引線框架塑封集成電路沖切過程中的檢測和防護

付小青

（銅陵三佳山田科技股份有限公司，安徽銅陵 244000）

1 引言

集成電路模塑后，需要經過對塑封體的殘留澆口環氧塑封料進行切除、管腳彎曲成型等工序，以滿足電路的貼裝要求。在后道工序的生產過程中，電路的引腳和引線框架切斷分離，框架和電路僅靠連筋部分（Tie Bar）連接，強度很差，再加上前道塑封過程中的不可控因素對連筋的傷害，造成電路在后道沖切成型過程中有可能出現膠體脫落，導致產品報廢和相關加工設備的損壞。為了對這些異常情況進行檢測和防護，本文擬采用光電傳感器以及檢測針結合光電傳感器系統來對這些異常情況進行檢測，以保護設備、提升引線框架塑封產品沖切成品率。

2 沖切傳感器選擇

光電傳感器是使用光對物體進行檢測的傳感器的總稱，即通過檢測物體的反射、透過、吸收等，從傳感器投光部發送的光信號發生改變，然后被傳感器受光部檢測到，并產生相應的輸出信號。光纖傳感器和激光傳感器都屬于光電傳感器。光電傳感器按使用類型可分為透過型、回歸反射型和反射型3 種，參見圖1。

光電傳感器具有以下特點和功能：（1）可進行非接觸檢測，使用光作為媒介進行非接觸檢測，確保了傳感器具有更長的使用壽命，且絲毫不會損壞對象物體；（2）長檢測距離，透過型光電傳感器的最大檢測距離為50 m，擴散反射型光電傳感器的最大檢測距離為5 m，用途廣泛；（3）可檢測各種物體，一般情況下可檢測影響光的任何材質物體；（4）反應迅速，由于其以光作為媒介，全電路構成，因而反應迅速，即使在高速生產線上也可輕松對應；（5）具有顏色識別功能，用光來檢測是光電傳感器的特征，由于反射及吸收的比率會因物體顏色的特定入光波長而異，因此可通過不同顏色的光量差進行檢測。雖然光電傳感器有上述優點，但是如果透鏡表面被灰塵或污垢覆蓋導致光線傳輸受阻，則檢測可能無法進行。在實際工程應用中，如果工作的環境比較惡劣，必須要選用對環境耐受性好的傳感器產品，或采取工程防護措施。

2.1 根據檢測內容和工程需求選擇傳感器類型

透過型傳感器通過檢測物體對相向的投、受光器間光線的遮光來進行檢測（見圖2），透過型傳感器特點有：（1）檢測距離長；（2）檢測精度高；（3）可檢測小物體；（4）檢測時不受檢測物體形狀、顏色、材質的影響（不透明體）；（5）透鏡防灰塵和污垢。

回歸反射型傳感器檢測一個反射率小于反射鏡并且干擾傳感器和反射鏡之間光軸的物體（見圖3）。回歸反射型傳感器的特點有：（1）易于光軸對齊；（2）與透過型傳感器相比節省安裝空間；（3）單側接線即可；（4）檢測時，不受檢測物體形狀、顏色、材質的影響（不透明體）。

圖2 透過型光電傳感器檢測原理

圖3 回歸反射型光電傳感器檢測原理

反射型傳感器向物體上投射光線并通過接受從物體表面反射回來的光以檢測物體（見圖4）。反射型傳感器特點有：（1）無需對齊光軸；（2）節省安裝空間；（3）單側接線即可；（4）可檢測位置波動的物體；（5）寬檢測區域。

圖4 反射型光電傳感器檢測原理

2.2 按照所需檢測距離確定合適的傳感器

透過型和回歸反射型傳感器設定距離要保證在傳感器所允許的檢測距離以下。雖然實際應用中比額定檢測距離長時也能工作，但檢測不穩定。此外，在有污垢、灰塵等的惡劣環境中時，在保持余裕的情況下進行設定。

反射型傳感器標定的檢測距離用于標準物體檢測。由于實際檢測距離會因檢測物體尺寸、顏色、表面凹凸等而有所不同，因此在設定傳感器時應給予足夠余裕。反射型傳感器的檢測距離隨著檢測物體尺寸而變化，檢測物體的尺寸越大，發射光量也就越大，從而增加檢測距離。圖5 顯示的是傳感器的檢測距離和檢測物體面積之間的關系。

2.3 選擇傳感器時要注意的事項

鄰接多個光電傳感器時會相互干擾，因此有必要采取下列措施：（1）使用帶防干擾功能的傳感器可進行貼近安裝；（2）安裝防干擾濾光器；（3）增加間隔距離；（4）交替放置投光器與受光器（僅透過型）；（5）使用機罩或狹縫透光罩讓光線變窄（僅透過型）。

