QFP器件引腳成形參數(shù)理解和計算方法

1、基于模具的QFP器件引腳成形參數(shù)理解和計算方法研究陳祖豪 （中國電子科技集團公司第三十二研究所，上海） 摘要：QFP器件由于其高可靠性的優(yōu)勢已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空、航天和其他軍事領(lǐng)域，高端的QFP器件引腳都是沒有經(jīng)過成形的直腳，在將QFP器件焊接到PCB上之前，需對被焊接的器件進行引腳成形，而引腳成形工藝參數(shù)對產(chǎn)品的可靠性起著至關(guān)重要的作用。本文主要論述了QFP等封裝形式的器件引腳成形工藝參數(shù)和計算方法，并給出了通過雙工位可調(diào)式成形模具對QFP等封裝形式的器件引腳進行成形的計算實例。關(guān)鍵詞：QFP 引腳成形 肩寬 站高 Research on the calculation method and

2、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 leve

3、l 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

4、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優(yōu)勢已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空、航天和其他軍事領(lǐng)域，在實際使用中，高端的QFP器件一般都配有適配器，電路設(shè)計師可根據(jù)實際需求在不進行焊接的前提下進行程序燒錄和模擬仿真等試驗工作；其次，

5、該類芯片的出現(xiàn)給設(shè)計師在PCB設(shè)計過程中留有較大的選擇空間。高端的QFP器件引腳都是沒有經(jīng)過成形的直腳，因此在將QFP器件焊接到PCB上之前，需對被焊接的器件進行引腳成形（見圖1），而引腳成形工藝對產(chǎn)品的可靠性起著至關(guān)重要的作用，本文主要論述了QFP等封裝形式的器件引腳成形工藝參數(shù)和計算方法，并給出了通過雙工位可調(diào)式成形模具對QFP等封裝形式的器件引腳進行成形的計算實例。圖1 QFP器件引腳成形前后示意圖二、成形參數(shù)理解1QFP器件引腳成形參數(shù)與QFP器件引腳成形相關(guān)的尺寸（見圖2）圖2 QFP器件引腳成形相關(guān)尺寸示意圖圖中：A芯片本體尺寸；B肩寬，指芯片邊緣到引腳第一個彎角的距離；C搭接長度

6、，指成形后引腳平面在印制線路板上接觸部分的長度；D站高，成形后引腳底平面到芯片底部的距離；F芯片引腳厚度；H引腳出線位置到芯片底部的距離；R引腳折彎半徑。肩寬B、站高D和引腳搭接長度C這三個尺寸被稱為QFP器件引腳成形主要參數(shù)尺寸，分別根據(jù)印制板焊盤尺寸、QFP器件結(jié)構(gòu)尺寸和航天標(biāo)準(zhǔn)QJ 3171-2003航天電子電氣產(chǎn)品成形技術(shù)要求的規(guī)定計算確定。其中引腳搭接長度C按照航天標(biāo)準(zhǔn)QJ 3171-2003航天電子電氣產(chǎn)品成形技術(shù)要求規(guī)定：扁平引線搭接在焊盤上的長度，最小為3倍引線的寬度，最大為5倍引線的寬度，引線剪切后的端面離焊盤邊緣至少為0.25 mm。在扁平引線寬度小于0.50 mm時，扁平

7、引線的搭接長度不應(yīng)小于1.25 mm，根據(jù)經(jīng)驗引腳搭接長度C一般取值1.25mm3mm。站高D的尺寸按航天標(biāo)準(zhǔn)QJ 3171-2003航天電子電氣產(chǎn)品成形技術(shù)要求4.4.1 規(guī)定：彎曲過程應(yīng)使器件兩邊引線基本對稱，器件本體與印制電路板表面之間基本平行，器件本體與印制電路板表面之間的間距H 最小值為0.5mm，最大值為1mm。元器件本體下面沒有印制導(dǎo)線時，元器件可以按貼板安裝方式成形引線，但為了保證芯片焊接后引腳具有應(yīng)力釋放的空間，不建議采用貼板安裝的形式，因此站高D一般取值0.5mm1mm。2雙工位可調(diào)式成形模具成形參數(shù)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諸多優(yōu)點成為目前QF

