作者：Bradley Smith， Allegro MicroSystems, ILC

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簡介

導(dǎo)致磁性反向偏壓的 Allegro? 霍爾效應(yīng)器件損壞的常見原因之一就是為了準(zhǔn)備器件最終組裝而進(jìn)行的各種引腳成形操作。本應(yīng)用說明提供了設(shè)計工具以完成器件最終準(zhǔn)備工作時需要考慮的具體信息和總體思路。應(yīng)用說明使用霍爾效應(yīng)器件設(shè)計子總成的指南 (AN27703) 必須與本文件配合使用。

本應(yīng)用說明中的圖片和注釋不是關(guān)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(xì)內(nèi)部電線上的有害應(yīng)力。所提出的思路是基于生產(chǎn)環(huán)境中的故障分析經(jīng)驗。因此，本文檔不提供 Allegro 的保證或擔(dān)保，用戶有責(zé)任對其流程進(jìn)行充分定性、限定和控制。

封裝類型

圖 2 顯示了 Allegro 提供的具有磁性反向偏壓的霍爾效應(yīng)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(kuò)展引腳，但封裝外殼更大，引腳長度更長。SE 和其他封裝有細(xì)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(qū)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(jìn)程當(dāng)前正在使用 SG 并展開引腳，則如果 SJ 對該器件可用，應(yīng)被視為替代。

（注：本應(yīng)用說明側(cè)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。

引腳成形加工概念

本節(jié)討論了設(shè)計引腳成形過程的一些一般注意事項。

夾具設(shè)計
在設(shè)計夾具時應(yīng)考慮以下功能：

• 放置迅速、可重復(fù)（選擇低磨損器件特征和接近路線）

• 適當(dāng)?shù)膲毫Γ▔嚎s見證標(biāo)記應(yīng)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(shè)計可換出的固定裝置夾具，以便離線維護(hù)），盡量減少停機(jī)時間

• 易于維護(hù)和清潔（固定裝置應(yīng)可以通過簡單的銷釘或夾具鎖定和解鎖；通過設(shè)計基準(zhǔn)面來消除重新校準(zhǔn)）

夾具放置
Allegro 反向偏壓器件模制外殼的兩側(cè)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(shí)現(xiàn)最佳對準(zhǔn)，其中必須施加高壓以抵抗該過程中的器件運(yùn)動。如圖 5 所示，器件緊貼基準(zhǔn)面放置，方便對準(zhǔn)，因此能夠保持穩(wěn)定，同時僅將壓力僅施加在引腳上。這防止封裝內(nèi)部承受過大的力。

如圖 6 所示，外殼后部設(shè)有額外的導(dǎo)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(yīng)將凹槽用于對準(zhǔn)。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(zhǔn)工具，楔入程度應(yīng)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(zhǔn)經(jīng)度。因此，這些部件不應(yīng)用于引腳成形中的精細(xì)對準(zhǔn)。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(nèi)部電子連接，使之不承受來自引腳成形操作的任何應(yīng)力。因此，應(yīng)該有足夠的夾緊力，在引腳的上表面和下表面的鍍層上產(chǎn)生“壓縮見證標(biāo)記”（可作為質(zhì)量和過程控制檢查，確認(rèn)夾緊力是否足夠）。但是，應(yīng)仔細(xì)調(diào)整夾具，使應(yīng)力不會導(dǎo)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(dǎo)原則，見證標(biāo)記應(yīng)該明顯可見，在引腳的整個寬度上產(chǎn)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(xì)觀察，良好的夾緊壓力會導(dǎo)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(qū)域，該區(qū)域的光澤不如平行帶狀區(qū)域，但亮過夾具未接觸的區(qū)域（見圖 7）。壓縮見證標(biāo)記模式應(yīng)為：

• 在引腳的兩邊明顯

• 引腳兩側(cè)的壓紋一樣深

• 引腳的整個寬度痕跡均勻

• 垂直于引腳的側(cè)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(yīng)該破壞引腳本身的結(jié)構(gòu)完整性。

