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1、半导体引线框架制造,CAD/CAM的应用实例,机研 李云龙,主要内容,引线框架与集成系统简介 集成CAD/CAM系统的组成结构 系统的设计准则与数据库 系统的应用与结果 总结,引线框架,核心思想,组成结构,准则与数据库,应用结果,简介,引线框架作为集成电路的芯片载体，是一种借助于键合金丝实现芯片内部电路引出端与外引线的电气连接，形成电气回路的关键结构件，它起到了和外部导线连接的桥梁作用，绝大部分的半导体集成块中都需要使用引线框架，是电子信息产业中重要的基础材料。产品类型有TO、DIP、ZIP、SIP、SOP、SSOP、QFP（QFJ）、SOD、SOT等。主要用模具冲压法和化学刻蚀法进行生产。,
2、引线框架的作用,核心思想,组成结构,准则与数据库,应用结果,简介,将积体电路内电子元件功能传输至外部的系统板，是封装的三大原料（导线架、金线、封装胶）中最重要的一种，导线架依功能可为单体导线架（Discrete Lead Frame）及积体电路导线架(IC Lead Frame)，单体导线架又含支援电晶体、二极体和发光二极体（LED）导产品，积体电路导线架则用于半导体封装，作为晶片及印刷电路导线架则用半导体封装，作为晶片及印刷电路板线路边接之媒介，不同积体电路采用不同封装方式，所用导线架亦不同.,引线框架,核心思想,组成结构,准则与数据库,应用结果,简介,封装,材料,集成系统,核心思想,组成结
3、构,准则与数据库,应用结果,简介,集成系统是指将与某种应用目标相关的各种应用单元通过接口、集成平台等办法有机地组织在一起，达到功能集成、信息集成、过程集成的目的，充分发挥信息共享。资源共享的作用，提高了系统的运行效率与管理水平。 集成电路的封装形式由早期的金属封装或陶瓷封装逐渐向塑料封装方向发展。随着塑封件的日益复杂，集成电路引线数目不断增多（如今300至500个引线已非常普遍，不久将达到1000 至2000 个引线）以及对集成电路的需求量越来越大，塑封模的型腔数目也越来越多（几百腔或上千腔），封装工艺对塑封模的要求也越来越高，塑封模相应地变得越来越复杂，这就迫切需要利用先进的计算机技术，从而
4、进一步提高生产效率。,现代集成系统,核心思想,组成结构,准则与数据库,应用结果,简介,现代集成制造系统不仅应强调信息的集成，更应该强调技术、人和管理的集成。在开发集成制造系统时强调“多集成”的概念，即信息集成、智能集成、串并行工作机制集成及人员集成，这更适合未来制造系统的需求。,集成系统的基本特征,核心思想,组成结构,准则与数据库,应用结果,简介,数据共享 系统各个部分的输入可一次性完成，每个部分不必重新初始化，各子系统产生的输出可为其它有关的子系统直接接收使用，不必人工干预。 系统集成化 系统中功能不同的软件系统，按不同的用途有机的结合起来，用统一的执行控制程序来组织各种信息的传递，保证系统
5、内信息流畅通，并协调各子系统有效地运行。 开放性 系统采用开放式体系结构和通用接口标准，以便于数据交换和扩充。,集成系统,核心思想,组成结构,准则与数据库,应用结果,简介,本系统由六个单元构成，分别是输入和形状处理单元、可行性检查单元、布局设计单元、模具设计单元、建模单元、后处理单元。该系统的设计主要考虑了产品的材料和厚度、几何形状的复杂程度、金属丝的直径和材料，受压的可靠性等。 由于在二维高精度模具系统中集成了过程设计技术和CAE分析，使得带有精冲工序的半导体引线框架的模具设计得以实现。 采用CAD/ CAM集成系统技术可大大提高模具产品的设计质量、缩短模具设计与制造周期、降低产品成本。,返
6、回目录,集成CAD/CAM系统的组成结构,核心思想,简介,组成结构,应用结果,准则与数据库,CAD、CAPP和CAM是CIMS的重要组成部分，三者之间的有机集成对制造业有着重大的意义。 从CAD/CAPP/CAM集成的角度出发，可以将构成零件的特征分为5大类：管理特征、技术特征、材料及热处理特征、精度特征和形状特征。其中，管理特征、技术特征和材料及热处理特征只需通过中间数据库进行统一管理，就可以容易地实现信息共享和交流。而形状特征可由CAD系统获得。精度特征是描述零件几何形状、尺寸的许可变动量的信息集合，包括公差（尺寸公差和形位公差）和表面粗糙度，这些精度信息会影响零件的机械性能、加工路线和生