8、P器件引腳成形的首選工藝。雙工位可調(diào)式成形模具由于其肩寬、站高和切腳長度可調(diào)，故而應(yīng)用范用較廣，是目前本單位首選的成形模具（見圖3）。圖3 雙工位可調(diào)式成型模具肩寬B、站高D和引腳搭接長度C的尺寸主要通過圖中的三個數(shù)字千分尺分別調(diào)節(jié)控制。QFP器件在成形工位1的模具中一次完成引腳肩寬B和站高D的成形，再將器件移到成形工位2的模具中完成引腳搭接長度C的剪切。由于模具結(jié)構(gòu)形式的限制，三個數(shù)字千分尺顯示的肩寬b、站高d和引腳搭接長度c的值與成形后芯片上的實際肩寬B、站高D和引腳搭接長度C的尺寸值是不一致的，因此需要根據(jù)印制板焊盤尺寸、QFP器件結(jié)構(gòu)尺寸、航天標(biāo)準(zhǔn)QJ 3171-2003航天電子電氣產(chǎn)

9、品成形技術(shù)要求的規(guī)定和模具結(jié)構(gòu)尺寸計算得到三個數(shù)字千分尺所需調(diào)節(jié)的肩寬b、站高d和引腳搭接長度c的尺寸值，具體的相互關(guān)系見圖4所示。圖4 三個數(shù)字千分尺的肩寬b、站高d和引腳搭接長度c的尺寸示意圖三、成形參數(shù)計算方法研究根據(jù)圖4的尺寸相互關(guān)系，可以知道三個數(shù)字千分尺的肩寬b、站高d和引腳搭接長度c的值分別由下列公式計算得到：(1)芯片肩寬（B）=(Z-A)/2-C-R-F （R、F分別表示引腳折彎半徑、芯片引腳厚度，見圖2示意圖）(2) 千分尺調(diào)節(jié)的肩寬b=B-1(3) 千分尺調(diào)節(jié)的站高d= D+H(4) 千分尺調(diào)節(jié)的引腳搭接長度c= C+R+F-1.2當(dāng)需要成形的芯片上總長尺寸Z確定后，肩寬

10、B和引腳搭接長度C的尺寸值有聯(lián)動性的，單靠心算或筆算非常不方便，因此可以采用電子表格的自動計算功能，將上述公式按表1的形式方便的計算出三個數(shù)字千分尺所需的數(shù)值；站高D沒有關(guān)聯(lián)性，直接計算即可。表1 芯片引腳成形參數(shù)計算表芯片引腳成形參數(shù)計算表芯片成形尺寸數(shù)值（mm)計算公式說明成形后總長(Z)36根據(jù)PCB焊盤確定焊盤尺寸35測量值芯片本體寬度（A）28測量值引腳焊接面長度（C)1.25按標(biāo)準(zhǔn)要求成形半徑（R）0.3模具確定值引腳厚度（F）0.16測量值器件引腳面高度（H）2.6測量值成形后站高，本體與PCB間隙（D）0.5按標(biāo)準(zhǔn)要求肩寬（B）2.29(Z-A)/2-C-R-F肩寬b千分尺輸入

11、值：1.29B-11為下模尺寸站高d千分尺輸入值：3.1D+H焊接面長度c千分尺輸入值：0.51C+R+F-1.212為下模尺寸四、實例在某型號產(chǎn)品的控制與驅(qū)動組件中有多種QFP封裝器件的引腳需要進行成形后才能焊接到印制線路板上，按設(shè)計和工藝文件的要求，成形時元器件本體到印制板的最小距離至少應(yīng)為引線直徑的二倍，但不得小于0.75 mm。引線彎曲成形應(yīng)由專用工具或?qū)Ｓ霉に囇b備完成，以減小應(yīng)力對元器件的影響。成形過程中不應(yīng)使元器件產(chǎn)生本體破裂，密封損壞或開裂，也不應(yīng)使引線產(chǎn)生刻痕或損傷；元器件引線成型后尺寸小于印制電路板安裝焊盤尺寸單邊0.5mm，以保證焊接可靠性?，F(xiàn)以其中一種QFP器件為例：器件

