輪式點鍍模具設計（jì）與製造解決方案

隨（suí）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（huò）得了空前的發展。在集成電路的生產中，引線框架是重要的（de）輔助材料。為了保證引線框架的工作性能，必須對其特定（dìng）區域進行局部貴金屬點鍍［１］。根據點鍍區控（kòng）製方法的不同，可將點鍍分為履帶式點鍍、壓（yā）板式點鍍（dù）及輪式點鍍三種類型。壓板式點（diǎn）鍍的模具製作簡單，但鍍層厚度不均勻，在引線框架累（lèi）積公差的影響下，長時間工作（zuò）後會產生鍍區偏移。輪式點鍍具有效（xiào）率高、鍍層厚度均勻等（děng）優點，但（dàn）對模具製作的要求（qiú）高［２］。履帶式點（diǎn）鍍結合了（le）壓板（bǎn）式點鍍和輪式點鍍的優點，但是在設備製造上具有較高的技術難度，目前在國內沒有（yǒu）實際應用（yòng）。在電鍍理論沒有革命性創（chuàng）新的情況下，目（mù）前的生產方式不會有太大的改（gǎi）變。本文對輪式點鍍模具的製造工（gōng）藝進行（háng）了改進，解決了模具製造精度不高、鍍區尺寸（cùn）控製（zhì）不嚴密（mì）及背麵滲漏貴（guì）金屬等問題。這（zhè）對降低輪式點鍍的（de）生（shēng）產成本（běn）及減少汙染有重要的現（xiàn）實意義。

高精度輪式點鍍（dù）模具加工方案

電鍍輪（lún）做高速旋轉運動，其內部放置（zhì）陽極噴頭，通過噴射貴金屬鍍（dù）液對待（dài）鍍材料帶進行局部（bù）點（diǎn）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（xìng）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（wèn）題是電鍍輪的形位精度低、尺寸精度差。現代高速生產中材料帶的速度為１５ｍ／ｍｉｎ左右，換算到電鍍輪上（shàng）大（dà）約為１～２ｒ／ｓ。此速度下電鍍輪的圓跳動（dòng）比較明顯，造成生產中材料帶顫抖（dǒu）並出現皺紋或卷帶（dài），使得產品質量及生產進度（dù）受到影響。另外，由（yóu）於電鍍輪製造精度不高（gāo），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（zhì）量的鍍層（céng）能夠覆蓋（gài）實際（jì）需要的區域，這使得（dé）貴金屬鍍液的消耗增加。隻（zhī）要提高電（diàn）鍍輪及模具的製造精度，就能提（tí）高生產效率並降低生產成（chéng）本，同時還能減少貴金屬鍍液的消耗，從（cóng）而減少汙染。本（běn）文提出一個具有實（shí）際使用價值的（de）高精度輪式（shì）點鍍模具加工方案：將現有（yǒu）的輪式點（diǎn）鍍模具的加（jiā）工精度提高，最終提高點鍍產品的生產質量及生產效率（lǜ）。

獲得引線框架單元的準確尺寸（cùn）

引線框架的尺寸（cùn）直接影響電鍍（dù）輪的（de）尺寸設計。實（shí）際生產中，引線框架的尺（chǐ）寸會隨著模具訂單一同送達，但是僅憑這樣的數（shù）據是無法精確設計電鍍輪的。精確的電鍍輪設計尺（chǐ）寸（cùn）來源（yuán）應該是生產中的引線（xiàn）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（shì）通過卡尺對每個尺寸進行簡單測量。當設計及製（zhì）造對測（cè）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］。現采用如下方法進行測量：使用分辨率為１μｍ的影（yǐng）像測量儀對（duì）生產線（xiàn）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（dào）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（diǎn）後４位。圖１為引線框架帶（dài）材（cái）樣品。如圖１所示，每（měi）個單元的精確尺寸（cùn）由連續材料帶上的多個單元測量得（dé）到，保證（zhèng）了數據在較大尺度之下的精確與穩定，獲得的（de）尺寸數據為Ｌ。

精確計（jì）算電（diàn）鍍（dù）輪工作麵的直徑（jìng）

在一個電鍍輪的工作麵周長上安排的遮掩模具定為奇數Ｎ，這樣在（zài）長期（qī）的旋轉（zhuǎn）中不容易導致周期性的震顫（chàn）。很多電鍍輪生產企業對於電鍍輪工作麵直徑設計（jì），通（tōng）常是計（jì）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（zuò）麵（miàn）的直徑。這個計算失誤在（zài）於獲得數據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（jí）電鍍輪的尺寸都會因（yīn）溫度的升高而變大。電鍍輪的製造材料（liào）是聚醚醚酮，而引（yǐn）線框架的材料（liào）是銅基合金，這兩種材料的熱膨脹係數不同，導（dǎo）致工作條件（jiàn）下帶材（cái）和電鍍輪接觸麵長度出現差異，這在高精度製造中是不可忽略的［４］。由於定位誤差（chà）導致的帶材卷帶事件常有（yǒu）發生。為了避免帶材起皺或卷帶，應加大定（dìng）位容許誤差（chà），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（xià）的電鍍輪製造尺寸精（jīng）確公式：ＤＣ＝ＮＬ（１＋αＹ（ＴＧ－ＴＣ））π（１＋αＰ（ＴＧ－ＴＣ））（１）式中：ＤＣ為常（cháng）溫下（xià）的電鍍輪直徑；Ｎ為電鍍輪一周布下的矽膠模個數；Ｌ為單個引線框架的圓周方向長度，來源於上（shàng）一步的測量（liàng）；αＹ為引線框架材料的熱（rè）膨脹係數；αＰ為電鍍輪（lún）材料的熱膨（péng）脹係數；ＴＧ為電鍍輪的（de）工作溫度；ＴＣ為常溫。這個公式的作用在（zài）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（shí）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（suàn）結果與忽略溫度的計算結果相（xiàng）差０．３％左右，在高速旋轉下這樣的差（chà）異不可忽略。此計算（suàn）結果保留小數點後３位，單位為ｍｍ。

