引脚成形使用反向偏压霍尔效应器件的指南
作者：Bradley Smith， Allegro MicroSystems, ILC
简介
导致磁性反向偏压的 Allegro™ 霍尔效应器件损坏的常见原因之一就是为了准备器件最终组装而进行的各种引脚成形操作。本应用说明提供了设计工具以完成器件最终准备工作时需要考虑的具体信息和总体思路。应用说明使用霍尔效应器件设计子总成的指南 (AN27703) 必须与本文件配合使用。
本应用说明中的图片和注释不是关于此主题的全面完成的工作，仅说明可能的配置，以尽量减少封装、引脚和精细内部电线上的有害应力。所提出的思路是基于生产环境中的故障分析经验。因此，本文档不提供 Allegro 的保证或担保，用户有责任对其流程进行充分定性、限定和控制。
封装类型
图 2 显示了 Allegro 提供的具有磁性反向偏压的霍尔效应器件各种封装类型的一般封装配置。SE 封装与其他封装类似，并具有扩展引脚，但封装外壳更大，引脚长度更长。SE 和其他封装有细微差别需要考虑（见图 3）。
封装 SG、SH 和 SJ 使用相同的封装外形和引脚长度。它们之间的区别仅在于 SH 封装有两个切边引脚（剩余的两个引脚也比 SG 和 SJ 稍宽），SJ 的引脚展开，而 SG 和 SH 引脚是直的。
SE、SH 和 SJ 封装不需要用户展开引脚，并且引脚配置使得焊接比 SG 封装更容易。因此，如果一个进程当前正在使用 SG 并展开引脚，则如果 SJ 对该器件可用，应被视为替代。
（注：本应用说明侧重于具有集成反向偏压的封装。Allegro 还提供其他无反向偏压但具有类似引脚成形要求的长引脚封装。这些封装如图 4 所示。
轮廓的比较（所有四个封装具有相似的整体配置，但 SE 外壳
在顶部倒圆，SE 外壳较大，SE 针脚稍短。
SE 和 SJ 具有相似的引脚延伸
，而 SG 和 SH 具有直引脚，SH 内部引脚经过修整，如图 2 所示。）
引脚成形加工概念
本节讨论了设计引脚成形过程的一些一般注意事项。
夹具设计
在设计夹具时应考虑以下功能：
- 放置迅速、可重复（选择低磨损器件特征和接近路线）
- 适当的压力（压缩见证标记应可见，但不会过度破坏引脚表面电镀，同时防止引脚在外壳表面移动）
- 使用快速断开装置（设计可换出的固定装置夹具，以便离线维护），尽量减少停机时间
- 易于维护和清洁（固定装置应可以通过简单的销钉或夹具锁定和解锁；通过设计基准面来消除重新校准）
夹具放置
Allegro 反向偏压器件模制外壳的两侧为平面，如图 5 所示。这些平面可用于在引脚成形自动化过程中实现最佳对准，其中必须施加高压以抵抗该过程中的器件运动。如图 5 所示，器件紧贴基准面放置，方便对准，因此能够保持稳定，同时仅将压力仅施加在引脚上。这防止封装内部承受过大的力。
如图 6 所示，外壳后部设有额外的导向凹槽。它们相对于霍尔元件的 x 轴和 y 轴正交定向，可以在组装到最终载体时用于器件的角度定向。
在大容量自动化引脚成形操作期间，不应将凹槽用于对准。这些部件的材料相对具有磨损作用。在这些部件中楔入对准工具，楔入程度应足够抵抗需要相对于研磨材料滑动的引脚成形力。这会快速磨损工具边缘，降低对准经度。因此，这些部件不应用于引脚成形中的精细对准。建议使用器件外壳的平面，因为工具不会擦伤外壳材料。
夹具压力
有效夹持的目的是可靠地隔离引脚根部、封装外壳和内部电子连接，使之不承受来自引脚成形操作的任何应力。因此，应该有足够的夹紧力，在引脚的上表面和下表面的镀层上产生“压缩见证标记”（可作为质量和过程控制检查，确认夹紧力是否足够）。但是，应仔细调整夹具，使应力不会导致引脚基体材料的过度破碎或销板的过大位移。
