發布日期：2022-04-26 點擊率：93
作者：Bradley Smith， Allegro MicroSystems, ILC
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導致磁性反向偏壓的 Allegro? 霍爾效應器件損壞的常見原因之一就是為了準備器件最終組裝而進行的各種引腳成形操作。本應用說明提供了設計工具以完成器件最終準備工作時需要考慮的具體信息和總體思路。應用說明使用霍爾效應器件設計子總成的指南 (AN27703) 必須與本文件配合使用。
本應用說明中的圖片和注釋不是關于此主題的全面完成的工作，僅說明可能的配置，以盡量減少封裝、引腳和精細內部電線上的有害應力。所提出的思路是基于生產環境中的故障分析經驗。因此，本文檔不提供 Allegro 的保證或擔保，用戶有責任對其流程進行充分定性、限定和控制。
圖 2 顯示了 Allegro 提供的具有磁性反向偏壓的霍爾效應器件各種封裝類型的一般封裝配置。SE 封裝與其他封裝類似，并具有擴展引腳，但封裝外殼更大，引腳長度更長。SE 和其他封裝有細微差別需要考慮（見圖 3）。
封裝 SG、SH 和 SJ 使用相同的封裝外形和引腳長度。它們之間的區別僅在于 SH 封裝有兩個切邊引腳（剩余的兩個引腳也比 SG 和 SJ 稍寬），SJ 的引腳展開，而 SG 和 SH 引腳是直的。
SE、SH 和 SJ 封裝不需要用戶展開引腳，并且引腳配置使得焊接比 SG 封裝更容易。因此，如果一個進程當前正在使用 SG 并展開引腳，則如果 SJ 對該器件可用，應被視為替代。
（注：本應用說明側重于具有集成反向偏壓的封裝。Allegro 還提供其他無反向偏壓但具有類似引腳成形要求的長引腳封裝。這些封裝如圖 4 所示。
本節討論了設計引腳成形過程的一些一般注意事項。
夾具設計
在設計夾具時應考慮以下功能：
放置迅速、可重復（選擇低磨損器件特征和接近路線）
適當的壓力（壓縮見證標記應可見，但不會過度破壞引腳表面電鍍，同時防止引腳在外殼表面移動）
使用快速斷開裝置（設計可換出的固定裝置夾具，以便離線維護），盡量減少停機時間
易于維護和清潔（固定裝置應可以通過簡單的銷釘或夾具鎖定和解鎖；通過設計基準面來消除重新校準）
夾具放置
Allegro 反向偏壓器件模制外殼的兩側為平面，如圖 5 所示。這些平面可用于在引腳成形自動化過程中實現最佳對準，其中必須施加高壓以抵抗該過程中的器件運動。如圖 5 所示，器件緊貼基準面放置，方便對準，因此能夠保持穩定，同時僅將壓力僅施加在引腳上。這防止封裝內部承受過大的力。
如圖 6 所示，外殼后部設有額外的導向凹槽。它們相對于霍爾元件的 x 軸和 y 軸正交定向，可以在組裝到最終載體時用于器件的角度定向。
在大容量自動化引腳成形操作期間，不應將凹槽用于對準。這些部件的材料相對具有磨損作用。在這些部件中楔入對準工具，楔入程度應足夠抵抗需要相對于研磨材料滑動的引腳成形力。這會快速磨損工具邊緣，降低對準經度。因此，這些部件不應用于引腳成形中的精細對準。建議使用器件外殼的平面，因為工具不會擦傷外殼材料。
夾具壓力
有效夾持的目的是可靠地隔離引腳根部、封裝外殼和內部電子連接，使之不承受來自引腳成形操作的任何應力。因此，應該有足夠的夾緊力，在引腳的上表面和下表面的鍍層上產生“壓縮見證標記”（可作為質量和過程控制檢查，確認夾緊力是否足夠）。但是，應仔細調整夾具，使應力不會導致引腳基體材料的過度破碎或銷板的過大位移。