夾具可維護(hù)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(fù)制造過程的必然結(jié)果，但不應(yīng)該導(dǎo)致降低生產(chǎn)率和質(zhì)量。應(yīng)該使用統(tǒng)計預(yù)防性維護(hù)計劃制定的時間表來維護(hù)夾具，并通過預(yù)測性夾具設(shè)計來促進(jìn)清潔和工具更換。

• 避免刮擦任何表面

• 允許移除封閉區(qū)域以便進(jìn)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(shè)計。第二和第三項可以通過設(shè)計可移動的配件來實(shí)現(xiàn)。圖 8 所示的方法是將兩個固定裝置安裝在現(xiàn)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(nèi)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(jìn)行維修，同時在另一個級段繼續(xù)使用工具進(jìn)行生產(chǎn)。

工作臺設(shè)計
理想情況下，應(yīng)使用最少的工作臺：

• 最嚴(yán)格的任務(wù)——器件的定向和引腳夾緊，可以進(jìn)行最少次數(shù)；如果必須進(jìn)行多次夾緊，則應(yīng)重新放置

• 每個任務(wù)需要最短持續(xù)時間（多個階段串聯(lián)運(yùn)行要求所有操作以最慢運(yùn)行的速度執(zhí)行）

• 轉(zhuǎn)換時間（器件從一個站點(diǎn)到下一個站點(diǎn)的移動）可以盡量縮短

• 在上一階段完成時預(yù)定位工具即可使設(shè)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

引腳彎曲和剪裁

本節(jié)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(jié)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(yù)先彎曲的 SJ 封裝中使用，應(yīng)該在可用時選擇該封裝，而不是在制造后進(jìn)行彎曲。

第 1 階段。定向和夾緊

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(shè)計使用相對的頂部和底部雙夾具（圖 9）。假設(shè)在此步驟之前，用戶已經(jīng)設(shè)置了帶盤分離站，以撕開上封帶并且通過機(jī)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(fù)的方式安裝器件。這種引腳夾具工具設(shè)計說明了如何在引腳下方、封裝外殼側(cè)面利用封裝外殼平面，將封裝外殼緊靠底部夾具內(nèi)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(xì)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(shè)置的設(shè)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(yīng)力隔離開來。

請注意，底部夾具在引腳下方具有設(shè)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(nèi)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(cè)的一個點(diǎn)（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(yīng)該是通過夾具本身的夾持動作一直保持在適當(dāng)?shù)母叨龋⑶遗c底部夾具成 90 度。

細(xì)節(jié)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(nèi)部彎曲區(qū)域形成，而不會產(chǎn)生過大的應(yīng)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(cè)靠住側(cè)壁即可實(shí)現(xiàn)。應(yīng)該只有一個側(cè)壁，以便可以被裝置的磁性吸引，允許器件的一側(cè)作為用于修剪引腳 3 的左右對準(zhǔn)的基準(zhǔn)。

第 2 階段。修剪引腳 3

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(yīng)用中使用，因此在客戶組件中經(jīng)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(jìn)行了修整，但經(jīng)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(cè)的砧座（請注意，在引腳 3 下面不應(yīng)有弧形或倒角，而應(yīng)該是尖銳的 90 度邊緣）。

在沖頭修整引腳之前，應(yīng)該從引腳下方放置砧座，支撐引腳的拉桿側(cè)。砧座邊緣與封裝外殼的距離應(yīng)相對于最后的 90 度引腳彎曲和未修整引腳的長度進(jìn)行設(shè)置，使得修剪后的剩余部分不會干擾后續(xù)處理步驟，例如修剪引腳 1、2 和 4（見圖 15）。