作为一般的指导原则，见证标记应该明显可见，在引脚的整个宽度上产生闪亮的带状痕迹。这种光泽是由夹紧压缩对无光泽锡镀层的压扁效果而造成的。仔细观察，良好的夹紧压力会导致钳夹边缘处留下两条平行的闪光带状痕迹，之间则是由夹具表面造成的轻微凹陷区域，该区域的光泽不如平行带状区域，但亮过夹具未接触的区域（见图 7）。压缩见证标记模式应为：
- 在引脚的两边明显
- 引脚两侧的压纹一样深
- 引脚的整个宽度痕迹均匀
- 垂直于引脚的侧面
- 所有同时夹紧的引脚都均匀
引脚镀层的轻微变形是可以接受的，但不应该破坏引脚本身的结构完整性。
以便为最终组件模块或载体进行角度定位，
但是由于刀具会磨损磨料外壳材料，
因此不应将之用于紧公差自动化操作的定向。
夹具可维护性
夹具性能下降有两个常见原因：
- 碎屑积累
- 承载表面磨损
两者都是重复制造过程的必然结果，但不应该导致降低生产率和质量。应该使用统计预防性维护计划制定的时间表来维护夹具，并通过预测性夹具设计来促进清洁和工具更换。
- 避免刮擦任何表面
- 允许移除封闭区域以便进行快速浸没清洗
- 允许快速更换承载表面
第一项需要允许切向接触的工作台设计。第二和第三项可以通过设计可移动的配件来实现。图 8 所示的方法是将两个固定装置安装在现成的直线轴承上。
在轴承上移动，即可交换两个固定装置。我们还提供精密轴承，其含有内置锁定杆，将固定装置固定到位。
工具可以从轴承上的级段移除，或者在原处进行维修，同时在另一个级段继续使用工具进行生产。
- 最严格的任务——器件的定向和引脚夹紧，可以进行最少次数；如果必须进行多次夹紧，则应重新放置
- 每个任务需要最短持续时间（多个阶段串联运行要求所有操作以最慢运行的速度执行）
- 转换时间（器件从一个站点到下一个站点的移动）可以尽量缩短
- 在上一阶段完成时预定位工具即可使设置时间最小化（定位下一阶段的工具），并且可以在前一阶段的工具正在清除时开始下一个操作
两条闪亮的平行带状痕迹应在
引脚两侧均匀延伸。
在线交换工具。
引脚弯曲和剪裁
本节所述的过程可以在最少一个夹紧阶段中完成。该夹紧操作用于定位用于修整引脚 3、然后弯曲和修整剩余的引脚的装置。下一节描述了剩余引脚的可选伸展（仅针对具有四个全长直线引脚的 SG 封装）。在这种情况下，由于有专门刀具，因此将使用第二次夹紧。
请注意，许多器件都可以在预先弯曲的 SJ 封装中使用，应该在可用时选择该封装，而不是在制造后进行弯曲。
第 1 阶段。定向和夹紧
图 9 至图 14 说明了引脚成形工艺以及引脚初始夹紧的起始步骤。该设计使用相对的顶部和底部双夹具（图 9）。假设在此步骤之前，用户已经设置了带盘分离站，以撕开上封带并且通过机械臂依靠磁力从容器中取出该器件，使其正确地定向，并将其放入引脚夹具工具。
可以制造一个简单的夹持工具，利用磁性和封装外壳表面以精确和可重复的方式安装器件。这种引脚夹具工具设计说明了如何在引脚下方、封装外壳侧面利用封装外壳平面，将封装外壳紧靠底部夹具内表面正确地定向（二维）（图 10）。图 11 显示了底部夹具的主要特征（参见图 12 中的详细视图）。操作的垂直度由夹紧动作本身控制，由顶部夹具施加，顶部夹具可以是一条简单的杆。该夹具设置的设计理念是将封装外壳和引脚从传播到封装外壳中的任何应力隔离开来。
请注意，底部夹具在引脚下方具有设置为弯曲偏移的宽度，在 90 度引脚弯曲后，引脚与封装外壳分离（见图 13 中的放大视图）。如果需要加大离封装外壳的距离，则可以使用连接到内底夹具的垫片。
