輪式（shì）點鍍（dù）模具設（shè）計與製造解決方案

隨著電子信息產業的發展及（jí）集成電路產能的擴張，集成（chéng）電路產業在近幾年獲得（dé）了*的發展。在集成電路的生產中，引線框（kuàng）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（jù）點鍍區控製方（fāng）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（xíng）。壓板式點鍍的模具製作簡單，但鍍層（céng）厚度不（bú）均勻（yún），在引線框架累積公差的影響下，長（zhǎng）時間工作後會產生鍍區偏移。輪式點鍍具有效率高、鍍層厚度均勻等優點（diǎn），但對模（mó）具製作的要求高［２］。履帶式點鍍結合了壓板式點（diǎn）鍍和輪式點鍍（dù）的優（yōu）點（diǎn），但是在設備製（zhì）造上具有較高的技術難度，目前在國內沒有實際應用。在（zài）電鍍理論沒有（yǒu）革命性創新的情況下，目前（qián）的生產（chǎn）方式不會（huì）有（yǒu）太大的改變（biàn）。本文對（duì）輪式點鍍模具的製（zhì）造工藝進行了改進，解決了（le）模具製造精度不高、鍍區尺寸控製不嚴密及背麵滲漏貴金屬（shǔ）等問題（tí）。這對降低輪式點鍍的生產成本及減少汙染（rǎn）有重要的（de）現實意義。

高精度（dù）輪式點鍍模具加工（gōng）方案

電（diàn）鍍輪做高（gāo）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（háng）局部（bù）點鍍。待鍍材料帶以相同的線速度跟隨電（diàn）鍍（dù）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。電鍍輪製造中最為常見的問題是電鍍（dù）輪的形位精度（dù）低、尺寸（cùn）精度差。現代高速生產中材料（liào）帶的速（sù）度為１５ｍ／ｍｉｎ左右，換算到電鍍輪上大約為１～２ｒ／ｓ。此速度下（xià）電鍍輪的圓跳動（dòng）比較（jiào）明（míng）顯，造成生產中材料帶顫抖並（bìng）出現皺紋或（huò）卷帶（dài），使得產品質量及生（shēng）產進度受到影響。另外，由於電鍍輪（lún）製造精度不高（gāo），為彌補可能產生的（de）鍍區誤（wù）差，必須對點鍍區域進（jìn）行（háng）適當擴大，以保證高質量的（de）鍍層能（néng）夠（gòu）覆蓋實際需要的區域，這使得貴（guì）金屬鍍液的消耗增加。隻（zhī）要提高電鍍輪及模具的製造（zào）精度，就能提高生產效率並（bìng）降低生產成本，同時還能減少貴（guì）金屬鍍液（yè）的消耗，從而減少（shǎo）汙染。本文提出一個具有實際使用價值的高精度輪式點（diǎn）鍍模具加工方（fāng）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。

獲得引（yǐn）線框架單元的準（zhǔn）確尺寸

引線框架（jià）的尺寸直接影響（xiǎng）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（yī）同送達（dá），但是僅憑（píng）這（zhè）樣的*是（shì）無法精確設（shè）計電鍍輪的。精確的電鍍輪設計尺寸來（lái）源（yuán）應該（gāi）是生產（chǎn）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（dān）測量（liàng）。當設計及（jí）製造對（duì）測量精度的要求較高時，這種（zhǒng）測量方法的效率（lǜ）低，而且（qiě）測量精度不足以保證精確設計［３］。現（xiàn）采用如下方法進行測量：使用分（fèn）辨率為１μｍ的（de）影（yǐng）像測量儀對生產線（xiàn）使用的（de）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（chú）以ｎ就是每個引線框架（jià）單元的長（zhǎng）度，以ｍｍ為（wéi）單位，保（bǎo）留小數點後４位。圖１為引（yǐn）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（liào）帶上的多個單元測量（liàng）得到，保證了*在較大尺度之下的精確與穩定，獲得的尺寸*為（wéi）Ｌ。

精確計算電鍍輪工作（zuò）麵（miàn）的直徑

在一個電鍍輪的（de）工作麵周長上安（ān）排的（de）遮掩模具（jù）定為奇數Ｎ，這樣在長期的旋轉中（zhōng）不容易導致周期性的震顫。很多（duō）電鍍輪生（shēng）產企（qǐ）業對（duì）於電鍍輪工作麵直徑設計，通常是計算（suàn）過程中沒有考慮生產的實際情況，直接使（shǐ）用ＮＬ／π作為電鍍輪工作麵的直徑。這個計算失誤在於獲（huò）得*Ｌ的溫度是常溫，而電鍍輪工作環境（jìng）溫度根據鍍液（yè）的不同（tóng）大（dà）致在８０～１２０℃，此時引線框架及電鍍輪的尺寸（cùn）都會因（yīn）溫度的升高而變大。電鍍輪的製造材料是（shì）聚醚醚酮，而引線框架的材料是銅基合金，這兩種材（cái）料的熱膨脹係數不同，導致工作條件（jiàn）下帶材和電（diàn）鍍輪接觸麵長度出現差異，這在高精度製造（zào）中是不可忽略的［４］。由於定位誤差導致的帶（dài）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（chǐ）寸精度下降（jiàng）。為解決在工作環（huán）境下（xià）帶（dài）材和電鍍輪的尺寸（cùn）偏（piān）差，現提出如下（xià）的電鍍輪製造尺寸精確公式：ＤＣ＝ＮＬ（１＋αＹ（ＴＧ－ＴＣ））π（１＋αＰ（ＴＧ－ＴＣ））（１）式中：ＤＣ為常（cháng）溫下的電鍍輪直徑；Ｎ為電鍍輪一周布下的矽膠模個數；Ｌ為（wéi）單個引（yǐn）線框架的圓（yuán）周方向長度（dù），來源（yuán）於上一步的測（cè）量；αＹ為引（yǐn）線框（kuàng）架材料的熱膨脹（zhàng）係數；αＰ為電鍍輪材料的（de）熱膨脹係數；ＴＧ為電鍍輪的工作溫度（dù）；ＴＣ為常溫。這個公式的作用在於保證（zhèng）引線框架材料帶與電鍍輪的工作麵在工作溫度時的對應長度完（wán）全重合，從而（ér）保證了加工定位的準確性。此計算結果與忽（hū）略溫度的計（jì）算結果相差０．３％左右，在高速旋轉下（xià）這樣的差異不可（kě）忽略。此計算結果保留小數點後３位，單位為ｍｍ。