作為一般的指導原則，見證標記應該明顯可見，在引腳的整個寬度上產生閃亮的帶狀痕跡。這種光澤是由夾緊壓縮對無光澤錫鍍層的壓扁效果而造成的。仔細觀察，良好的夾緊壓力會導致鉗夾邊緣處留下兩條平行的閃光帶狀痕跡，之間則是由夾具表面造成的輕微凹陷區域，該區域的光澤不如平行帶狀區域，但亮過夾具未接觸的區域（見圖 7）。壓縮見證標記模式應為：
在引腳的兩邊明顯
引腳兩側的壓紋一樣深
引腳的整個寬度痕跡均勻
垂直于引腳的側面
所有同時夾緊的引腳都均勻
引腳鍍層的輕微變形是可以接受的，但不應該破壞引腳本身的結構完整性。
夾具可維護性
夾具性能下降有兩個常見原因：
碎屑積累
承載表面磨損
兩者都是重復制造過程的必然結果，但不應該導致降低生產率和質量。應該使用統計預防性維護計劃制定的時間表來維護夾具，并通過預測性夾具設計來促進清潔和工具更換。
避免刮擦任何表面
允許移除封閉區域以便進行快速浸沒清洗
允許快速更換承載表面
第一項需要允許切向接觸的工作臺設計。第二和第三項可以通過設計可移動的配件來實現。圖 8 所示的方法是將兩個固定裝置安裝在現成的直線軸承上。
在軸承上移動，即可交換兩個固定裝置。我們還提供精密軸承，其含有內置鎖定桿，將固定裝置固定到位。
工具可以從軸承上的級段移除，或者在原處進行維修，同時在另一個級段繼續使用工具進行生產。
工作臺設計
理想情況下，應使用最少的工作臺：
最嚴格的任務——器件的定向和引腳夾緊，可以進行最少次數；如果必須進行多次夾緊，則應重新放置
每個任務需要最短持續時間（多個階段串聯運行要求所有操作以最慢運行的速度執行）
轉換時間（器件從一個站點到下一個站點的移動）可以盡量縮短
在上一階段完成時預定位工具即可使設置時間最小化（定位下一階段的工具），并且可以在前一階段的工具正在清除時開始下一個操作
本節所述的過程可以在最少一個夾緊階段中完成。該夾緊操作用于定位用于修整引腳 3、然后彎曲和修整剩余的引腳的裝置。下一節描述了剩余引腳的可選伸展（僅針對具有四個全長直線引腳的 SG 封裝）。在這種情況下，由于有專門刀具，因此將使用第二次夾緊。
請注意，許多器件都可以在預先彎曲的 SJ 封裝中使用，應該在可用時選擇該封裝，而不是在制造后進行彎曲。
圖 9 至圖 14 說明了引腳成形工藝以及引腳初始夾緊的起始步驟。該設計使用相對的頂部和底部雙夾具（圖 9）。假設在此步驟之前，用戶已經設置了帶盤分離站，以撕開上封帶并且通過機械臂依靠磁力從容器中取出該器件，使其正確地定向，并將其放入引腳夾具工具。
可以制造一個簡單的夾持工具，利用磁性和封裝外殼表面以精確和可重復的方式安裝器件。這種引腳夾具工具設計說明了如何在引腳下方、封裝外殼側面利用封裝外殼平面，將封裝外殼緊靠底部夾具內表面正確地定向（二維）（圖 10）。圖 11 顯示了底部夾具的主要特征（參見圖 12 中的詳細視圖）。操作的垂直度由夾緊動作本身控制，由頂部夾具施加，頂部夾具可以是一條簡單的桿。該夾具設置的設計理念是將封裝外殼和引腳從傳播到封裝外殼中的任何應力隔離開來。
請注意，底部夾具在引腳下方具有設置為彎曲偏移的寬度，在 90 度引腳彎曲后，引腳與封裝外殼分離（見圖 13 中的放大視圖）。如果需要加大離封裝外殼的距離，則可以使用連接到內底夾具的墊片。