封装外壳不与任何表面、顶部或底部接触，除了引脚下方的前边缘和一侧的一个点（参见图 10 ），后者帮助夹具的定向，而器件因磁性而保持位置不移动。因此，封装外壳基本上是“自由的”，被举在空中。封装外壳的定向应该是通过夹具本身的夹持动作一直保持在适当的高度，并且与底部夹具成 90 度。
细节图（图 13）显示，底部夹具在夹具的外边缘上具有轻微的倒角半径，以允许引脚的内部弯曲区域形成，而不会产生过大的应力。请注意
，引脚 3 下面的前边缘部分无倒角，而是尖锐的直角，以方便修剪引脚。
还需要考虑的唯一因素是夹具上的边对边定向（这对于引脚 3 拆卸步骤非常很重要）。将底部夹具一侧靠住侧壁即可实现。应该只有一个侧壁，以便可以被装置的磁性吸引，允许器件的一侧作为用于修剪引脚 3 的左右对准的基准。
因为夹具将引线格式操作力与外壳隔离；一个可取的做法是，
在器件主体的上方和下方留出充分空间，以避免可能干扰内部接线连接的偶然压力
而不是弯曲，那么这些引脚下面不应有倒角，
而应该存在尖锐的 90 度边缘（见图 11）
夹具安装和对准的图示
第 2 阶段。修剪引脚 3
在许多器件上，引脚 3 都是测试和诊断引脚，通常不会在最终应用中使用，因此在客户组件中经过修剪和/或连接到接地引脚。通常用于 2 线器件的 SH 封装，引脚 2 和 3 在工厂进行了修整，但经常被客户修剪成靠近封装体。
要修剪引脚，可将上一步骤的顶部和底部夹具用作引脚封装侧的砧座（请注意，在引脚 3 下面不应有弧形或倒角，而应该是尖锐的 90 度边缘）。
在冲头修整引脚之前，应该从引脚下方放置砧座，支撑引脚的拉杆侧。砧座边缘与封装外壳的距离应相对于最后的 90 度引脚弯曲和未修整引脚的长度进行设置，使得修剪后的剩余部分不会干扰后续处理步骤，例如修剪引脚 1、2 和 4（见图 15）。
如果夹具设计成也可以在下一步骤中使用，
则不需要将封装从夹具中取出，通过滚压成形弯曲
第 3 阶段。形成 90° 引脚弯曲
现在引脚已经做好成形准备了。引脚弯曲有两种常用的方法：桨片成形（固定承载面）和滚轴成形（旋转承载表面）。虽然这两种方法各种优劣，但 Allegro 建议使用滚压成形。使用桨片成形时，不应将引脚靠在封装主体上成形，因为这可能损坏封装体内部的引脚和电气连接。Allegro 只赞同在引脚被正确夹紧，并且在夹紧面上进行成形时使用桨片成形。
桨片成形
不建议靠着封装体进行桨片成形，因为力可能传递到内部导线，从而导致断裂。然而，如果在引线上使用顶部和底部夹紧，则可以使用桨片成形。由于应力的关系，钳口的夹具厚度应比滚压成形所需的厚度要大一些。
桨片成形工具应位于旋转轴上，其中桨叶的承载面与轴的旋转轴线对准。理想情况下，旋转轮廓与引脚的原始平面和弯曲后最终平面相切。
在这个例子中，
支撑桨叶的杆在通过封装处的直径为 5 mm。
不提供弹簧回弹
桨片的承载面应该在连杆上覆盖整个引脚的长度。这样方可在弯曲期间实现力的最大分布。旋转底座应小心设置，以在制动时留下足够的空间，以容纳引脚的厚度和弯曲偏移（夹具和任何垫片的厚度），避免将引脚压在夹具上。通过在拉杆上施加压力，如果需要，可产生轻微的过度弯曲。
滚压成形
滑块或闸刀成形工具对引脚施加极大的力量，刮擦和擦拭镀层，如果设置过进，则可能剪切引脚。因此不建议这样做。推荐的成型工具是一种滚压成形头，在器件被牢固地夹紧（图 19）时，滚轴成型头以最小的摩擦力在引脚上滚动，形成 90 度弯曲。滚压成形是引脚成形破坏最小的方法，正确夹紧时不会对封装外壳或内部电线施加任何应力。
