輪式點鍍模具設計與制造解決方案

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隨著電子信息產業的發展及集成電路產能的擴張，集成電路產業在近幾年獲得了空前的發展。在集成電路的生產中，引線框架是重要的輔助材料。為了保證引線框架的工作性能，必須對其特定區域進行局部貴金屬點鍍［1］。根據點鍍區控制方法的不同，可將點鍍分為履帶式點鍍、壓板式點鍍及輪式點鍍三種類型。壓板式點鍍的模具制作簡單，但鍍層厚度不均勻，在引線框架累積公差的影響下，長時間工作后會產生鍍區偏移。輪式點鍍具有效率高、鍍層厚度均勻等優點，但對模具制作的要求高［2］。履帶式點鍍結合了壓板式點鍍和輪式點鍍的優點，但是在設備制造上具有較高的技術難度，目前在國內沒有實際應用。在電鍍理論沒有革命性創新的情況下，目前的生產方式不會有太大的改變。本文對輪式點鍍模具的制造工藝進行了改進，解決了模具制造精度不高、鍍區尺寸控制不嚴密及背面滲漏貴金屬等問題。這對降低輪式點鍍的生產成本及減少污染有重要的現實意義。

1高精度輪式點鍍模具加工方案

電鍍輪做高速旋轉運動，其內部放置陽極噴頭，通過噴射貴金屬鍍液對待鍍材料帶進行局部點鍍。待鍍材料帶以相同的線速度跟隨電鍍輪走料，其上有壓力可調的柔性掩模帶，以保證材料帶緊貼模具。電鍍輪制造中最為常見的問題是電鍍輪的形位精度低、尺寸精度差?，F代高速生產中材料帶的速度為15m／min左右，換算到電鍍輪上大約為1～2r／s。此速度下電鍍輪的圓跳動比較明顯，造成生產中材料帶顫抖并出現皺紋或卷帶，使得產品質量及生產進度受到影響。另外，由于電鍍輪制造精度不高，為彌補可能產生的鍍區誤差，必須對點鍍區域進行適當擴大，以保證高質量的鍍層能夠覆蓋實際需要的區域，這使得貴金屬鍍液的消耗增加。只要提高電鍍輪及模具的制造精度，就能提高生產效率并降低生產成本，同時還能減少貴金屬鍍液的消耗，從而減少污染。本文提出一個具有實際使用價值的高精度輪式點鍍模具加工方案：將現有的輪式點鍍模具的加工精度提高，最終提高點鍍產品的生產質量及生產效率。

1．1獲得引線框架單元的準確尺寸

引線框架的尺寸直接影響電鍍輪的尺寸設計。實際生產中，引線框架的尺寸會隨著模具訂單一同送達，但是僅憑這樣的數據是無法精確設計電鍍輪的。精確的電鍍輪設計尺寸來源應該是生產中的引線框架材料帶。引線框架通常較薄、容易變形，傳統的測量方法是通過卡尺對每個尺寸進行簡單測量。當設計及制造對測量精度的要求較高時，這種測量方法的效率低，而且測量精度不足以保證精確設計［3］?，F采用如下方法進行測量：使用分辨率為1μm的影像測量儀對生產線使用的引線框架帶材進行連續n個引線框架單元的長度測量，獲得的長度精確到微米級別，再除以n就是每個引線框架單元的長度，以mm為單位，保留小數點后4位。圖1為引線框架帶材樣品。如圖1所示，每個單元的精確尺寸由連續材料帶上的多個單元測量得到，保證了數據在較大尺度之下的精確與穩定，獲得的尺寸數據為L。

1．2精確計算電鍍輪工作面的直徑

在一個電鍍輪的工作面周長上安排的遮掩模具定為奇數N，這樣在長期的旋轉中不容易導致周期性的震顫。很多電鍍輪生產企業對于電鍍輪工作面直徑設計，通常是計算過程中沒有考慮生產的實際情況，直接使用NL／π作為電鍍輪工作面的直徑。這個計算失誤在于獲得數據L的溫度是常溫，而電鍍輪工作環境溫度根據鍍液的不同大致在80～120℃，此時引線框架及電鍍輪的尺寸都會因溫度的升高而變大。電鍍輪的制造材料是聚醚醚酮，而引線框架的材料是銅基合金，這兩種材料的熱膨脹系數不同，導致工作條件下帶材和電鍍輪接觸面長度出現差異，這在高精度制造中是不可忽略的［4］。由于定位誤差導致的帶材卷帶事件常有發生。為了避免帶材起皺或卷帶，應加大定位容許誤差，但最終鍍區的尺寸精度下降。為解決在工作環境下帶材和電鍍輪的尺寸偏差，現提出如下的電鍍輪制造尺寸精確公式：DC＝NL（1＋αY（TG－TC））π（1＋αP（TG－TC））（1）式中：DC為常溫下的電鍍輪直徑；N為電鍍輪一周布下的硅膠模個數；L為單個引線框架的圓周方向長度，來源于上一步的測量；αY為引線框架材料的熱膨脹系數；αP為電鍍輪材料的熱膨脹系數；TG為電鍍輪的工作溫度；TC為常溫。這個公式的作用在于保證引線框架材料帶與電鍍輪的工作面在工作溫度時的對應長度完全重合，從而保證了加工定位的準確性。此計算結果與忽略溫度的計算結果相差0．3％左右，在高速旋轉下這樣的差異不可忽略。此計算結果保留小數點后3位，單位為mm。