封裝外殼不與任何表面、頂部或底部接觸，除了引腳下方的前邊緣和一側的一個點（參見圖 10 ），后者幫助夾具的定向，而器件因磁性而保持位置不移動。因此，封裝外殼基本上是“自由的”，被舉在空中。封裝外殼的定向應該是通過夾具本身的夾持動作一直保持在適當的高度，并且與底部夾具成 90 度。
細節圖（圖 13）顯示，底部夾具在夾具的外邊緣上具有輕微的倒角半徑，以允許引腳的內部彎曲區域形成，而不會產生過大的應力。請注意
，引腳 3 下面的前邊緣部分無倒角，而是尖銳的直角，以方便修剪引腳。
還需要考慮的唯一因素是夾具上的邊對邊定向（這對于引腳 3 拆卸步驟非常很重要）。將底部夾具一側靠住側壁即可實現。應該只有一個側壁，以便可以被裝置的磁性吸引，允許器件的一側作為用于修剪引腳 3 的左右對準的基準。
在許多器件上，引腳 3 都是測試和診斷引腳，通常不會在最終應用中使用，因此在客戶組件中經過修剪和/或連接到接地引腳。通常用于 2 線器件的 SH 封裝，引腳 2 和 3 在工廠進行了修整，但經常被客戶修剪成靠近封裝體。
要修剪引腳，可將上一步驟的頂部和底部夾具用作引腳封裝側的砧座（請注意，在引腳 3 下面不應有弧形或倒角，而應該是尖銳的 90 度邊緣）。
在沖頭修整引腳之前，應該從引腳下方放置砧座，支撐引腳的拉桿側。砧座邊緣與封裝外殼的距離應相對于最后的 90 度引腳彎曲和未修整引腳的長度進行設置，使得修剪后的剩余部分不會干擾后續處理步驟，例如修剪引腳 1、2 和 4（見圖 15）。
現在引腳已經做好成形準備了。引腳彎曲有兩種常用的方法：槳片成形（固定承載面）和滾軸成形（旋轉承載表面）。雖然這兩種方法各種優劣，但 Allegro 建議使用滾壓成形。使用槳片成形時，不應將引腳靠在封裝主體上成形，因為這可能損壞封裝體內部的引腳和電氣連接。Allegro 只贊同在引腳被正確夾緊，并且在夾緊面上進行成形時使用槳片成形。
不建議靠著封裝體進行槳片成形，因為力可能傳遞到內部導線，從而導致斷裂。然而，如果在引線上使用頂部和底部夾緊，則可以使用槳片成形。由于應力的關系，鉗口的夾具厚度應比滾壓成形所需的厚度要大一些。
槳片成形工具應位于旋轉軸上，其中槳葉的承載面與軸的旋轉軸線對準。理想情況下，旋轉輪廓與引腳的原始平面和彎曲后最終平面相切。
槳片的承載面應該在連桿上覆蓋整個引腳的長度。這樣方可在彎曲期間實現力的最大分布。旋轉底座應小心設置，以在制動時留下足夠的空間，以容納引腳的厚度和彎曲偏移（夾具和任何墊片的厚度），避免將引腳壓在夾具上。通過在拉桿上施加壓力，如果需要，可產生輕微的過度彎曲。
滾壓成形
滑塊或閘刀成形工具對引腳施加極大的力量，刮擦和擦拭鍍層，如果設置過進，則可能剪切引腳。因此不建議這樣做。推薦的成型工具是一種滾壓成形頭，在器件被牢固地夾緊（圖 19）時，滾軸成型頭以最小的摩擦力在引腳上滾動，形成 90 度彎曲。滾壓成形是引腳成形破壞最小的方法，正確夾緊時不會對封裝外殼或內部電線施加任何應力。
應針對對引腳的沖擊力優化滾軸的直徑。一般而言，直徑越大，沖擊離器件外殼越遠，而所需的夾緊力就越小。然而，沖擊應該在引腳最寬處、也就是離器件外殼較近處發生。沖擊點不應該在引腳狹窄的位置。
請注意，滾軸的位置必須仔細設置、監控和維護，以防滾軸離夾具的距離小于器件引腳的厚度（保持引腳不被壓平，鍍層也不會過度損壞）。
