Устройство для формовки и обрезки выводов микросхем
DEVICE FOR FORMING AND CUTTING OFF MICROCIRCUITS TERMINALS

Изобретение относится к производству радиоаппаратуры с использованием микросхем.
Наиболее часто в качестве материала для выводов микросхем используется сплав ковар (железо, никель и кобальт) или сплав силмет (железо, никель и хром). Эти сплавы имеют малые значения температурного коэффициента линейного расширения (ТКР), хорошо согласованные в рабочем и технологическом диапазоне температур с коэффициентами расширения большинства стекол (для ковара ТКР составляет 47-Ю-7 1/°С, а для стекла - 46-Ю-7 1/°С).
Существенная особенность большинства типов корпусов микросхем заключается в том, что некоторая часть длины вывода находится под наплывом стекла (или керамики). При формовке выводов нельзя повреждать эти наплывы изоляции. В связи с этим конструкция штампа для формовки и обрезки выводов должна обеспечивать создание независимых и последовательных усилий прижатия, формовки и обрезки. Величины этих усилий подбираются так, чтобы обеспечить целостность гальванического покрытия выводов, приложить минимальное растягивающее усилие вдоль оси вывода и получить заданную конфигурацию формовки. При формовке и обрезке выводов микросхем допускаются следы (отпечатки) от инструмента на выводах микросхем, не приводящие к нарушению гальванического покрытия: нарушение гальванического покрытия выводов приводит к коррозии. При этом конструкция штампа должна обеспечивать жесткое крепление каждого вывода микросхемы вне зоны наплыва стекла или керамики. Участок вывода на расстоянии 1 мм (для некерамических плат) или от 0,8 до 1,0 мм (для керамических плат) от тела корпуса не должен подвергаться изгибающим и крутящим деформациям. При формовке должны быть соблюдены допустимые радиусы изгиба. Формовку выводов микросхем прямоугольного поперечного сечения необходимо производить с радиусом изгиба не менее двух толщин вывода, а выводов круглого сечения с радиусом не менее двух диаметров. Обрезать незадействованные внутри корпуса выводы микросхемы или выводы, которые не используются в схеме ее применения и не влияют на работоспособность микросхемы, можно на расстоянии 1,0 мм от тела корпуса, однако следует учесть, что по выводам от ИС (особенно малого размера) отводится значительная часть тепла.
2
При подготовке микросхем к монтажу на печатные платы (операции рихтовки, формовки и обрезки выводов) выводы подвергаются растяжению, изгибу и сжатию. Поэтому при выполнении операций по формовке необходимо следить, чтобы растягивающее усилие было минимальным. В зависимости от сечения выводов микросхем оно не должно превышать определенных значений (например, для сечения выводов от 0,1 до 2 мм - не более 0,245…19,6 Н).
Известны устройства для формовки и обрубки выводов микросхем. Среди них наиболее релевантными к рассматриваемому устройству являются US 4907628, US 3796201, US 4103718, US 2009093086, JPH 0823060.
Как правило, все устройства для формовки и обрубки выводов микросхем выполнены по общей схеме. Устройство содержит основание, на котором закреплена стойка, несущая привод перемещения вверх-вниз закрепленного с возможностью возвратно-поступательного перемещения в вертикальном направлении пуансона, несущего нож, а на основании закреплена матрица для размещения микросхемы с расположением ее выводов под линией перемещения пуансона с ножом. При этом матрица выполнена в зоне резки ступенчатой для образования перегиба выводов, а пуансон выполнен также со ступенчатой рабочей частью, которая при перемещении пуансона сначала отгибает выводы и подводит отогнутые концы под линию ножа.
По такому принципу функционирования создано устройство для формовки и обрубки выводов микросхем, описанное в US 3796201, B21F 1/00, опубл. 12.03.1974 г. Это устройство принято в качестве прототипа.
Это устройство для формовки и обрубки выводов микросхем содержит основание, на котором смонтирована стойка, несущая ручной привод, обеспечивающий перемещение по одной направляющей в вертикальном направлении пуансона, несущего элемент для изгибания выводов микросхемы, а также закрепленную на основании матрицу, несущую губку для опоры выводов микросхемы снизу с размещением этих выводов поперек направления перемещения пуансона, имеющее элемент для обрезки концов выводов, элемент, повторяющий контур изгиба выводов микросхемы, а также пружины для регулирования усилий, реализуемых на пуансоне для изгибания и обрезки выводов микросхемы. В этом устройстве один блок пружин используется для возврата пуансона в исходное положение, а другой блок пружин оказывает воздействие на пуансон для формирования заданного усилия, приводящего к деформации выводов микросхемы и последующей обрезке выводов.