12、本體尺寸（A）：37mm，焊盤尺寸：45.7mm，器件引腳面高度（H）：2.5mm；根據(jù)設(shè)計要求取成形后站高，即器件本體與PCB間隙（D）：0.8mm。按表1的內(nèi)容，采用Excel電子表格形式，在相應(yīng)的單元格內(nèi)加入計算公式進行自動計算，可以快捷、方便、準(zhǔn)確的計算出三個數(shù)字千分尺所需的數(shù)值（見表2）；表2 芯片成型參數(shù)自動計算表芯片成型參數(shù)自動計算表芯片成型尺寸數(shù)值（mm)成形后總長(Z)44.7焊盤尺寸45.7芯片本體寬度（A）37引腳焊接面長度（C)1.55成形半徑（R）0.3引腳厚度（F）0.2器件引腳面高度（H）2.5成形后站高，本體與PCB間隙（D）0.8肩寬（B）1.8肩寬千分尺輸入

13、值：0.8站高千分尺輸入值：3.3焊接面長度千分尺輸入值：0.85根據(jù)計算所得數(shù)值，在雙工位可調(diào)式成型模具上實際加工成形了多個相應(yīng)的QFP器件，尺寸準(zhǔn)確，滿足焊接工藝要求，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，在產(chǎn)品上經(jīng)受了嚴酷、惡劣的溫度和力學(xué)環(huán)境試驗條件的考驗，工作正常，滿足使用要求。溫度和力學(xué)環(huán)境試驗條件如下所列：1. 溫度循環(huán)試驗：高溫為60，低溫為-25，升降溫達到溫度后保溫1.5小時，每個循環(huán)4小時，共做4個循環(huán)；2. 加速度試驗：加速度值9g，沿產(chǎn)品X、Y、Z軸方向，保持時間5分鐘。3. 沖擊試驗：按表3條件，沿產(chǎn)品X、Y、Z軸方向，每個軸向1次。表3 沖擊試驗鑒定條件試驗條件頻率（Hz）沖擊譜加速度（

14、g）100400+6dB/oct4004000400g試驗次數(shù)1次/軸向4. 正弦振動試驗：按表4條件，沿產(chǎn)品X、Y、Z軸方向，掃描速率每分鐘4 倍頻程，單個循環(huán)。 表4 正弦振動試驗條件垂直安裝面方向平行安裝面方向頻率(Hz)量級(o-p)頻率(Hz)量級(o-p)正弦51710.3mm51410.1mm171008g141005g5. 隨機振動試驗：按表5條件，沿產(chǎn)品X、Y、Z軸方向，每個軸向1分鐘。表5 隨機振動試驗條件垂直安裝面方向平行安裝面方向頻率(Hz)量級頻率(Hz)量級隨機10200+6dB/Oct10200+6dB/Oct20015000.064g2/Hz20015000.04g2/Hz15002000-12dB/Oct15002000-12dB/Oct總均方根加速度10.2g總均方根加速度8.1g五、結(jié)束語本文是在我所引進新設(shè)備、新工藝的過程中，針對QFP器件引腳成形的實際問題而提出的，由于QFP器件引腳成形的質(zhì)量直接影響產(chǎn)品的可靠性，近年來已經(jīng)成為生產(chǎn)部門關(guān)注的焦點，并列為關(guān)鍵工藝過程。本文是針對我所產(chǎn)品的實際特點和我們在實際工作中積累的經(jīng)驗總結(jié)，帶有一定的片面性