1．3電鍍輪的精確加工方法

在實際生產中經常有這樣的情況：生產一段時間之后電鍍輪的圓度下降，帶料起皺或者被拉扯，生產質量嚴重受到影響。這些問題的根源來自電鍍輪制造時的粗疏。很多電鍍模具制造企業都用聚醚醚酮作為電鍍輪的制造材料，制造電鍍輪時直接把聚醚醚酮坯料裝夾在加工中心上進行加工。而實際上，聚醚醚酮在強度上還是和金屬材料有一定的差距。在加工過程中直接對聚醚醚酮進行裝夾加工而導致的整體細微變形，最后在生產中被逐漸放大，致使生產質量下降。本文給出一種能夠保證電鍍輪長時間工作而不變形的加工方法：首先，夾持坯料左側，加工出右面平面并同時鉆孔攻絲；然后，用45＃鋼制造一個圓盤，鉆上同樣的孔位置并攻絲，把坯料卸下并用螺釘緊固在鋼制圓盤之上；再次裝夾時夾緊鋼盤進行加工，注意最后去掉初次裝夾時夾緊的坯料區域，保證遠離電鍍輪最左端50mm以上即可。此方法利用一個鋼盤替代聚醚醚酮坯料進行裝夾，避免了加工裝夾對產品的應力殘留，保證了電鍍輪產品長時間工作后形位精度不改變。電鍍輪加工精度在0．01mm以下即可，普通四軸加工中心的加工精度都能達到這個要求。電鍍輪最重要的工作面加工完畢之后不再裝夾，而是直接對遮掩模槽位進行加工。應注意，電鍍輪上的螺孔必須和最終生產設備上的驅動裝置匹配，這樣就完全實現工作狀態的動平衡，在高速旋轉中不會出現太大的振動。

1．4創新的遮掩模設計

實際上對點鍍區域進行的位置控制，最終還是依靠柔性材料遮掩模實現，因此，遮掩模的設計直接影響點鍍區域的尺寸精度。目前多數點鍍模具制造企業制造的雙組分硅膠遮掩模都存在點鍍區域邊緣細微滲漏，導致產品鍍區邊緣模糊，甚至非鍍區的背面也有部分滲漏。為解決鍍區附近的貴金屬滲漏及模糊邊緣問題，現提出如下遮掩模設計改進方案：在遮掩模的工作開口部分增設一圈高0．10mm、寬0．12mm的刃口，并進行倒圓處理。這樣在掩模帶的壓力下，刃口能夠完全封閉住貴金屬鍍液的滲漏，產生鮮明銳利的鍍區邊緣，提高產品質量，保證鍍區尺寸精度。此遮掩模由雙組分硅膠制成，制造過程應注意尺寸是否縮水。由于材料本身的特性，其能保持正常生產的效果為十個月左右，此后必須更換新的遮掩模。

1．5陶瓷定位釘的選擇

陶瓷定位釘是電鍍模具特殊的專用零件，它直接影響引線框架帶材在電鍍輪上的相對位置。目前行業通常使用D1．50mm的陶瓷定位釘，而定位孔為1．60mm，如此大的空隙是為了容納設計與制造中的不準確帶來的誤差。如果嚴格執行之前的設計與制造流程，可以使用D1．56mm的陶瓷定位釘。這樣鍍區將會被嚴格定位限制，加上之前的遮掩模精確尺寸設計，就會有精度極高的鍍區邊緣尺寸控制。嚴格執行以上五個步驟，能夠把鍍區尺寸精度控制在單邊偏差0．03mm之內，而目前行業內通常的精度為單邊偏差0．20mm，在精度上提升了一個數量級，能夠更好控制產品的質量及生產成本。圖2為完成的輪式點鍍模具。圖2中可見白色定位釘。

2結語

本文主要的關注點在于解決生產實際中的問題，提高點鍍模具產品的生產精度及質量。只要注意各個細節，在尺寸設計、產品加工、遮掩模邊緣精度提高、帶材定位等方面都提出完全創新性的解決方案，是能夠提高電鍍輪整體制造精度的。這些解決方案都是緊貼工作環境、針對現實問題而提出的，能夠有效提高點鍍模具的生產精度，進而直接提升引線框架產品的鍍區質量、尺寸精度，并減少鍍液損失。

作者:邱偉華 單位:柳州職業技術學院

參考文獻：

［1］馮小龍．連續高速電鍍技術在集成電路引線框架生產中的應用［J］．電鍍與涂飾，2003，22（6）：48－51．

［2］楊占堯，秦歌，翟振輝．金屬噴鍍法快速制作金屬模具方法研究［J］．河南機電高等?？茖W校學報，2001，9（2）：1－5．

［3］曾旭，盧桂萍，楊杰，等．引線框架可焊性電鍍新技術［J］．電子工藝技術，2009，30（5）：291－294．

［4］馬莒生，黃福祥，黃樂，等．銅基引線框架材料的研究與發展［J］．功能材料，2002，33（1）：4．