应针对对引脚的冲击力优化滚轴的直径。一般而言，直径越大，冲击离器件外壳越远，而所需的夹紧力就越小。然而，冲击应该在引脚最宽处、也就是离器件外壳较近处发生。冲击点不应该在引脚狭窄的位置。
请注意，滚轴的位置必须仔细设置、监控和维护，以防滚轴离夹具的距离小于器件引脚的厚度（保持引脚不被压平，镀层也不会过度损坏）。
弯曲金属时，总是有几度回弹。一般而言，这都不重要，但是如果不能接受回弹，则在使用滚轴成型时，可以使底部夹具略微倾斜，以允许引脚在夹紧面下方稍微过度成形（图 20）。可以用凸轮对滚轴定位，以适应该区域中的过度成形。但效果微乎其微。
以适应弹簧回弹
第 4 阶段。修整引脚 1、2 和 4
现在可以将底部夹具主体的下边缘用作砧座，在下部夹具下方将其余的引脚修剪到最终长度（图 22）。
冲头
第 5 阶段。提取
Allegro 反向偏压器件具有内部磁性颗粒，在引脚成形期间有助于器件在夹具中定向。引脚成形完成时，可利用磁力吸引从夹具中提取器件。然而，必须克服对夹具的吸引力，方可使用磁性拾取器将器件提取并运输到下一个工作站。
如图 24 所示，提取程序的第一阶段是释放顶部夹具并将其移除以便拾取器操作。器件仍被底部夹具夹持，因为反向偏置磁性颗粒位于器件的下部，因此器件受到的底部夹具吸引力比顶部夹具要大。
在第二阶段中，使用机械搁板（可以集成到底部夹具中）将器件从底部夹具（磁力最强的部分）提起。请注意，器件也被磁力吸引到底部夹具的侧面和前部，因此必须注意避免将机械搁板抬高得太高，导致器件脱离底部夹具的限制。当器件被提起时，随着倾斜的侧面向上移动夹具的壁，它将稍微移动。
在第三个阶段和最后阶段，可以使用铁磁拾取器来克服对夹具的剩余磁吸引力，并提升器件以运送到下一个工作站。
从而允许通过磁性提取器提取器件
可选引脚展开
SE、SH 和 SJ 封装配置有扩展引脚，方便为焊接头电极提供足够的间隙，以进行接触或焊接。如果这些封装不适用于所需的器件，并且使用了 SG 封装（或其他带有直线引脚的封装），则可能需要展开引脚才能在最终载体组件中提供间隙。
第 1 阶段。夹持
图 25 和 26 显示了一种可能的解决方案。固定装置有三种类型的部件：
- 前后夹具，用于限制器件引脚并引导其他工具的移动
- 形成工具嵌入件，用于将引脚压入后夹具的凹槽中
- 形成工具摊开器，用于均匀地对插入工具施加角力
第 2 阶段。引脚弯曲
两个展开引脚是通过在一个位置（相应的工具插入件的弧形弯曲）施加力并且然后被压靠在后夹具的成形体上而形成的，因此引脚为平行展开。两个侧引脚应同时展开，以平衡过程中的应力。可通过成形体的轻微斜面容纳回弹。
注：Allegro 强烈反对引脚手动成型。使用机械臂将器件引脚插入成形夹具，可实现关键性的质量增强，以提升重复性和统计过程控制 (SPC)。应仔细监测和优化以下几点：
- 加速度、速度和插入力
- 工具表面的加载和器件引脚的擦刮
- 插入距离（不要超过适当的设定高度尺寸）
结论
图 19 和 20 显示了执行如本文档（图 28）描述的夹紧程序的结果和未正确夹紧的对比结果（图 29）。然而，更值得关注的问题是，如果引脚没有正确夹紧、未能将内部器件结构与引脚成形的动态力充分隔离，则可能导致接线和丝焊的内部损坏。
这种损坏可能不会立即显现，但可能由于振动或反复热膨胀和收缩而在稍后出现。因此，通过精心设计和维护的刀具策略来避免损坏的风险是最有效的。
Allegro 必须强调，本文档中提供的信息仅供初步参考。必须考虑和改进所描述的尺寸、材料和技术，以适应每个应用的特定工艺要求。
