主，适宜大批量生产；蚀刻腐蚀法为辅，适宜于新产品开发。在冲床上高速批量地进行引线框架冲压生产，精密硬质合金级进模是关键的工艺装备。硬质合金级进模精度要求高、加工形状复杂、工位数多，其设计难度和制造难度大。

1 引线框架结构分析及排样设计

1.1 TO-252 8R引线框架结构分析

DPAK&TO-252封装是一种贴片封装的塑封形式，封装的芯片常用于功率晶体管、稳压芯片。目前市场上对于DPAK、TO-252封装所使用的原材引线框架结构主要为2排、4排。对于TO-252 8R引线框架，目前国内研究还是起步阶段。图1所示为TO-252 8R引线框架，图2所示为引线框架单个单元放大。材料为KFC（1/2H），厚度为（0.400±0.010）mm。

图1 引线框架

图2 引线框架单个单元放大

该框架结构设计每列8个基本单元，错位交叉排列。2个单元相连部分由原先的2组对称外引脚缩减为1组对插式外引脚。8排产品与4排产品外引脚对比如图3所示。外引脚采用对插式结构设计，方案排布合理，增加了铜材利用率。参照同材料厚度的TO-252 4R产品，每1 000只引线框架产品原材料铜材使用584 g左右；TO-252 8R产品每1 000只引线框架产品原材料铜材使用414 g左右，提升铜材利用效率41.0%，减少材料成本与加工成本。

图3 8排与4排的产品外引脚对照

1.2 引线框架排样设计

引线框架排样设计决定了模具的总体布局结构，排样设计主要考虑以下几个方面。

（1）确定工位数。为了缩短模具设计长度，在不影响模具冲裁的前提下，尽量减少模具工位数。模具工位数的合理设计可减少累计误差与材料加工成本。

（2）分布冲裁工位。模具冲裁工位的设计要保障冲裁刃口及配套凸模座、卸料板、凹模固定板等工件的结构强度，减少高速冲裁可能带来的弹、塑性变形产生的负面影响。对于工位排布，尽量采用轴对称形式，保障冲裁过程中模具冲压应力平衡，严禁聚集性冲压工位排布方式。

（3）定位导正。级进模依靠定位销进行定位导正，定位孔冲裁在前段工位，冲裁定位孔后，其后一工位设置定位销，后续工位根据实际设计因素，间隔均匀设置定位销。定位销的作用在于保证送料的步距精度，以保证引线框架定位孔步距累计误差达到±0.020 mm要求。

（4）产品精度要求较高时，在保障凸、凹模强度的前提下，尽量设置在1个工位冲裁，减少加工时产生的累计误差。

通过对比多个排样方案，确定的排样方案如图4所示。实践证明，该排样设计能满足产品冲压生产要求，产品精度得到了保证。

图4 TO-252 8R产品排样

2 模具结构设计

改进设计的模具结构如图5所示，质合金级进模生产线是引线框架设计、生产的基础和保障。

图5 模具结构

模具工作时，凹模部分固定在压力机上保持不动，凸模部分固定在压力机滑块上。通过滑块的往复运动带动凸模部分运动实现冲裁。凸模部分工作主要分成4个阶段：①卸料镶件16和卸料板12向下运动压紧原材料；②随着压力机滑块向下运动，弹簧2压缩，凸模6伸出卸料镶件16进入凹模镶件21，冲裁完成；③随着压力机滑块向上运动，弹簧2复位，凸模6退出凹模镶件21并缩入卸料镶件16中；④卸料镶件16和卸料板12向上运动与材料分离，进入送料过程。

此模具结构的主要特点是模具始终有预紧力，确保了冲裁过程的弹性接触，减缓了冲击，保护了模具和机床，提高了模具的冲裁速度。

3 模具关键零件设计

3.1 凸模与凹模设计

凸、凹模刃口均使用硬质合金材料，凸、凹模形状尺寸公差均为±0.001 mm。凸模高度设计采用统一标准，由此按材料厚度确认凸模进入凹模的深度及模具的闭合高度。凸模的工作外形采用光学曲磨机床加工，加工纹理方向应与送料方向一致。凸模的有效直端长度设计应充分考虑凸模外形、尺寸及结构强度。

冲裁凹模采用模块化镶拼的结构固定在凹模座内，凹模形状采用四坐标慢走丝机床加工，保证型腔与外形的位置精度。

3.2 卸料机构设计

引线框架级进模采用弹性卸料方式。由于引线框架引线截面宽度小，最小引线间距达到0.1 mm，对于凸模的强度设计是较大的挑战。采用弹性卸料装置可以对凸模起导正、保护的作用；可以较好地控制模具对板料的压料力大小，保证引线冲裁时保持较强的压应力，减少引线冲裁的应力变形。卸料零件主要分为卸料板与卸料镶件两部分，卸料镶件上设有凸模的导正型腔，凸模与卸料镶件型腔采用间隙配合，间隙值通常为0.001～0.004 mm。

卸料板上配套设计的销钉孔、导柱孔皆由坐标磨床一次装夹精加工而成，卸料镶件的加工精度公差为±0.000 5 mm。所有精度与公差设计是为了保证凸模在模具内的相对位置精度。卸料板要求进行热处理和深冷处理，以减少零件加工和生产过程中的变形。

3.3 预防废料上跳结构设计

对于密集型级进冲压生产，废料上跳问题始终无法避免。在凹模落料孔的侧面加工一定深度及斜度的工艺凹槽，废料冲裁落料至腔内时被挤入工艺凹槽，逐步落料。经过精密计算设计的防废料上跳结构，不会对刃口正常冲裁产生较大影响。TO-252 8R引线框架实物如图6所示。

图6 TO-252 8R引线框架实物

4 结束语

基于对TO-252 8R引线框架的结构分析，制定了匹配该零件的冲压生产工艺及排样设计，设计了其级进模结构及关键零件工艺。模具经生产验证，模具结构设计可靠，避免了零件生产过程中的诸多问题及缺陷的产生，保障了高品质、高效率的生产。