電鍍輪的（de）精（jīng）確加工方（fāng）法

在實際生產（chǎn）中經常有這樣的情況：生產一段時間之後電鍍輪的圓（yuán）度下降，帶料起皺（zhòu）或者（zhě）被拉（lā）扯，生產質量（liàng）嚴重受到影響。這些問題的根源來自電鍍輪製（zhì）造時的粗疏。很（hěn）多電鍍模具製造企業都用聚醚醚酮作為電鍍輪的製造材料，製造電鍍輪（lún）時直接把聚醚醚酮坯（pī）料裝夾在加工中心上（shàng）進行加（jiā）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（háng）裝（zhuāng）夾加工而導致的（de）整體細（xì）微變形，*在生產中被逐漸放大（dà），致使生產質量下降。本文給出一種能（néng）夠保證電鍍輪長時間工作而不變形的加工方法（fǎ）：首（shǒu）先，夾持坯料左側，加（jiā）工出右麵平麵並同時鑽孔攻絲；然後，用４５＃鋼製造（zào）一個圓盤，鑽上（shàng）同樣的孔位置並（bìng）攻絲，把坯（pī）料卸下（xià）並用（yòng）螺釘緊固在鋼製圓（yuán）盤之上；再次裝夾時（shí）夾緊鋼盤進（jìn）行加工，注意（yì）*去掉（diào）初次裝夾時夾緊的坯料（liào）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（dài）聚醚醚酮坯料進行裝夾，避免了加工裝夾對產品（pǐn）的應（yīng）力殘留，保證了電鍍輪產品長（zhǎng）時（shí）間工作後（hòu）形位精度不改變。電（diàn）鍍輪加（jiā）工精度在０．０１ｍｍ以下即（jí）可，普通四軸加工中心（xīn）的加工（gōng）精度都能達到這個要求。電鍍輪最重要的工作麵加工完畢之後不再裝（zhuāng）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（quán）實現工作狀態的動平衡，在高速旋轉中（zhōng）不會出現太大的振動。

創新的遮掩模（mó）設計

實際上對點鍍區域進行（háng）的位置控製，最終還是依靠柔性材料遮掩模實現，因（yīn）此，遮掩模的設計直接（jiē）影響點鍍（dù）區域（yù）的尺寸精度。目前多數點鍍模具（jù）製（zhì）造企業製造的雙組分矽膠遮掩模都存在點鍍區域邊緣（yuán）細微滲漏，導致產（chǎn）品鍍區邊緣模糊，甚至非鍍區的背（bèi）麵（miàn）也有（yǒu）部分滲漏。為解決鍍區（qū）附近的貴金屬滲漏及模糊邊緣問題（tí），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（gāo）０．１０ｍｍ、寬０．１２ｍｍ的刃口，並進行（háng）倒圓處理。這樣在掩模帶的（de）壓力下，刃口能夠完全封閉住貴金屬（shǔ）鍍液的滲漏，產生鮮明銳利的鍍區（qū）邊緣，提高產品質（zhì）量，保證鍍（dù）區尺寸（cùn）精度。此遮掩模由雙（shuāng）組分矽膠（jiāo）製成，製造過程應注意尺寸是否縮水。由於材料本身的特性，其能保持正常生產的效果為十個月左右，此後必須更換新（xīn）的遮掩模。

陶瓷定位釘的選擇

陶瓷定位釘（dìng）是電鍍模具（jù）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（wèi）置。目前行業通常（cháng）使用Ｄ１．５０ｍｍ的陶瓷定位釘，而（ér）定位（wèi）孔為１．６０ｍｍ，如此大的空隙是為了容納設計與製造中的不準確帶（dài）來的誤（wù）差。如果（guǒ）嚴格執行之前的設計與製造（zào）流程（chéng），可以使用（yòng）Ｄ１．５６ｍｍ的陶瓷定位釘。這樣鍍區將會被嚴格定位限製（zhì），加（jiā）上之前的遮掩模精確尺寸設計，就會（huì）有精度極高的鍍區邊緣尺寸控製。嚴格執行以上五個步驟，能夠把鍍（dù）區尺寸精度（dù）控製在單邊偏差０．０３ｍｍ之內，而（ér）目前行（háng）業（yè）內通常的精度為單邊偏（piān）差０．２０ｍｍ，在精（jīng）度上提升了一個數（shù）量級，能夠更好（hǎo）控製產品的質量及（jí）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。