彎曲金屬時，總是有幾度回彈。一般而言，這都不重要，但是如果不能接受回彈，則在使用滾軸成型時，可以使底部夾具略微傾斜，以允許引腳在夾緊面下方稍微過度成形（圖 20）。可以用凸輪對滾軸定位，以適應該區域中的過度成形。但效果微乎其微。
現在可以將底部夾具主體的下邊緣用作砧座，在下部夾具下方將其余的引腳修剪到最終長度（圖 22）。
沖頭
Allegro 反向偏壓器件具有內部磁性顆粒，在引腳成形期間有助于器件在夾具中定向。引腳成形完成時，可利用磁力吸引從夾具中提取器件。然而，必須克服對夾具的吸引力，方可使用磁性拾取器將器件提取并運輸到下一個工作站。
如圖 24 所示，提取程序的第一階段是釋放頂部夾具并將其移除以便拾取器操作。器件仍被底部夾具夾持，因為反向偏置磁性顆粒位于器件的下部，因此器件受到的底部夾具吸引力比頂部夾具要大。
在第二階段中，使用機械擱板（可以集成到底部夾具中）將器件從底部夾具（磁力最強的部分）提起。請注意，器件也被磁力吸引到底部夾具的側面和前部，因此必須注意避免將機械擱板抬高得太高，導致器件脫離底部夾具的限制。當器件被提起時，隨著傾斜的側面向上移動夾具的壁，它將稍微移動。
在第三個階段和最后階段，可以使用鐵磁拾取器來克服對夾具的剩余磁吸引力，并提升器件以運送到下一個工作站。
SE、SH 和 SJ 封裝配置有擴展引腳，方便為焊接頭電極提供足夠的間隙，以進行接觸或焊接。如果這些封裝不適用于所需的器件，并且使用了 SG 封裝（或其他帶有直線引腳的封裝），則可能需要展開引腳才能在最終載體組件中提供間隙。
圖 25 和 26 顯示了一種可能的解決方案。固定裝置有三種類型的部件：
前后夾具，用于限制器件引腳并引導其他工具的移動
形成工具嵌入件，用于將引腳壓入后夾具的凹槽中
形成工具攤開器，用于均勻地對插入工具施加角力
兩個展開引腳是通過在一個位置（相應的工具插入件的弧形彎曲）施加力并且然后被壓靠在后夾具的成形體上而形成的，因此引腳為平行展開。兩個側引腳應同時展開，以平衡過程中的應力。可通過成形體的輕微斜面容納回彈。
注：Allegro 強烈反對引腳手動成型。使用機械臂將器件引腳插入成形夾具，可實現關鍵性的質量增強，以提升重復性和統計過程控制 (SPC)。應仔細監測和優化以下幾點：
加速度、速度和插入力
工具表面的加載和器件引腳的擦刮
插入距離（不要超過適當的設定高度尺寸）
圖 19 和 20 顯示了執行如本文檔（圖 28）描述的夾緊程序的結果和未正確夾緊的對比結果（圖 29）。然而，更值得關注的問題是，如果引腳沒有正確夾緊、未能將內部器件結構與引腳成形的動態力充分隔離，則可能導致接線和絲焊的內部損壞。
這種損壞可能不會立即顯現，但可能由于振動或反復熱膨脹和收縮而在稍后出現。因此，通過精心設計和維護的刀具策略來避免損壞的風險是最有效的。
Allegro 必須強調，本文檔中提供的信息僅供初步參考。必須考慮和改進所描述的尺寸、材料和技術，以適應每個應用的特定工藝要求。
有關所討論的 Allegro 封裝的更多信息，或有關引腳成形操作的建議，請聯系您當地的 Allegro 現場服務代表。Allegro 公司的網站上提供了聯系信息，/en/Sample-And-Buy/Contact-Sales.aspx
在 Allegro 網站的“封裝”部分中，“塑料偏置”文檔提供了本說明中描述的器件的參考尺寸。文檔所在位置：
www.allegromicro.com/en/Design-Center/Packaging.aspx.