有关所讨论的 Allegro 封装的更多信息，或有关引脚成形操作的建议，请联系您当地的 Allegro 现场服务代表。Allegro 公司的网站上提供了联系信息
在 Allegro 网站的“封装”部分中，“塑料偏置”文档提供了本说明中描述的器件的参考尺寸。文档所在位置
理想情况下，
引脚不应有垂直偏转，
但少量偏转是可以接受的。
圈出的
干扰区域表示潜在的内部损坏。
附件 A：
梳形夹紧
不应使用的一种工具是如图 A-2 所示的集成梳状夹具。这种夹紧配置导致镀层和引脚基体材料因为引脚的轻微错向而分裂和碎裂。此外，由于堵杆突起导致比标称引脚宽度更大的宽度，因此需要特别注意避免干扰或破碎。图 A-1 显示了可能导致的损坏示例。
引脚宽 0.1mm 以及由于引脚相对于梳形夹具错向（旋转）
而被交叉的梳状夹具撞击的引脚的侧面。
未对引线夹紧。结果由于未夹紧就弯曲，
导线上的物理损伤导致电线的楔形接合断裂。
预防性维护
如果在生产后检查中发现未对齐的引线成形或损坏的器件电子装置，则说明预防性维护计划失败，需要重新测试和拒绝组件，以及停机和维修。成功的预防性维护计划基于对磨损和碎屑的统计预测，以便夹具可以在产品退化之前方便的时间换出进行维护。
装置的检查重点：
- 变形变化
- 压缩见证标记的变化
- 弯曲半径的变化
工具的检查重点：
- 磨损
- 残留物积聚
结果应在趋势图中汇总。
应定期使用测隙规，确保桨式或滚压成形工具的临界分离尺寸。桨片或滚轴的旋转中心必须得到保养，以便引脚不会在底部夹具处遭到过度压缩。
夹具维护
工具之间的碰撞，例如交叉梳状夹具和器件引脚之间的碰撞，导致工具带有引脚的电镀材料。这可能相对较快地导致尺寸控制减弱。应对工具进行定期检查以测量接触量和临界尺寸。
虽然铜芯材料和引脚镀层相对于工具钢较为柔软，但是弯曲和修剪的较小公差，以及较小的弯曲半径给引脚带来了相对的刚性，使之可以惊人的速度侵蚀工具钢。应对工具进行定期检查以测量磨损量和临界尺寸。
不推荐通过润滑以延长刀具寿命。经验表明，润滑剂会吸引刨花、灰尘和其他废料，导致润滑剂介质，在引脚表面留下刻痕或导致引脚变形。
用金刚石材料涂层 (DLC) 保护磨损区域，或者使用碳化物表面（但寿命比 DLC 更短），可以在更长时间保持工具钢边缘的正交性和表面平整度。
控制计划、FMEA 和 PM 时间表
良好的过程应该有明确的控制计划，具有确定的尺寸公差和规格，适当的 FMEA（故障模式影响分析）和预防性维护时间表，旨在保持工艺工具处于原始状态和公差。应收集数据并绘制为具有上下规格限值、上下控制限值、目标值、数据分布图（以及该过程是否被控制为正常或偏斜分布）的趋势图（使用类似 SPC 的参数）。
上述时间表和控制措施应考虑以下有关引脚成形过程的详细项目清单：
- 借助磁力从载带拾取器件。检查磁铁屑和碎屑的钢质拾取器，设置拾取高度，设置降低高度，并检查和测量
高度和位置的公差。 - 夹持。设置上下夹具的高度和压力。检查引线上的见证标记。清洁底部夹具 “L”，使定向一致。
- 修剪引脚 3。设置引脚 3 砧座的高度，引脚 3 打孔，并检查两者的锋利度。清理两个表面。
- 成形工具。设置滚压成形工具的高度，设置与封装体的距离，包括导线，以避免过度弯曲。如果使用桨片弯曲，也一样。
设置旋转枢轴点中心，以避免两者过度弯曲。清洁滚轴或桨片以除去电镀残留。 - 最终修整。设置修剪工具的高度，检查刀具和砧座的锋利度，并清洁两者。
- 引线展开。设置高度、行进距离和驱动距离。清洁所有表面，并检查表面磨损和公差。
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