При этом кинематика устройства построена таким образом, что сначала одна часть пуансона прижимает выводы к ответной части на участке, прилегающем к корпусу микросхемы, затем изгибает их, а затем другая часть смещается вниз для обрезки излишков длины выводов. Особенностью известного устройства является то, что микросхема укладывается в гнездо на матрице, а ее выводы с двух противоположных сторон прижимаются к ответной части на матрице. Процесс прижатия, изгиба и обрезки проводится для всех выводов на противоположных сторонах корпуса микросхемы. Из-за исполнения схемы одновременной обработки выводов на двух сторонах корпуса качество процесса снижается. Это объясняется тем, что выводы микросхемы в исходном состоянии не позиционированы горизонтально и рядно, и в гнезде корпус микросхемы может не лечь точно на поверхность гнезда с плотным прилеганием. А при прижатии выводов на участке, прилегающем к корпусу микросхемы, происходит выравнивание рядности выводов, что приводит к растяжению одних выводов и к деформации других и принятию корпусом микросхемы такого положения на гнезде, при котором все деформации уравновешиваются. Именно этот участок является важным с позиций сохранности и неповрежденности корпуса и выходящих из него выводов. Но в итоге в устройстве выравнивается рядность выводов при неизвестном положении корпуса микросхемы. Дальнейшие операции по изгибу и резке проводятся на участке выводов, положение которых прямо связано с установленной рядностью выводов у самого корпуса. Эти последствия прямо связаны с тем, что проводится обработка выводов одновременно с двух сторон корпуса при том, что отсутствует позиционирование корпуса в гнезде, которое соответствовало бы положению выводов после их обработки.
Таким образом, главным недостатком известного устройства является низкое качество формования, которое не учитывает положение корпуса микросхемы в матрице.
Также недостатком известного устройства является его применимость для формовки только одной конструкции микросхем.
Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении качества формования выводов и возможности формования выводов микросхем с любым расположением выводов, толщиной и высотой выводов.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для формовки и обрубки выводов микросхем, содержащее основание, на котором смонтирована часть привода, обеспечивающая перемещение по направляющим в вертикальном направлении пуансона, несущего элемент для изгибания выводов микросхемы и элемент для обрезки концов выводов микросхемы, а также закрепленную на основании матрицу, несущую губку для опоры выводов микросхемы снизу с размещением ее выводов поперек направления перемещения пуансона, имеющее элемент, повторяющий контур изгиба выводов микросхемы, а также пружины для регулирования усилий, реализуемых на пуансоне для изгибания и обрезки выводов микросхемы, снабжено второй направляющей, между которыми на основании размещена матрица для установки выводов с одной стороны микросхемы, пуансон выполнен из трех отдельных частей, смонтированных одна под другой на направляющих с возможностью перемещения по последним в вертикальном направлении, и между каждыми соседними из которых по обе стороны от матрицы размещены с опиранием на стенки частей пружины, жесткость пружин, размещенных между верхнерасположенной и среднерасположенной частями больше жесткости пружин между среднерасположенной и нижнерасположенной частями, при этом элемент для изгибания выводов микросхемы выполнен в виде вертикально ориентированной пластины, закрепленной на среднерасположенной части, а элемент для обрезки концов выводов микросхемы в виде пластины со скошенным концом закреплен на верхнерасположенной части и выполнен с продольными сквозными отверстиями, дистантно расположенными по длине этой пластины для размещения в них поперечно расположенных втулок, прикрепленных к пластине элемента для изгибания выводов микросхемы, а на нижнерасположенной части с примыканием к пластине элемента для изгибания выводов микросхемы размещена пластина прижима выводов микросхемы к ответной части на матрице.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящее изобретение поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг. 1 - общий вид устройства для формовки и обрубки выводов микросхем;
фиг. 2 - то же, что на фиг. 1, вид сбоку;
фиг. 3 показано положение узлов перед началом формовки и обрезки;
фиг. 4 показано положение узлов после формования и обрезки выводов микросхемы.
Согласно настоящего изобретения рассматривается конструкция устройства для формовки и обрубки выводов микросхем, которое обеспечивает щадящую по воздействию на поверхность выводов формовку с гарантированным исключением нарушения герметизации или разрушения корпуса микросхемы и той части выводов, которые примыкают непосредственно к корпусу микросхемы.
