冲压模具技术doc

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  IC導線架及其沖壓模具技術  摘要IC導線架是半導體及資訊產品之關鍵性金屬元件隨著半導體及資訊產業之蓬勃發展其市場需求甚巨且呈快速成長。IC導線架沖壓模具是精度水準最高的模具代表不僅要有高級的模具設計技術而且應具備高精密的加工設備(光學投影磨床及線割放電加工機是不可缺少的工具)。本文針對IC導線架沖模之設計及加工技術做一重點論述。IC導線架簡述IC導線架種類及進展歷程導線架相關製程說明IC製程說明導線架相關技術A金線黏著(Wirebonding)金線寸極為細小其直徑約為μm抽製金線用模具目前國內無人製造。B導線架材料IC導線架材料主要有鐵鎳合金(因鎳含量佔%亦稱為合金)及銅系合金(無氧銅、脫氧銅)。前者所佔使用比率約%後者約為%。導線架生產方式及趨勢導線架生產方式有沖壓加工及蝕刻加工兩種。其中沖壓加工是目前主流由於高腳數導線架之需求增加使得蝕刻加工之應用有漸受重視之傾向。國內IC導線生產廠家除了原有的佳茂、順德、旭龍、新台、華通、台灣住礦電子等外新加入之業者有中信、慶豐、中華精密、利汎科技等。導線架沖壓料條佈置及模具組立圖IC導線架沖壓模具設計說明導線架之代表規格導線架沖壓加工要點導線架之內導腳(Innerlead)前端要求高平坦度平坦部區域至少mm以上(大於金線直徑之三倍)因此必須採用壓印工程(coining)。各內導腳間隔(Leadspace)要求保持正確且均勻壓印加工將使此間隔減小故必須控制壓印深度及抑制導腳之橫向反曲(Twist)產生。內導腳之位置精度必須保持正確性以利後面工程wirebonding之確實黏著對應之策是先沖切內導腳後沖切外導腳之沖壓加工順序要適正設計以及沖壓加工程中設計調整站(correctionStage)以抑制沖壓加工時導線架導腳位置之偏移。導線架之平面性要求高以利後面工程輸送時及wirebonding時之安定性及暢順性。對應之策是沖切導腳時宜抑制其反曲量達最少程度及反曲方向一致還有沖切加工前之導線架素材應先施加應力消除工程。導線架之內導腳扭曲或偏移等變形要求達到最小程度以利後續工程之操作確實。解決之道在模具方面應注意壓料板之強壓設計設定最適的模具間隙及作用元件(沖頭及母模)之刃部要保持最佳狀態模具導引裝置剛性高。導線架沖壓模具設計要點模具間隙導線架沖壓模具間隙為板厚之~%(銅系合金取%合金取~%)至於壓料板與沖頭間隙將更小宜小於模具間隙之%。壓料板壓料板之壓料力要求高以抑制沖壓加工所產生的扭曲變形及改善導腳沖切面品質壓料位置宜集中於沖切荷重區域之附近(即punchguide部位)壓料板之壓料處採突出設計以提高局部的壓力使材料受到壓縮應力而防止扭曲或反曲現象之發生如下所示。沖切加工順序適正的沖切加工順序設計是改善導腳之沖切變形或扭曲的最有效方法欲藉由後續的退火作業以矯正導腳之沖切變形或扭曲是難以達成的。下列是沖切順序考量之基本原則:A先沖切內導腳後沖切外導腳。B先沖切短導腳後沖切長導腳或先沖切長導腳後沖切短導腳之方式皆可切記不可採用短導腳與長導腳相互交叉式沖切之配置形式。母模形式母模形狀採直段後推拔或全推拔方式設計配合加工方式母模形狀採直段後推拔型或全推拔型設計。前者之直段部長度設計mm推拔角度°加工方法採用研磨加工後者之推拔角度取其加工方法採用線割放電加工。調整站設計為增加模具之強度或使沖模有充分的固定空間空站是連續沖模設計之重要一環。還有為抑制導線架於沖切加工過程之扭曲或變形發生設計調整站是必須考慮的要點。模具剛性與導引方式A模具導引方式採用雙重導引即主導柱(Mainguidepost)與輔助導柱(Subguidepost)併用方式。B外導柱數目採雙數設計模具尺寸小於mm時六支外導柱設計模具尺寸大mm時採八支外導柱設計。C使用高剛性的滾柱型導柱(Rollerguide)以提高導引精度及剛性。D內導引裝置採用全導引型(亦稱為三模板全導方式)即內導柱通過沖頭板、壓料板及母模板。IC導線架沖壓模具加工技術趨向導線架沖壓模具需求趨勢模具朝小型化由於線割放電加工(WEDM)技術之發展使其加工精度及表面品質得以提高因此利用WEDM方式進行母模塊或壓料板入塊之加工漸有替代研磨加工之可能如此可減少沖壓工程站數(空站之設計可減少)而使模具尺寸大幅縮小。為配合高速沖床之規格多腳數導線架(pins以上)之沖切模具尺寸達mm以上長度故其沖壓生產方式必須採沖床串列佈置型。模具元件朝小型化及高精度化以多腳數導線架用導腳沖切沖頭為例其形狀、尺寸之動向朝外形尺寸縮小、刃部長度減短、沖頭厚度更薄發展而其精度動向朝高精密、低加工面粗度進展。為了達到如此高精度(尺寸公差±μm以下)及低表面粗度(μmRa以下)之要求使用高精度研磨設備及低表面粗度之線割放電加工機是必要的。導線架沖壓模具加工關鍵技術高精度/表面粗度研磨A光學投影研磨。B高速往復式研磨。C工模治具研磨。D鏡面抹磨加工(Lapping)。線割放電加工(WEDM)A油式線割放電加工。B水式線割放電加工。C低變質層線割放電加工。模具材料及處理技術A模具熱處理技術。BPVD、CVD、TD等。C超硬模材鑽石薄膜被覆(Diamondcoating)。D超微粒子超硬模材。IC導線架模具元件之形狀尺寸動向(沖頭)IC導線架模具元件(沖頭)之精度動向導線架沖壓模具加工事例導腳沖切沖頭加工事例切腳沖頭加工事例四、結論隨著IC產品愈來愈小型化IC模具不得不配合朝向小型與高精度此時料條佈列防止翹曲間隙控制以降低毛邊適當熱處理以延長確保模具壽命以及精密加工以符合要求都是不可或缺的技術。本文介紹了模具設計、加工上的重點希望有助於國內精密IC模具之發展。

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