小心彎曲：為什么不應(yīng)通過元件腳端彎曲來走捷徑

許多電力工程師都知道如何使用其手工原型獲得可行的成果，但在生產(chǎn)環(huán)境中，我們需要更好地控制腳端彎曲。否則，可能會(huì)引起數(shù)不盡的問題。本博客文章討論了獲得可靠結(jié)果要避免的錯(cuò)誤以及應(yīng)遵循的建議。

這篇博客文章最初由 United Silicon Carbide (UnitedSiC) 發(fā)布，該公司于 2021 年 11 月加入 Qorvo 大家庭。UnitedSiC 是一家領(lǐng)先的碳化硅 (SiC) 功率半導(dǎo)體制造商，它的加入促使 Qorvo 將業(yè)務(wù)擴(kuò)展到電動(dòng)汽車 (EV)、工業(yè)電源、電路保護(hù)、可再生能源和數(shù)據(jù)中心電源等快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)。

在實(shí)驗(yàn)室時(shí)，我們經(jīng)常使用鉗子來完成穿孔功率晶體管需要的腳端彎曲操作，以便將其裝進(jìn)電路測(cè)試板中。我們及時(shí)重新連接了防靜電手腕帶，緊緊盯著鉗口的角度，然后進(jìn)行彎曲。如果彎曲后的奇怪交錯(cuò)間距導(dǎo)致無法裝入，我們會(huì)將針腳拉直，然后再試一次。這次我們會(huì)用鉗子夾住針腳，然后用 “經(jīng)過校準(zhǔn)” 的拇指來掰彎針腳。這次看起來好多了，但隨后一個(gè)針腳掉了下來，因?yàn)榻饘俨皇悄軐?shí)現(xiàn)零彎曲半徑的材料，尤其是在第二次彎曲時(shí)。您可能會(huì)想，圓嘴鉗不也是金屬做的嗎？

老前輩們都知道如何利用原型獲得可行的結(jié)果，但是在生產(chǎn)環(huán)境中，我們需要更好地控制腳端彎曲。否則可能會(huì)造成針腳斷裂、鍍層脫落或成型器件受損，從而導(dǎo)致水分侵入，并最終導(dǎo)致使用故障。

但現(xiàn)在所有元件都是采用表面貼裝嗎？如果都采用表面貼裝，也許會(huì)很好，但是 TO 式針腳封裝不會(huì)立即消失，尤其是在大功率產(chǎn)品中。不管怎樣，工程師們都喜歡使用螺絲刀、切割工具和 100W 烙鐵來改造昂貴的受力部件。為什么要改造？因?yàn)槟切┎考荒苡?，也許是其形狀不合適。此時(shí)，設(shè)計(jì)人員就要面臨 “先有雞還是先有蛋” 的問題。

有些設(shè)計(jì)人員為了兩頭下注、對(duì)沖風(fēng)險(xiǎn)，就會(huì)使用 TO 封裝并讓針腳變成 “鷗翼” 形或 Ｃ 形，以便能兩全其美：讓螺絲安裝的散熱器和表面貼裝的端子都能連接恰當(dāng)（圖 1）。不過，在正常工作條件下，隨著溫度的變化，材料會(huì)出現(xiàn)不均勻的膨脹，這樣做有可能會(huì)將走線從電路板上扯下來。

圖 1：UnitedSiC 推薦的幾種針腳彎曲配置 

彎曲針腳可以緩解應(yīng)力，但有意將銅針腳設(shè)計(jì)成可以持續(xù)彎曲的樣子卻不太可行，而且消除多少應(yīng)力才合適？即使是使用符合 JEDEC 標(biāo)準(zhǔn)的封裝，針腳基料的厚度也會(huì)出現(xiàn) +/-20% 的變化，而典型的鍍錫材料厚度可在 300 至 1200 μin 之間，所以針腳剛度會(huì)有顯著不同。無論如何，銅是一種硬金屬，在用于器件針腳時(shí)，必須制成銅合金并回火至半硬狀態(tài)。我在想，“半硬” 的容差是多少？

之后，還有用作表面貼裝類型的針腳器件的回流溫度和缺乏潮濕敏感度 (MSL) 額定值問題。在實(shí)踐中，為了解決這些問題，針腳最終可能會(huì)手動(dòng)焊接起來，但這就有點(diǎn)違背了我們的初衷。

遵循幾個(gè)原則，就可以做到在不損壞器件本身的情況下，實(shí)現(xiàn)針腳彎曲。有幾件事不可做。針腳絕不可橫向彎曲（圖 2），且應(yīng)始終用夾具夾緊針腳，以避免彎曲處緊貼元件。

建議夾具不要接觸到封裝的塑料材料，以避免磨損鍍層或讓裸銅外露，但實(shí)際上彎曲工具的表面至少會(huì)摩擦到鍍層表面，這是難以避免的。指定彎曲部分與器件主體之間的距離，同時(shí)考慮所有的內(nèi)置壓鉚螺母柱和最小彎曲半徑，該半徑通常以針腳寬度或厚度的倍數(shù)表示。彎曲工具和工作場(chǎng)所需保持干凈整潔，并采取適當(dāng)?shù)?ESD 防護(hù)措施。

圖 2：橫向彎曲很可能會(huì)造成損壞

UnitedSiC 出售各種針腳樣式的寬帶隙半導(dǎo)體器件：如 TO-220、TO-247（3 針腳和 4 針腳）、TO-264 等，并附有實(shí)用的應(yīng)用筆記，AN0021：“穿孔針腳彎曲”，筆記中總結(jié)了彎曲器件針腳時(shí)的常見錯(cuò)誤和建議，從而幫助您可靠地彎曲成角，避免弄斷針腳。

文章來源于Qorvo Power ，作者UnitedSiC現(xiàn)Qorvo