原创小心弯曲：为什么不应通过元件脚端弯曲来走捷径

 2023-6-4 21:16  311 4 4 分类: PCB

这篇博客文章最初由 United Silicon Carbide (UnitedSiC) 发布，该公司于 2021 年 11 月加入 Qorvo 大家庭。UnitedSiC 是一家领先的碳化硅 (SiC) 功率半导体制造商，它的加入促使 Qorvo 将业务扩展到电动汽车 (EV)、工业电源、电路保护、可再生能源和数据中心电源等快速增长的市场。

在实验室时，我们经常使用钳子来完成穿孔功率晶体管需要的脚端弯曲操作，以便将其装进电路测试板中。我们及时重新连接了防静电手腕带，紧紧盯着钳口的角度，然后进行弯曲。如果弯曲后的奇怪交错间距导致无法装入，我们会将针脚拉直，然后再试一次。这次我们会用钳子夹住针脚，然后用 “经过校准” 的拇指来掰弯针脚。这次看起来好多了，但随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，尤其是在第二次弯曲时。您可能会想，圆嘴钳不也是金属做的吗？

老前辈们都知道如何利用原型获得可行的结果，但是在生产环境中，我们需要更好地控制脚端弯曲。否则可能会造成针脚断裂、镀层脱落或成型器件受损，从而导致水分侵入，并最终导致使用故障。

但现在所有元件都是采用表面贴装吗？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。不管怎样，工程师们都喜欢使用螺丝刀、切割工具和 100W 烙铁来改造昂贵的受力部件。为什么要改造？因为那些部件不能用，也许是其形状不合适。此时，设计人员就要面临 “先有鸡还是先有蛋” 的问题。

有些设计人员为了两头下注、对冲风险，就会使用 TO 封装并让针脚变成 “鸥翼” 形或Ｃ形，以便能两全其美：让螺丝安装的散热器和表面贴装的端子都能连接恰当（图 1）。不过，在正常工作条件下，随着温度的变化，材料会出现不均匀的膨胀，这样做有可能会将走线从电路板上扯下来。

图 1：UnitedSiC 推荐的几种针脚弯曲配置

弯曲针脚可以缓解应力，但有意将铜针脚设计成可以持续弯曲的样子却不太可行，而且消除多少应力才合适？即使是使用符合 JEDEC 标准的封装，针脚基料的厚度也会出现 +/-20% 的变化，而典型的镀锡材料厚度可在 300 至 1200 µin 之间，所以针脚刚度会有显著不同。无论如何，铜是一种硬金属，在用于器件针脚时，必须制成铜合金并回火至半硬状态。我在想，“半硬” 的容差是多少？

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，为了解决这些问题，针脚最终可能会手动焊接起来，但这就有点违背了我们的初衷。

遵循几个原则，就可以做到在不损坏器件本身的情况下，实现针脚弯曲。有几件事不可做。针脚绝不可横向弯曲（图 2），且应始终用夹具夹紧针脚，以避免弯曲处紧贴元件。找元器件现货上唯样商城

建议夹具不要接触到封装的塑料材料，以避免磨损镀层或让裸铜外露，但实际上弯曲工具的表面至少会摩擦到镀层表面，这是难以避免的。指定弯曲部分与器件主体之间的距离，同时考虑所有的内置压铆螺母柱和最小弯曲半径，该半径通常以针脚宽度或厚度的倍数表示。弯曲工具和工作场所需保持干净整洁，并采取适当的 ESD 防护措施。