用于引线成形装置的无轴轧辊 【发明领域】
本发明涉及一种布置在引线成形装置内的无轴轧辊，它能被用来在半导体器件上精确地形成小节距引线，并避免在引线上产生刮痕或其它不一致。
【发明背景】
本领域的技术人员已知各种在半导体封壳(package)上形成引线的方法。一种广泛应用的方法是使用如图1A和图1B所示的一种成形冲压机模或凸轮型冲压机。虽然，有时能够采用这种方法，并且目前还在广泛使用，但是这种方法会使引线擦到成形模，从而在引线上产生不良的刮痕，并把帮助固体焊接剂接触的锡或其它重要金属涂层碰掉。这个问题以及与普通冲压机或凸轮成形相关的其它问题对于本领域的技术人员来说是已知的，并且美国专利U.S.5,375,630(Kim)对这些问题作了详细的说明。
在半导体工业中，在引线上产生刮痕是一个很严重的问题。因此，为了克服这个问题，已对引线成形装置进行了许多设计改进。结果，研制出一种装有轧辊的--称作“轧辊成形”的--引线成形工艺过程。普通凸轮或冲压机中半导体器件的引线会擦到引线成形装置，轧辊成形则与之不同，其基本原理是通过将轧辊巧妙放置在引线最容易接触地位置，使相对运动减少或完全消除，从而消除引线和引线成形装置间的摩擦。
目前可得到多种体现这个原理的引线成形装置。美国专利No.5,074,139(Elliot)建议使用多组轧辊的轧辊成形方法。这种方法是通过：使一固定有多个半导体器件的引线框架穿过一系列具有特殊形状的轧辊，逐步将引线弯曲成最终的形状来将之变成理想的形状。但是这种方法仅限于形成双线串接半导体封壳(DIP)的引线，而不能形成一四边形扁平半导体封壳(QFP)的引线。同样，这种方法特殊形状的轧辊通常不能和其它成形轧辊设计连起来使用。
美国专利No.5,376,630(Kim)克服了这个局限性，它说明了一种用来在QFP上形成引线的轧辊成形方法。如图2A和2B所示，Kim的方法采用一在冲压机端部的成形轧辊使多根引线形成理想的形状。在美国专利No.5,199,469(Ishihara)中说明了另一种用于QFP的轧辊成形方法，见图3A，其中，一对轧辊可旋转地附着在一冲压板上以形成引线，在这里，当轧辊下降时，被牢固地固定在一弯曲模上的引线沿着弯曲模的侧面被弯曲。其它与之类似的方法是图3B所示的方法，在这种方法中仅使用单个轧辊。
虽然，轧辊成形减缓了一些与普通凸轮或冲压机成形相关的问题，但是现有技术的设计使用“传统”的轧辊，而这些轧辊并不是特别适用于半导体器件上的引线成形。如图5中所示，一传统的轧辊5具有一由轴16支撑的、基本呈圆柱形的棒12，轴16被安装在支撑物14相对端面上的一孔或一洞17内。具有这种“轴”的轧辊设计将圆柱棒支撑在它的轴上，而轴仅在它的端部受到支撑-而不是沿着轴的整个长度受到支撑。因此轧辊不可能在不产生形变的情况下承受很大的力，尤其是，这类应用中的轧辊要求较小的半径。
解决这个问题的一种尝试是增加轧辊的半径，或者换一种方法，缩短轧辊。但是用于半导体器件上的引线成形，一较大的直径就有问题了，因为通常引线都非常小，且要求一极小的公差。非常典型的是要求最终形成的封壳上的公差是0.05毫米，这包括封壳的包封(wrapage)、允许的毛口和反弹作用。当把轧辊设置在冲压机或凸轮冲压机的端部时，如Kim的专利中棒的半径决定了形成引线的半径，这就更成问题了。因为必须有一极小的公差，所以不希望以精度或准确性为代价增加轧辊的尺寸。虽然缩短轧辊可以是另一种选择，但是较短的轧辊可能使产生的装置不适用于具有很高引线数的半导体封壳-因此限制了使用范围。为了能够得到精度、准确性和多样性的一致，轧辊必须能够支撑一具有较小直径的长棒，并承受足够的力而不发生变形。目前能够得到的传统轧辊，与无轴轧辊不同，不容易达到这些重要的标准。
