弯曲时请小心：为什么不应该利用元件脚端弯曲这个捷径

周二, 31 八月 2021 - 11:14

许多设计中都需要半导体脚端弯曲。本博客讨论为实现可靠结果需要避免的错误和遵守的建议。

我们在实验室做过实验，一个穿孔功率晶体管需要脚端弯曲以插入试验电路板，而我们使用钳子来实现弯曲。我们及时重新连接了ESD腕带，紧盯钳角，然后进行弯曲。弯曲后的奇怪交错间距导致无法插入，所以我们将针脚弄直，然后重试。这次，我们用钳子夹住针脚，利用一个“经过校准”的拇指位置来掰弯针脚。这次看起来好一些，但是之后，一个针脚掉了下来，因为金属不是能实现零弯曲半径的材料，尤其是第二次弯曲。您可能在想，圆头钳不也是金属做的吗？

老一辈人都知道如何利用原型获得可行的结果，但是在生产环境中，脚端弯曲需要更好的控制。否则，结果可能是针脚断裂、电镀层剥离或器件成形损坏，从而允许水分进入以及在使用中最终出现故障。

但是，如今，所有部分都一定要采用表面贴装方式吗？如果都采用表面贴装，也许会很好，但是TO式针脚封装不会立即消失，尤其是在大功率产品中。无论如何，工程师都喜欢使用螺丝刀、刀和100W焊铁来修改昂贵的承压部件。为什么要修改？因为它们不能用，也许是因为形状不合适。这时，人们又会突然联想到“鸡和蛋”的问题。 
  
有些设计师会两边下注，使用TO封装并让针脚变成“鸥翼”形或Ｃ形，以便能两全其美：让螺丝连接的散热片和表面贴装的端子都能恰当连接（图１）。这样做会有将走线从板上撕下来的风险，不过在正常运行时温度会不断变化，不同材料随着温度变化会有不同程度的膨胀，而这也会造成移动。

【图１：UnitedSiC推荐的几种针脚弯曲配置】

针脚弯曲可以消除应力，但是有意将铜针脚设计成可以持续弯曲的想法并不具有吸引力，而且消除多少应力合适？即使使用适合JEDEC的封装，针脚基料的厚度也可能有+/-20%的变化，而典型的锡镀层厚度在300至1200微英寸之间，因此硬度会有显著不同。无论如何，铜都是硬金属，在用于器件针脚时，必须制成铜合金并回火至半硬状态。其实，我很好奇“半硬”的容差是多？ 
  
之后，还有用作表面贴装类型的针脚器件的回流温度和缺乏潮湿敏感度（MSL）额定值问题。在实践中，针脚最终可能会被手动焊接，以应对这些问题，而这有点与我们的初衷相违背。 
  
有几个原则可以指导如何弯曲端脚而不损坏器件本身。有几件事绝不可为，针脚绝不可横向弯曲（见图２），而应当始终夹紧，以便弯曲处不会紧贴元件。

【图２：横向弯曲可能造成损坏】

建议夹子不要接触封装的塑料材料，且避免磨损镀层或让裸铜外露，不过弯曲所用工具的表面将不可避免地至少会让镀层表面“外露”。必须考虑任何内置压铆螺母柱和最小弯曲半径，然后指定弯曲处离器件体的距离，该半径通常以针脚宽度或厚度的倍数表示。弯曲所用的工具和工作场所需要清洁并有合适的ESD保护。 
  
UnitedSiC [1] 以各种有针脚的形式（TO-220、TO-247（三针脚和四针脚）、TO-264等）销售宽带隙半导体器件。它们都有一个有用的应用注释AN0021：“穿孔针脚弯曲”[2]，它总结了弯曲器件针脚时的易犯错误和建议，可帮助您可靠地弯曲成角，而不是弄断针脚。