不應使用的一種工具是如圖 A-2 所示的集成梳狀夾具。這種夾緊配置導致鍍層和引腳基體材料因為引腳的輕微錯向而分裂和碎裂。此外，由于堵桿突起導致比標稱引腳寬度更大的寬度，因此需要特別注意避免干擾或破碎。圖 A-1 顯示了可能導致的損壞示例。
如果在生產后檢查中發現未對齊的引線成形或損壞的器件電子裝置，則說明預防性維護計劃失敗，需要重新測試和拒絕組件，以及停機和維修。成功的預防性維護計劃基于對磨損和碎屑的統計預測，以便夾具可以在產品退化之前方便的時間換出進行維護。
裝置的檢查重點：
變形變化
壓縮見證標記的變化
彎曲半徑的變化
工具的檢查重點：
磨損
殘留物積聚
結果應在趨勢圖中匯總。
應定期使用測隙規，確保槳式或滾壓成形工具的臨界分離尺寸。槳片或滾軸的旋轉中心必須得到保養，以便引腳不會在底部夾具處遭到過度壓縮。
工具之間的碰撞，例如交叉梳狀夾具和器件引腳之間的碰撞，導致工具帶有引腳的電鍍材料。這可能相對較快地導致尺寸控制減弱。應對工具進行定期檢查以測量接觸量和臨界尺寸。
雖然銅芯材料和引腳鍍層相對于工具鋼較為柔軟，但是彎曲和修剪的較小公差，以及較小的彎曲半徑給引腳帶來了相對的剛性，使之可以驚人的速度侵蝕工具鋼。應對工具進行定期檢查以測量磨損量和臨界尺寸。
不推薦通過潤滑以延長刀具壽命。經驗表明，潤滑劑會吸引刨花、灰塵和其他廢料，導致潤滑劑介質，在引腳表面留下刻痕或導致引腳變形。
用金剛石材料涂層 (DLC) 保護磨損區域，或者使用碳化物表面（但壽命比 DLC 更短），可以在更長時間保持工具鋼邊緣的正交性和表面平整度。
良好的過程應該有明確的控制計劃，具有確定的尺寸公差和規格，適當的 FMEA（故障模式影響分析）和預防性維護時間表，旨在保持工藝工具處于原始狀態和公差。應收集數據并繪制為具有上下規格限值、上下控制限值、目標值、數據分布圖（以及該過程是否被控制為正常或偏斜分布）的趨勢圖（使用類似 SPC 的參數）。
上述時間表和控制措施應考慮以下有關引腳成形過程的詳細項目清單：
借助磁力從載帶拾取器件。檢查磁鐵屑和碎屑的鋼質拾取器，設置拾取高度，設置降低高度，并檢查和測量
高度和位置的公差。
夾持。設置上下夾具的高度和壓力。檢查引線上的見證標記。清潔底部夾具 “L”，使定向一致。
修剪引腳 3。設置引腳 3 砧座的高度，引腳 3 打孔，并檢查兩者的鋒利度。清理兩個表面。
成形工具。設置滾壓成形工具的高度，設置與封裝體的距離，包括導線，以避免過度彎曲。如果使用槳片彎曲，也一樣。
設置旋轉樞軸點中心，以避免兩者過度彎曲。清潔滾軸或槳片以除去電鍍殘留。
最終修整。設置修剪工具的高度，檢查刀具和砧座的鋒利度，并清潔兩者。
引線展開。設置高度、行進距離和驅動距離。清潔所有表面，并檢查表面磨損和公差。
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