圖5 傳感器檢測距離和檢測物體面積的關系

背景物體的影響，如果在檢測物體的后面有墻等，其面積一般較大，因此即使離開檢測物體有時也會受到影響。這種情況下，采用如下措施可以消除影響：（1）移去背景物體；（2）將背景物體涂成黑色；（3）遠離背景物體；（4）使用限定反射型傳感器。

干擾光對傳感器的影響，強光、變頻式熒光燈等可能會導致誤動作。另外，陽光入射角度、波長等因季節或時間而異，因此傳感器可能會因太陽光的影響而變動。實際操作時，需在確認動作無誤的基礎上使用。干擾光的影響可以采取如下措施：（1）傾斜光軸使受光部不直接面對外來光源；（2）在受光部上安裝機罩。

3 成型時檢測和防護用光電傳感器

在IC 電路的管腳沖切成型過程中，為了防止IC電路在沖切過程中脫落對模具造成損壞，必須在加工過程中進行檢測，預防意外發生。

3.1 成型集成電路落下檢測用反射鏡和光電傳感器

利用反射鏡和傳感器來檢測沖切過程中塑封體落下，如圖6 所示。傳感器從發射端發射出檢測光軸，經過反射鏡改變光軸方向，光軸從下方穿過，經反射鏡偏轉光軸后進入傳感器的接收端。如果塑封體在加工過程中脫落，就會遮擋住傳感器的光軸，傳感器接收端就接收不到相應的光信號，從而完成檢測工作。

3.2 利用傳感器檢測IC 產品的連筋折斷

如圖7 所示，設置一對透過型光電傳感器對產品的連筋部分是否折斷進行檢測。在正常情況下，從傳感器發射端發射出一束激光，通過被檢測集成電路產品底面，被傳感器接收端所感知。集成電路產品的連筋折斷時，如果不能及時被檢測出來，就會損壞集成電路產品及其生產的模具。如圖8 所示，因為集成電路的連筋折斷，導致集成電路在框架上發生傾斜，傾斜的管腳將檢測光軸遮擋，傳感器的接收端接收不到發射端發出的光信號，檢測到的信號轉換為電信號傳輸到PLC 控制器，由PLC 發出停機和報錯信息給相應的執行裝置，從而保護產品和模具，完成檢測。

圖6 利用反射鏡和傳感器檢測制品落下

圖7 連筋未折斷通光狀態

圖8 連筋折斷時擋光狀態

4 檢測針系統和傳感器結合的檢測和防護

4.1 檢測針系統結合光電傳感器進行檢測

如圖9 所示，在集成電路管腳沖切成型中，如果引線框架沒有準確送到正確的位置，在沖切模具下行時，防誤送檢測針（Miss Detection Pin）不能插入支架相應的孔中，這時支架會壓著防誤送檢測針下行，遮住檢測傳感器的光軸，從而觸發檢測信號并傳送到裝置的控制系統，系統接收到信號會及時停機并閃爍報警燈，從而保護了產品和設備的安全，避免了由于支架不在正確的位置沖切所導致的相關零件損壞的問題。支架在正確位置時，防誤送檢測針插入相對應的孔中，檢測傳感器能接收到相應的光信號，就不會觸發系統報警。

圖9 檢測針系統和光電傳感器檢測原理圖

4.2 檢測針系統結合接近傳感器進行檢測

如圖10 所示，集成電路在其管腳沖切成型時，裝置的取料部分先從料匣中抓取一條封裝好的支架送到軌道上，傳送到沖切模具的入口處。這時，模具送料系統的抓料針插入支架相應的孔內，帶動支架按步距移動，完成沖切工序。參見圖10 中A 處放大示意圖，正常情況下的抓料針進入支架的孔內；如果引線框架不在正確位置（如支架的送料方向不對）料針就不能進入支架相應的孔中，參見圖10 中B 處放大示意圖，導致送料板隨翻轉軸轉動，接近傳感器就能檢測到送料裝置由于翻轉導致的位置變化，給出檢測信號到裝置的控制系統，控制系統接收到檢測信號，做出相應的處置從而完成檢測流程。

圖10 檢測針系統和接近傳感器檢測原理圖

5 結論

由于光電傳感器具有檢測精度高、反應速度快（最高可達到微秒級）、非接觸式等特點，非常適合用于檢測集成電路引腳沖切過程中的各種異常情況。由于檢測精度高，就可以檢測到非常細微的產品缺陷；反應速度快，就可以確保在高速沖切的情況下也能穩定地檢測；因為是非接觸式檢測，所以適合在線檢測，并且可以避免檢測過程中對產品造成的損傷。如果能根據實際情況合理選擇傳感器，并結合檢測針等組成檢測系統，就能有力地保障集成電路引腳沖切工序安全穩定的大規模量產。