图6所示的有轴轧辊设计部分地解决了传统轧辊的这个缺点。这个设计试图通过位于多模槽支持物20内的一系列短圆柱鼓轮18克服弯曲问题。每个模槽具有一对轴支撑19，因此在鼓轮间具有间隙。为了适当地使用这种类型的轧辊，半导体引线必须这样放置，使得引线的位置处于鼓轮上，而不是间隙内。但是，由于该间隙能做成小到何种程度是有限定范围的，所以这种轧辊不适于制造某些引线节距非常小的半导体器件。
图6A示出图6所示轧辊的一种修改设计，其中，具有一连续轧辊表面的轧辊具有多个匹配的模槽以容纳间隙。通过这样一种连续表面，这个设计避免了上述图6轧辊的缺点。但是，如图6A.1所示，这个设计不允许轧辊完整地旋转360度。因此，必须很麻烦地“再循环”轧辊，即当轧辊使用时，每次都要将它旋转回其初始位置。
除了上述的缺点，与无轴轧辊相比，一有轴的轧辊通常还具有许多其它的缺点。主要的缺点是，一有轴的轧辊需要更多的部件，因此需要更多的空间。因为在半导体引线成形过程中，空间受到限制，所以附加体积很不受欢迎。这个缺点的一个结果是有轴轧辊不能简便地用在一个步骤中形成QFP的所有四侧引线。如图4所示，一在A和B侧有轴的轧辊必须具有轴支撑物，而支撑物占据了引线附近的空间，而在这个空间内，C和D侧的轧辊也需要占据空间。因此仅能同时装配两根轧辊。从而在一个步骤中仅能形成QFP封壳的两侧引线，形成QFP封壳所有四侧引线需要两个独立的步骤。
与一个步成形相比，引线的两步成形具有许多缺点。首先，与一步成形相比，两步成形势必要花费更长的制造时间，所以产量就下降。另外，由于对于每一个QFP，引线成形装置都要重复运动，所以引线成形装置更易磨损和磨破。再则，由于不能与前一个步骤完全相同地重复每一个步骤，所以产生了附加的公差。
普通有轴轧辊的另一个缺点是轧辊通常不稳定或不可靠，并需要更多的维修和保养。另外，由于一有轴轧辊是由一轴支撑的，所以不能使用较佳的、有助于减小摩擦和去除碎屑的空气支承。
本发明的目的
因此本发明的一个目的是提供一用于引线成形装置的无轴轧辊，以及一种用这种轧辊准确地在半导体封壳上形成小节距引线的方法，并且能克服上述普通轧辊的缺点，同时也能消除与普通凸轮或冲压机型成形相关的某些问题。
发明的技术方案
本发明是一无轴轧辊，它特别适于在引线成形装置内形成半导体器件上的小间距引线，同时又避免引线上的刮痕和其它变形。轧辊组合在引线成形装置内，其中，将一半圆柱形槽腔有选择地设置在装置中。一圆柱棒可旋转地装配在槽腔内，使得棒的大于50％小于100％的部分位于槽腔内。
在本发明的一较佳实施例中，无轴轧辊包括多个通向槽腔、帮助降低圆柱棒和槽腔表面间摩擦的模槽，并且通过设置一个排出污垢或其它碎屑的开口，实现自动清洁。轧辊还包括一空气通道，它构成一个通向半圆柱形槽腔的管路，这样压缩空气可对棒产生一空气支承。另外，无轴轧辊是模件化的，这样可以取走或替换包含模腔和圆柱的引线成形装置的一部分。
附图简介
图1(现有技术)是一将引线成形区域放大的凸轮型引线成形装置的侧视图；
图1B(现有技术)是一将引线放大的凸轮型引线成形装置的侧视图；
图2A(现有技术)是装设有轴轧辊冲压机的单独部分主视图，其中，将轧辊放大；
图2B(现有技术)是图2A所示冲压机的单独部分侧视图；
图3A(现有技术)是使用一对轧辊的外引线成形装置的侧视图；
图3B(现有技术)是一由轧辊机构驱动的凸轮侧视图；