第 3 階段。形成 90° 引腳彎曲

現(xiàn)在引腳已經(jīng)做好成形準(zhǔn)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(zhuǎn)承載表面）。雖然這兩種方法各種優(yōu)劣，但 Allegro 建議使用滾壓成形。使用槳片成形時，不應(yīng)將引腳靠在封裝主體上成形，因為這可能損壞封裝體內(nèi)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(jìn)行成形時使用槳片成形。

槳片成形

不建議靠著封裝體進(jìn)行槳片成形，因為力可能傳遞到內(nèi)部導(dǎo)線，從而導(dǎo)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(yīng)力的關(guān)系，鉗口的夾具厚度應(yīng)比滾壓成形所需的厚度要大一些。

槳片成形工具應(yīng)位于旋轉(zhuǎn)軸上，其中槳葉的承載面與軸的旋轉(zhuǎn)軸線對準(zhǔn)。理想情況下，旋轉(zhuǎn)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(yīng)該在連桿上覆蓋整個引腳的長度。這樣方可在彎曲期間實(shí)現(xiàn)力的最大分布。旋轉(zhuǎn)底座應(yīng)小心設(shè)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(chǎn)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(shè)置過進(jìn)，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(nèi)部電線施加任何應(yīng)力。

應(yīng)針對對引腳的沖擊力優(yōu)化滾軸的直徑。一般而言，直徑越大，沖擊離器件外殼越遠(yuǎn)，而所需的夾緊力就越小。然而，沖擊應(yīng)該在引腳最寬處、也就是離器件外殼較近處發(fā)生。沖擊點(diǎn)不應(yīng)該在引腳狹窄的位置。

請注意，滾軸的位置必須仔細(xì)設(shè)置、監(jiān)控和維護(hù)，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(yīng)該區(qū)域中的過度成形。但效果微乎其微。

第 4 階段。修整引腳 1、2 和 4

現(xiàn)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

第 5 階段。提取

Allegro 反向偏壓器件具有內(nèi)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(yùn)輸?shù)较乱粋€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(jī)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(qiáng)的部分）提起。請注意，器件也被磁力吸引到底部夾具的側(cè)面和前部，因此必須注意避免將機(jī)械擱板抬高得太高，導(dǎo)致器件脫離底部夾具的限制。當(dāng)器件被提起時，隨著傾斜的側(cè)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(yùn)送到下一個工作站。

可選引腳展開

SE、SH 和 SJ 封裝配置有擴(kuò)展引腳，方便為焊接頭電極提供足夠的間隙，以進(jìn)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。

第 1 階段。夾持

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(dǎo)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

第 2 階段。引腳彎曲

兩個展開引腳是通過在一個位置（相應(yīng)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(cè)引腳應(yīng)同時展開，以平衡過程中的應(yīng)力。可通過成形體的輕微斜面容納回彈。

注：Allegro 強(qiáng)烈反對引腳手動成型。使用機(jī)械臂將器件引腳插入成形夾具，可實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵性的質(zhì)量增強(qiáng)，以提升重復(fù)性和統(tǒng)計過程控制 (SPC)。應(yīng)仔細(xì)監(jiān)測和優(yōu)化以下幾點(diǎn)：

• 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(dāng)?shù)脑O(shè)定高度尺寸）

結(jié)論

圖 19 和 20 顯示了執(zhí)行如本文檔（圖 28）描述的夾緊程序的結(jié)果和未正確夾緊的對比結(jié)果（圖 29）。然而，更值得關(guān)注的問題是，如果引腳沒有正確夾緊、未能將內(nèi)部器件結(jié)構(gòu)與引腳成形的動態(tài)力充分隔離，則可能導(dǎo)致接線和絲焊的內(nèi)部損壞。

這種損壞可能不會立即顯現(xiàn)，但可能由于振動或反復(fù)熱膨脹和收縮而在稍后出現(xiàn)。因此，通過精心設(shè)計和維護(hù)的刀具策略來避免損壞的風(fēng)險是最有效的。