7、产成本，是CAD/CAPP/CAM集成中重要的组成。,集成CAD/CAM系统的组成结构,核心思想,简介,组成结构,应用结果,准则与数据库,产品零件图输入是模具CAD/CAM系统的基本功能,目的就是将图形信息按照一定规律输入计算机, 建立冲裁件的几何模型, 供后继程序处理。由于他们之间使用了相同的设计规则和数据库，因此在没有外界中断的情况下，从数据输入到产品成型可以一次成型。,系统加工过程,集成CAD/CAM系统的组成结构,核心思想,简介,组成结构,应用结果,准则与数据库,CAD/CAM集成系统,输入和形状处理,生产可行性检测,条料排样,模具结构设计,建模,后处理,集成CAD/CAM系统的组成结
8、构,核心思想,简介,组成结构,应用结果,准则与数据库,1.输入和形状处理模块 使用者在AutoCAD制图中输入材料类型、厚度、宽度、热处理条件和产品的几何形状，形状处理模块就会自动从数据库中识别这些信息，从而将其转化为相应的数据信息并保存起来，这些数据将在往后各个模块中运用到。 2.可行性检验模块 该模块用于检查该设计是否含有盲区信息以及很难加工的几何约束问题，以确定该产品的可行性。它的检查方法是将需要冲裁或冲孔的信息（圆角半径、几何约束）与标准数据库进行匹配。,集成CAD/CAM系统的组成结构,核心思想,简介,组成结构,应用结果,准则与数据库,3.布局设计单元 该单元不仅能够自动产生产品的形
9、状设计图，还能决定产品的加工次序。 4.模具设计单元 该模块将由布局设计单元产生的形状信息转换成模具设计单元能识别的数据和格式，以便进行下一步操作。 5.建模单元 该单元将相应设计数据倒出其三维模型以及刀具轨迹的规划，其目的是便于自动产生数控程序。 6.后处理单元 将前一单元获得的数据自动转换成为数控程序并储存起来，然后进行自动加工。,返回目录,系统的设计准则与数据库,核心思想,简介,组成结构,应用结果,准则与数据库,自动化CAD/CAM系统使用预先定义好的规则和数据信息作为过程变量，用来指导设计的规则是基于“if（condition）then（action）”模式的。意思是说根据系统的初始条
10、件，计算机可以计算得到一个动作信息，而这个信息又是下一个动作执行的输入条件，依次往后执行直到最后。 建立标准件库是开发模具CAD系统的一项重要的基础性工作, 它对提高CAD系统的运行效率和质量, 缩短产品开发周期都将起到重要的作用。,系统的设计准则与数据库,核心思想,简介,组成结构,应用结果,准则与数据库,规则1：定位销呈对称地分布。 规则2：模具的压力中心由以下公式计算得到： 其中：Ei为各单元的剪切长度 xi为各单元在X轴上的质心坐标 yi为各单元在X轴上的质心坐标,系统的设计准则与数据库,核心思想,简介,组成结构,应用结果,准则与数据库,规则3：如果模具的长度尺寸高于400mm，那么就必
11、须进行分模。 规则4：分模板之间的间隙可设计为1mm。 规则5：凹模边缘到辅助导柱中心之间距离应大于40mm。 规则6：凹模之间的距离应大于20mm。 规则7： 规则8：空腔到下模板的距离应大于0.1mm。 规则9：空腔保证了到拉杆之间的距离为0.07mm。 规则10：推板与冲头之间的距离应为0.003mm。,系统的设计准则与数据库,核心思想,简介,组成结构,应用结果,准则与数据库,规则11：当产生位置偏移时，可以调节位置中心。 规则12：定位销的长度应三倍于产品的厚度。 规则13：定位销布置时应使节距尽可能的小于35mm。 规则14：如果有剖视图，那么必须进行模具划分；如果不能进行模具划分，
12、 模具加工由金属丝完成。 规则15：定位销与弹簧应等距分布于产品的轮廓。 规则16：进给误差应小于1/100mm，位置误差应小于5/100mm. 规则17：定位销与螺丝钉应等距布置在一条直线上。 规则18：导向板的宽度应比单线的宽度大0.08mm。,返回目录,系统的应用与结果,核心思想,简介,组成结构,应用结果,当运用CAD/CAM集成系统对一个需要精确打孔的半导体引线框架进行级进模操作时，我们研究了每一个模块的输出结果。以 32 LD PLCC 引线框架为例，如图所示。,准则与数据库,输入和形状处理模块的应用,核心思想,简介,组成结构,应用结果,当用户输入半导体引线框架的指令，形状处理模块将