图4(现有技术)是一俯视图，说明在QFP半导体封壳的引线成形中有轴轧辊的使用。
图5(现有技术)是具有一根轴的普通轧辊的主剖视图；
图6(现有技术)是具有多模槽支持物的轧辊的主剖视图；
图6A(现有技术)是具有一连续轧辊表面的一多模槽轧辊的主剖视图；
图6A.1(现有技术)是图6A所示轧辊的一侧剖视图；
图7是模件化无轴轧辊的立体图，它具有一自动清洗槽和一空气通道；
图8是图7中无轴轧辊的侧视图；
图9A是不具有自动清洗槽和空气通道的无轴轧辊的立体图；
图9B是具有自动清洗槽的无轴轧辊的立体图；
图9C是一具有空气通道的无轴轧辊的立体图；
图9D是小于50％的圆柱棒设置在空腔内时一无轴轧辊的立体图；
图9D.1是图9D中轧辊的侧视图；
图10是设置在一预成形装置内的无轴轧辊的局部剖切侧视图，以说明预成形过程；
图11是在一凸轮成形装置内的无轴轧辊的局部剖切侧视图，以说明最终的引线成形过程；
图12是一侧面图，以说明在凸轮成形装置中采用一无轴轧辊的方法；
图12A是图12所示无轴轧辊的一顶视图；
图12B是在凸轮压床内的有轴轧辊的一顶视图；
图13是一用于QFP上形成引线的一单阶段凸轮成形装置的一侧面图；
图13A是沿着图13中线A-A剖切的顶视图。
对本发明的详细说明
图7说明本发明的较佳实施例，其中，将用于引线成形装置的无轴轧辊模件化，使得可以取走和替换引线成形装置中包含轧辊部件的一可选择部分。图7中的无轴轧辊10包括一模件部分15和一设置在模件部分15内的半圆柱形模腔20。一圆柱棒25可旋转地装配在模腔20内，使得棒25超过50％(但小于100％)的部分位于模腔20内。图8说明的较佳实施例是将大约60％的圆柱棒25设置在模腔20内。在模件部分15内设置多个槽30，用于减小圆柱棒25和模腔20内表面间的摩擦，并且通过设置一排出污垢或其它碎屑的开口，来自动清洁。一空气通道35构成一通向模腔20的管路。可将压缩空气送入模腔20(35)，以便对圆柱棒25产生一空气支承，减小摩擦，并将污垢排出槽30。
本领域的技术人员应当理解，本发明可以有多种实施例。例如，模槽和空气通道都是较佳的特征，但是无轴轧辊仅具有其中任一特征或根本不具备这两个特征，也不会严重影响其总性能。例如，如果不易得到压缩空气时，可以设想从轧辊设计中省略空气通道，而完整地保留模槽。另外，虽然较可取的是将50％以上的圆柱棒设置在半圆柱形模腔内，但也可以有这样一种实施例，使得少于50％的棒设置在模腔内。再则，虽然较可取的是，无轴轧辊具有一模件化的设计，但是在某些区域，如很难取走轧辊，无轴轧辊也可以完全与引线成形装置组合在一起。因此，对于具体的使用者来说，他们可以将各种特性与无轴轧辊结合，以便与特定的环境匹配。
作为说明这些可能性的方法，图9A、9B、9C和9D示出了不同的实施例。但是应该理解的是：所示的附图仅用于举例说明，并不构成对本发明的限制。在图9B中，模件化的无轴轧辊仅包括模槽30，而图9C中的轧辊仅包括空气通道35。相反，在图9A中，模件化的轧辊既无空气通道又无自动清洁模槽。
在图9D和图9D.1中，所示的模件化无轴轧辊40中仅小于50％的圆柱棒43被设置在半圆形的模腔45内。虽然图9D.1中的轧辊40，其圆柱棒43的每一端部都装配入一孔50内，以防止棒脱离模腔，但是在一引线成形装置中使用轧辊时，如果它具有很小的振动或其它运动，则并不一定需要一限制器。另外，只要棒能相对自由地转动，还可以使用如磁铁、金属丝、紧固件之类的其它装置来防止棒脱离模腔。