В общем случае это устройство состоит из основания 1, на котором смонтированы две вертикально ориентированные направляющие 2, на которых в верхней их зоне смонтирована часть 3 привода (исполнительная часть эксцентрикового механизма 4, работающего от привода 5, закрепленного на основании 1), обеспечивающая перемещение по направляющим в вертикальном направлении пуансона. При вращении за счет применения эксцентрикового механизма 4 часть 3 привода имеет возможность опускаться по направляющим в направлении к основанию и возвращаться в исходное положение. Применение эксцентрикового механизма 4 позволяет обеспечить цикличность работы пуансона, несущего инструменты для формования и обрезки выводов микросхемы.
Пуансон несет на себе элемент 6 для изгибания выводов микросхемы 7 и элемент 8 для обрезки концов выводов микросхемы.
На основании закреплена матрица 9, несущая нижние элементы формовки (нижний прижим и нижний формовщик) и обрубки микросхемы с размещением ее выводов поперек направления перемещения пуансона. Матрица имеет элемент 10, повторяющий контур изгиба выводов микросхемы.
В системе присутствует как группа (блок) пружин для регулирования усилий зажима выводов, между удерживающими верхней и нижней губками путем изменения их количества, так и блок пружин для обеспечения собственно формования и последующей обрезки выводов.
Устройство выполнено с двумя направляющими 2, между которыми на основании размещена матрица 9 для установки микросхемы 7.
Пуансон выполнен из трех отдельных частей 11, 12, 13, смонтированных одна под другой на направляющих с возможностью перемещения по последним в вертикальном направлении, и между каждыми соседними из которых по обе стороны от матрицы размещены с опиранием на стенки частей пружины 14 и 15, организованные в пружинные блоки.
Жесткость пружин 14, размещенных между верхнерасположенной 11 и среднерасположенной 12 частями больше жесткости пружин 15 между среднерасположенной 12 и нижнерасположенной  13частями.
Элемент 6 (верхний формовщик) для изгибания выводов микросхемы выполнен в виде вертикально ориентированной пластины, закрепленной на среднерасположенной части 12.
Элемент 8 для обрезки концов выводов микросхемы выполнен в виде пластины со скошенным концом и закреплен на верхнерасположенной части 11. Эта пластина также выполнена с продольными сквозными отверстиями 16, дистантно расположенными по длине этой пластины для размещения в них поперечно расположенных втулок 17, прикрепленных к пластине элемента 6 для изгибания выводов микросхемы и обеспечения в пределах зазоров между стенками отверстий и втулками относительного смещения пластин. Таким образом, пластина элемента 6 для изгибания выводов микросхемы может смещаться относительно пластины элемента 8 для обрезки концов выводов микросхемы в пределах границ паза 16.
На нижнерасположенной части 13 с примыканием к пластине элемента 6 для изгибания выводов микросхемы размещена пластина 18 прижима (верхний прижим) выводов микросхемы к ответной части 19 (нижний прижим - губка для опоры выводов микросхемы снизу) на матрице.
Ниже рассматривается конкретный пример исполнения устройства и принцип его работы.
Устройство приводится от эксцентрикового механизма. С верхнерасположенной частью 11 пуансона связан толкатель 20 эксцентрикового механизма 4, который при движении увлекает пуансон, с которым жестко скреплен, вниз. Перемещение частей пуансона производится по направляющим 2, образованным цилиндрическими стойками, через шариковые втулки 21 или подшипники скольжения. Верхняя часть 11 пуансона давит на пружинный блок (пружины 14), у которого усилие предварительного сжатия не менее усилия формовки (деформации контактной группы до придания заданной формы). На части 11 пуансона закреплен нож (пластина элемента 8 для обрезки выводов). Крепление ножа к части 11 может осуществляться через сменную прокладку. Толщина сменной прокладки определяется толщиной вывода микросхемы и радиусом изгиба формуемой части выводов микросхемы 7 и зону обрезки.
Аналогично пружины 15 другого пружинного блока (между частями 12 и 13 пуансона) принуждает к движению часть 12, в пазу которого заневолен верхний формовщик выводов (пластина элемента 6 для изгибания выводов). С другой стороны, верхний формовщик кинематически связан с ножом через втулки 17, которые могут перемещаться в вертикальных пазах (отверстиях 16) ножа. Таким образом верхний формовщик получает усилие от части 12 пуансона, а с другой стороны имеет свободу горизонтального перемещения, обусловленного кинематической связью как с частью 11 пуансона через зазоры в отверстиях 16, так и с ножом.
