曲げに注意してください:コンポーネントのリードを曲げるとき、角を切ってはいけない理由

  • 2019年8月19日
  • ユナイテッドSiC

概要

半導体リードフォーミングは多くの設計で必要です。このブログでは、避けなければならない落とし穴と、信頼性の高い結果を得るために従うべき推奨事項について述べています。

ブログ

貫通型のパワートランジスタがブレッドボードにフィットするようにリード線を形成する必要があるとき、私たちはペンチに手を伸ばします。ESDリストストラップを再接続し、角度を確認してから曲げます。奇妙な千鳥のピッチはフィットしそうにないので、リードをまっすぐにして、もう一度やってみてください。今回は、ペンチでリードを保持し、「調整済み」の親指でリードを曲げることを忘れないでください。 見た目は良くなりますが、リードが外れます。金属は、特に2回目は、曲げ半径がゼロになるのが好きではありません。 まだ丸ペンチは作られているのだろうか?

先輩達は、試作品を使って加工可能な結果を得る方法を学びますが、生産環境では、リード成形をより良く制御する必要があります。そうでない場合の結果は、リードのクラック、メッキの剥離、デバイス成形の損傷、湿気の浸入、最終的には使用中の故障などが考えられます。

しかし、確かに最近は何でもかんでも表面実装になっているのでは?そうであれば良いのかもしれませんが、特にハイパワー製品では、TOスタイルのリード付きパッケージの使用はすぐには無くならないでしょう。とにかく、高価でストレスのかかる部品をドライバーとカッターと100Wのハンダゴテで交換できるというアイデアは、エンジニアには好まれています。なぜ交換するのか?それは失敗するからです。この時点で「鶏か卵か」という疑問が出てきます。

設計者の中には、リード線を「ガルウイング」または C 字型に形成した TO- パッケージを使用して、ネジで固定されたヒートシンクと表面実装の出の放熱(図 1)の両方の利点を得ることができるように、賭けをヘッジしている人もいます。しかしそれは、通常の動作でも、温度変化に伴う材料の膨張の差により、基板からトレースが引き裂かれる危険性があります。

図1.UnitedSiC が推奨するいくつかのリード曲げ構成

リードの曲がりは応力緩和を与えますが、銅リードの連続的な曲げを意図的に設計するという考えは魅力的ではなく、どの程度の応力緩和があれば十分なのでしょうか?JEDEC に準拠したパッケージであっても、リード基材の厚さは +/-20% の変化があり、一般的な錫メッキの厚さは 300~1200 µインチ であるため、剛性はかなり劇的に変化します。銅はとにかく硬い金属なので、デバイスリードに使用する場合は、合金化して半硬質の状態にしなければなりません。半分の公差はどうなんでしょうね?

また、リフロー温度の問題や表面実装タイプのリード線デバイスの耐湿性レベル(MSL)の不足などの問題もあります。実際には、これらの問題を回避するためにリードを手でハンダ付けすることになるかもしれませんが、これでは少ししか解決しません。

デバイス自体に損傷を与えずにリードフォーミングを行う方法を説明したガイドラインがいくつかあります。リードは決して横方向に曲げてはいけません(図2)。また、曲げがコンポーネント本体に直接当たらないように常にクランプする必要があります。

図2.横方向への曲げは損傷の原因となる可能性が高い

パッケージのプラスチック材料に触れないようにし、メッキの摩耗や裸の銅の露出を避けるクランプをお勧めしますが、曲げ工具の面は少なくともメッキ面が「輝いた」状態にします。 デバイス本体からの曲げの距離は、リードの幅または厚さの数数とし、最小曲げ半径とともに、組み込みのスタンドオフを考慮して指定されます。 工具と作業場は、清潔で適切にESD保護されている必要があります。

UnitedSiC[1]は、様々なリード形式のワイドバンドギャップ半導体デバイスを販売しています。TO-220、TO-247 (3 リードおよび 4 リード)、TO-264 などがあります。これは、デバイス リードを曲げる際の落とし穴と推奨事項をまとめた有用なアプリケーション ノート、AN0021: 「スルーホール リードの曲げ加工」[2]であり、これにより、角をカットするのではなく、確実に曲げ形成することができます。

参考文献

[1] https://unitedsic.com

[2] https://unitedsic.com/appnotes/UnitedSiC_AN0021_Thruhole_lead_bending.pdf