13、自动识别输入的外形并将其转化为数字形式。然后系统根据引线框架的数据设计冲孔，所设计的冲孔能自动的预防材料内部的塑性变形。如图显示了自动冲孔的形状。,准则与数据库,输入和形状处理模块的应用,核心思想,简介,组成结构,应用结果,用生产可行性检测模块对32LD PLCC引线框架内引线进行检测，其检查结果包括产品的端角及孔的半径，内部特征之间的距离，如表所示。这样可以防止生产中错误的发生。,准则与数据库,条料排样模块的应用,核心思想,简介,组成结构,应用结果,准则与数据库,采用自动设计与交互设计相结合的方法实现工序排样。 对于那些已在生产中得到验证的工艺,系统可自动确定其工艺参数,完成条料排样。 对于
14、那些不成熟、灵活性较大的工艺,则用交互方式完成工序排样。用户可交互地改变零件的方位、增删一些工步或改变其顺序,交互方式提供了较大的灵活性,最终让用户获得满意的工序排样方案。,条料排样模块的应用,核心思想,简介,组成结构,应用结果,准则与数据库,32LD PLCC引线框架用于条料排样模块时，系统生成的引线框架工步排样图，如图所示。,模具结构设计模块的应用,核心思想,简介,组成结构,应用结果,准则与数据库,我们把32LD PLCC引线框架在 AutoCAD中自动生成的图纸用于模具结构设计模块。通过I-DEAS master series模块将条料排样的结果数据转到模具结构设计模块生成零件和模具装配
15、图。 数据通过DXF的方法进行转化，在ESPRIT CAM软件下自动生成NC数据。 对于标准件可直接通过相应菜单调用;对于那些随工件形状而变化的模具零件需交互设计,设计凹模和卸料板时直接将排样图复制在板件上,大大加快了模具嵌块的设计。最后系统采用自动和交互相结合的方式将各零部件定位,生成装配体。,模具结构设计模块的应用,核心思想,简介,组成结构,应用结果,准则与数据库,32LD PLCC通过模具结构设计模块生成的标准装配图，如图所示。,模具结构设计模块的应用,核心思想,简介,组成结构,应用结果,准则与数据库,通过对标准装配图的重组使之更加满足模具设计准则和互不干涉原则，重组后的上模和下模的装配
16、图如图7,图8所示。 该模板长800mm，宽200mm.为防止塑性变形模板分为两个区域。 装配体特征的生成不会改变标准件库中的标准件,便于标准件库的管理。 此外,用一个螺钉或销钉连接的板件上的孔一次成型,简化了模具板件的设计过程,而且更符合生产实际。,建模模块的应用,核心思想,简介,组成结构,应用结果,准则与数据库,模具结构设计后,除产生工程图以外,对于需要线切割的零件,还需输出关于零件形状的数据,作为数控线切割编程的输入信息。 零件及模具装配数据，自动在模具结构设计模块生成，转换成在ESPRIT软件中能够识别的输入数据。数据转换是通过IGES（基于 CAD& CAM 不同电脑系统之间的通用A
17、NSI信息交换标准）转换的。用AGIE2500电火花数控机床加工。,建模模块的应用,核心思想,简介,组成结构,应用结果,准则与数据库,数据转化到CAM软件的情况如图所示。,建模模块的应用,核心思想,简介,组成结构,应用结果,准则与数据库,该模具电火花加工如图11,在ESPRIT软件中输入条件以完成电火花加工，如图12和图13。,后处理模块的应用,核心思想,简介,组成结构,应用结果,准则与数据库,图14显示了电火花线切割加工中的刀具路径。图15显示了自动生成的G代码。,返回目录,总结,通过对输入图形的自动识别，输入和形状处理单元能产生系统的数据信息，为往后的各个单元做好准备。 系统的可行性检查单元能提前检测该产品设计的可行性，避免了错误的发生。 布局设计单元能够产生布局设计图，并且考虑到了许多影响布局效果的因素。 模具设计单元可以根据设计规则自动产生模具的几何结构。 建模和后处理单元能够自动为数控加工提供NC程序。,谢谢,