Соответственно, часть 12 пуансона давит на пружины 15 пружинного блока, у которого усилие предварительного сжатия больше, необходимого для прижима контактной группы к нижнему формовщику для обеспечения последующей формовки. Пружины 15 принуждают пуансон, на котором закреплен верхний прижим, прижать выводы микросхемы к нижнему прижиму.
Учитывая, что усилие предварительного поджатия пружин 14 пружинного блока значительно больше аналогичного усилия пружин 15, порядок взаимодействия инструментов пресса происходит следующим образом. Сначала начинают двигаться все части пуансона одновременно до соприкосновения пластины 18 верхнего прижима с контактной группой микросхемы, прижатой к нижнему формовщику (ответной части 19 матрицы - губке для опоры выводов микросхемы) в основании пресса (прижим контактов).
Часть 13 пуансона при этом останавливается, а остальные части 11 и 12 продолжают движение. Верхний формовщик (пластина элемента 6 для изгибания выводов), продолжающий движение, производит деформацию контактов микросхемы до момента упора верхнего формовщика через согнутые контакты в нижний формовщик (элемент 10 матрицы, повторяющий контур изгиба выводов микросхемы) и останавливается (формовка выводов).
Нижний формовщик 10 жестко закреплен в основании 1, а нижний прижим 19 выполнен подвижным, положение которого по вертикали определяет высоту отформованного вывода. Нижний прижим 19, имеющий снизу форму клина, с одной стороны заневолен в пазу корпуса 1, а снизу ограничен подвижным клином 22. Таким образом, нижний прижим 19 вынужден совершать вертикальные перемещения от горизонтальных перемещений подвижного клина 20. Подвижный клин 22, в свою очередь получает горизонтальные перемещения от актуатора 23. В качестве актуатора может выступать пневмопривод, передача винт-гайка, линейный шаговый двигатель.
Далее продолжающий движение нож обрубает отформованные контакты (обрубка).
При формовке выводов микросхемы возникают усилия, стремящиеся отжать верхний формовщик 6 (и пластину 18 верхнего прижима) вместе с ножом в горизонтальном направлении в сторону от микросхемы. Для предотвращения этого явления в нижней части 13 пуансона закреплен кондуктор 22 (крепление может быть выполнено через сменную прокладку). Толщина такой прокладки определяется толщиной выводов микросхемы.
Устройство может снабжаться упором 24, ограничивающим ход верхнего формовщика. Верхний формовщик производит деформацию контактов микросхемы до того момента, когда упор упрется в корпус основания пресса и часть 12 пуансона. Вылет упора определяет, до какой точки дойдет верхний формовщик. Вылет упора можно регулировать за счет прокладок. Если упор упрется в прокладку толщиной, равной толщине вывода микросхемы, то, тем самым, это предохранит уже сформованный вывод от дальнейшего воздействия верхнего формовщика и его травмирования.
В другом варианте исполнения упором служит палец 25 блока пружин, нижняя часть которого имеет резьбовой хвостовик, на который навернута накидная гайка 26. В этом варианте исполнения упор кинематически жестко связан с пуансоном 12. Верхний формовщик производит деформацию контактов микросхемы до того момента, когда гайка упрется в корпус основания пресса. Ход формовщика также можно ограничивать с помощью прокладок толщиной, равной толщине вывода микросхемы.
Настоящее изобретение промышленно применимо и может быть изготовлено промышленным образом. Особенностью заявленного устройства является то, что применение пружинных блоков с разной жесткостью и возможность отдельных перемещений частей пуансона позволяет обеспечить пошаговое силовое воздействие на выводы, которое исключает повреждение самих выводов. Прижатие части выводов в зоне у корпуса микросхемы к ответному элементу на матрице гарантировано фиксирует эту опасную зону от силового воздействия формовщика и ножа. Применение двух направляющих для частей пуансона позволяет исключить перекосы пуансона и его инструментов и гарантировано определяет точную линию перемещения ножа и формовщика. Выполнение формования выводов только с одной стороны корпуса микросхемы позволяет применить позиционер корпуса микросхемы, который определяет горизонтальное положение корпуса и позволяет сформировать рядность выводов на участке, прилегающем к корпусу, в соответствии с геометрией корпуса.