電鍍輪的精確加（jiā）工方法

在實際生產中經常有這樣的情況：生產一段時間之後電鍍（dù）輪的圓度下降，帶料起皺或者被拉扯，生產質量嚴重（chóng）受到影響。這些問題的根（gēn）源來（lái）自電鍍輪製造時的粗疏。很多（duō）電鍍模具製造企業（yè）都用聚醚醚酮作為電鍍輪的製造材料，製造電（diàn）鍍輪時直接（jiē）把聚醚醚酮坯料裝夾在加工中心上（shàng）進行加工。而實際（jì）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（guò）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，最後（hòu）在生產（chǎn）中被逐漸放大，致使（shǐ）生產質（zhì）量下降。本文（wén）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，加工出右麵平麵並同時鑽孔攻絲；然後，用４５＃鋼製造一個圓盤，鑽上同樣（yàng）的孔位置（zhì）並攻絲，把坯料卸下並用螺釘緊固在鋼製圓盤之上；再次裝夾時夾緊鋼盤進行加工，注意最後（hòu）去掉初次裝夾時夾（jiá）緊的坯料區域，保證遠離電鍍輪最左端５０ｍｍ以上即可。此方（fāng）法利用一個鋼盤替代聚醚醚（mí）酮坯料進行裝夾，避免（miǎn）了加工裝夾對產品的應力殘留，保證了電鍍輪產（chǎn）品長時（shí）間工作後形位精度不改變。電鍍輪加（jiā）工精度在０．０１ｍｍ以下即可，普通四軸加工（gōng）中心的加工精度都能達到這個要求。電鍍輪最重要的（de）工作麵加工完畢之後不再裝夾，而是直接對遮掩（yǎn）模槽位進行加工。應注意（yì），電鍍輪上的螺（luó）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（huì）出現太大的振動。

創新的遮掩模設計

實際上對點鍍區域進行的位置控製，最終還是依靠柔性材（cái）料（liào）遮掩模實（shí）現，因此，遮掩（yǎn）模的設計直接影響點鍍區域的尺寸精度。目前多（duō）數點鍍模具製造企（qǐ）業製造的雙組分矽膠（jiāo）遮掩模都存在點鍍區域邊緣細微滲漏，導致產品鍍區邊（biān）緣模糊（hú），甚至（zhì）非鍍區的背（bèi）麵也有（yǒu）部分滲漏。為解決鍍區附近的貴金（jīn）屬（shǔ）滲（shèn）漏及模糊邊緣問題，現提出如下（xià）遮掩模設計改進方案：在（zài）遮（zhē）掩模的工作開口部分增設一圈高０．１０ｍｍ、寬０．１２ｍｍ的刃口，並進行倒圓處理。這樣在掩模帶的壓力下，刃口能（néng）夠完全封閉住貴金屬鍍（dù）液的滲漏，產生鮮（xiān）明銳利的鍍（dù）區邊緣，提（tí）高產品質量，保證鍍區（qū）尺寸精度。此遮掩模由雙（shuāng）組分（fèn）矽膠製成，製造過程應注意尺寸是否縮水。由於材（cái）料（liào）本（běn）身的特性，其能保持正常生（shēng）產的效（xiào）果為十個月左右（yòu），此後必須更換新的遮掩模。

陶（táo）瓷定位釘的選（xuǎn）擇

陶瓷（cí）定位釘是電（diàn）鍍模具特殊的（de）專用（yòng）零件，它直接影響（xiǎng）引線框架帶材在電鍍（dù）輪上的相對位置。目前行業通常使用（yòng）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製（zhì）造中的不準確帶來的誤差。如果嚴格執行之前的設計與（yǔ）製造流程，可以使用Ｄ１．５６ｍｍ的陶瓷定（dìng）位釘。這樣鍍區（qū）將會（huì）被嚴格定位限製（zhì），加上之前的遮掩模（mó）精確尺寸設計，就會有精度極高的鍍區（qū）邊緣尺寸控製。嚴格執行以上五個步驟，能夠把鍍區尺寸精度控製在單邊偏差０．０３ｍｍ之內，而（ér）目前行（háng）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（jí），能夠更好控製產品的質量及生產成本（běn）。圖２為完成的輪（lún）式點鍍模具。圖２中可見白色定位釘。