Allegro 必須強(qiáng)調(diào)，本文檔中提供的信息僅供初步參考。必須考慮和改進(jìn)所描述的尺寸、材料和技術(shù)，以適應(yīng)每個應(yīng)用的特定工藝要求。

有關(guān)所討論的 Allegro 封裝的更多信息，或有關(guān)引腳成形操作的建議，請聯(lián)系您當(dāng)?shù)氐?Allegro 現(xiàn)場服務(wù)代表。Allegro 公司的網(wǎng)站上提供了聯(lián)系信息，/en/Sample-And-Buy/Contact-Sales.aspx

在 Allegro 網(wǎng)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.

附件 A：

梳形夾緊

不應(yīng)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(dǎo)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(dǎo)致比標(biāo)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(dǎo)致的損壞示例。

預(yù)防性維護(hù)

如果在生產(chǎn)后檢查中發(fā)現(xiàn)未對齊的引線成形或損壞的器件電子裝置，則說明預(yù)防性維護(hù)計劃失敗，需要重新測試和拒絕組件，以及停機(jī)和維修。成功的預(yù)防性維護(hù)計劃基于對磨損和碎屑的統(tǒng)計預(yù)測，以便夾具可以在產(chǎn)品退化之前方便的時間換出進(jìn)行維護(hù)。

裝置的檢查重點(diǎn)：

• 變形變化

• 壓縮見證標(biāo)記的變化

• 彎曲半徑的變化

工具的檢查重點(diǎn)：

• 磨損

• 殘留物積聚

結(jié)果應(yīng)在趨勢圖中匯總。

應(yīng)定期使用測隙規(guī)，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(zhuǎn)中心必須得到保養(yǎng)，以便引腳不會在底部夾具處遭到過度壓縮。

夾具維護(hù)

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(dǎo)致工具帶有引腳的電鍍材料。這可能相對較快地導(dǎo)致尺寸控制減弱。應(yīng)對工具進(jìn)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(yīng)對工具進(jìn)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(jīng)驗表明，潤滑劑會吸引刨花、灰塵和其他廢料，導(dǎo)致潤滑劑介質(zhì)，在引腳表面留下刻痕或?qū)е乱_變形。

用金剛石材料涂層 (DLC) 保護(hù)磨損區(qū)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。

控制計劃、FMEA 和 PM 時間表

良好的過程應(yīng)該有明確的控制計劃，具有確定的尺寸公差和規(guī)格，適當(dāng)?shù)?FMEA（故障模式影響分析）和預(yù)防性維護(hù)時間表，旨在保持工藝工具處于原始狀態(tài)和公差。應(yīng)收集數(shù)據(jù)并繪制為具有上下規(guī)格限值、上下控制限值、目標(biāo)值、數(shù)據(jù)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(shù)）。
上述時間表和控制措施應(yīng)考慮以下有關(guān)引腳成形過程的詳細(xì)項目清單：

1. 借助磁力從載帶拾取器件。檢查磁鐵屑和碎屑的鋼質(zhì)拾取器，設(shè)置拾取高度，設(shè)置降低高度，并檢查和測量
   高度和位置的公差。

2. 夾持。設(shè)置上下夾具的高度和壓力。檢查引線上的見證標(biāo)記。清潔底部夾具 “L”，使定向一致。

3. 修剪引腳 3。設(shè)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。

4. 成形工具。設(shè)置滾壓成形工具的高度，設(shè)置與封裝體的距離，包括導(dǎo)線，以避免過度彎曲。如果使用槳片彎曲，也一樣。
   設(shè)置旋轉(zhuǎn)樞軸點(diǎn)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。

5. 最終修整。設(shè)置修剪工具的高度，檢查刀具和砧座的鋒利度，并清潔兩者。

6. 引線展開。設(shè)置高度、行進(jìn)距離和驅(qū)動距離。清潔所有表面，并檢查表面磨損和公差。

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