可以使用本领域技术人员熟知的各种材料来制造无轴轧辊。虽然通常用金属来制造轧辊，但是也能使用诸如塑料、橡胶和陶瓷之类的其它材料。特别是陶瓷，它具有能够提供一自动润滑作用的优点，因此轧辊不再需要任何附加的润滑剂(如油或油脂)。也可以通过材料的组合来制造轧辊，例如可以对一金属轧辊有选择地涂敷陶瓷或其它可减小摩擦的材料。
可以多种方式在一引线成形装置内应用无轴轧辊来使引线成形。通常，应当将轧辊巧妙地设置在装置内、能够理想地避免半导体器件引线和引线成形装置间摩擦的位置处。图10、11和12说明了将无轴轧辊用到引线成形工艺过程中去的三种方法。但是应该理解的是：虽然图10、11和12示出了发明人所认为的使用无轴轧辊的较佳方法，但是它们仅用作举例，并不认为是在引线成形工艺过程中采用无轴轧辊的仅有方法。
在图10中，无轴轧辊被用在引线成形工艺过程的预成形阶段。预成形是人们熟知的，它是将引线制成一中间形状以为最终成形作好准备。在这里，具有多根未成形引线65的半导体器件60被牢固地设置在一成型模70内。具有一圆柱棒25的无轴轧辊1可旋转地设置在一冲压机75内，圆柱棒25足够长，能够适应半导体器件60，并且它的一部分从冲压机中伸出。冲压机75下降直至引线65被弯曲成理想的角度。为了说明的目的，图10示出在位置80的引线的预成形角接近于45度。但是，对于每一个封壳来说，最佳的角度是可以变化的，这取决于封壳的厚度和引线的长度。
在图11中，无轴轧辊用于最终的成形阶段，其中将半导体器件的引线弯曲成最终的形状。这里，具有多根预成形引线80的半导体器件60被牢固地设置在成型模85内。具有圆柱棒25的无轴轧辊1可旋转地设置在成型模85内，圆柱棒25足够长，能适应半导体器件60，并且圆柱棒25的一部分从成型模85中伸出。当凸轮冲压机90移动到最终位置时，预成形引线80无摩擦地运动进入位置95，最后到达最终成形位置97。虽然在这个说明中，半导体器件的引线在最终成形阶段前已被预成形，但是无轴轧辊也可以用于未经预成形工艺过程的成形阶段。
在图10和图11中，无轴轧辊设置在半导体器件的引线与引线成形装置接触的位置。但是，无轴轧辊还可以设置在装置的其它部位，并从无轴设计中得到益处。例如，图12说明这样一种情况，当无轴轧辊10设置在凸轮冲压机90内，用以在凸轮围绕着凸轮轴88枢转形成引线时，控制凸轮的路径。如图12A所示，无轴设计允许轧辊10的宽度等于或大于凸轮的宽度(用字母“W1”表示)，从而提供了凸轮运动的稳定性。相反，图12B所示的有轴轧辊5却需要在轴16的每一端有一支撑物14，因此轧辊棒12的宽度必须小于凸轮的宽度(用“W2”表示)。因此，与采用无轴轧辊的凸轮不同，它有一定的空间使凸轮产生“摆动”，从而降低了总体稳定性。
最后，图13说明无轴轧辊如何用来使整个引线成形设计得以重要改进。正如在背景技术中所提到的以及图4所说明的那样，因为轴支撑物所占的空间，使得具有轴的轧辊不能用来实现单一阶段的成形设计。但是如图13A所示，由于无轴轧辊10消除了体积很大的支撑物，所以可将之做成适应于一QFP的所有四侧引线成形。因此，无轴轧辊可以实现单一阶段成形。
从上述说明中可以很明显地看出，无轴轧辊可以有多种实施例，并可以多种方式用于引线成形。可以在目前许多采用普通有轴轧辊来形成半导体器件上引线的引线成形装置上再装配本发明所述的无轴轧辊，并从无轴轧辊的设计中得以益处。因此，本领域的技术人员应能理解，可以在未超出本发明所附权利要求所公开的范围和精神的前提下，对无轴轧辊及其使用方法进行各种修改、添加和替换。