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冰箱、汽車、便攜式視頻游戲機以及潛水艇之間看似毫無聯系之處,但在以下兩個方面卻是相同的。第一,它們內部都具有電子設備以保證其正常工作。第二,它們都暴露于復雜多變的外界環(huán)境中,這將會影響其核心的、復雜的電子配置,從而導致種種不便與潛在危險問題的產生,影響其正常工作。
暴露于水、灰塵、油類、化學藥品以及溫度極端變化環(huán)境中,以及劇烈的碰撞等都將會損壞電路,發(fā)生線路故障。這個問題已經引起了制造商們的注意,他們尋找各種各樣的方法將電子部件與這些有害的影響因素隔離,以確保其產品功能的可靠性與穩(wěn)定性。
傳統(tǒng)的保護方式
目前,我們已經獲得的防御外界環(huán)境破壞的傳統(tǒng)方法包括封裝(將電子部件壓縮到一個殼狀的保護裝置中,里面塞滿環(huán)氧樹脂或聚氨酯)與保形涂層涂料(將具有防護作用的化學物質涂于或噴灑于電子部件的表面)。
然而,上述方法不僅成本昂貴,而且造成時間的大量浪費。最終難以成為制造商與用戶所期望的持久的保護方式。另外,與加工、制造、裝配、注射模具外殼或保形涂層涂料相關的成本也相當高,在很多時候甚至超過了這些過程中的部件成本。
在封裝工藝中,需要很多裝配步驟,這不僅會增加裝配線的長度,同時也增加了設備與勞動力成本。在保形涂層涂料工藝過程中會產生有毒氣體,從而可能導致對工作環(huán)境的危害,需要較長時間才能得以恢復。因此,導致裝配過程的延長。尤其當這些工藝應用在小型部件上時,整個過程中密封材料浪費的數量經常會遠遠超過實際需要的數量。甚至在大多數時候,浪費的材料成本會遠遠大于成品部件的成本。
即使將整個工藝過程涉及到的化學品正?;旌?,部件在密封的保護下不受損壞,這種保護也不能抵抗得住一天天的磨損。如果部件被充分浸濕,或經受強烈震動,防護裝置將會破裂。其結果會導致其核心電子部件功能障礙或失效。
新型的保護方式 — 低壓注塑成型技術
然而,目前有一種可替代密封與保形涂層涂料的方法。低壓注塑成型技術是一種更為高效的保護方法,它僅需要很少的裝配需求,并且安全、容易實施,同時對于外界壓力提供了一種更直接的防護。
低壓注塑成型技術最初于上世紀八十年代在歐洲自動化行業(yè)得以應用。其工藝包括成型與用熔化的熱塑熱熔膠封裝現有部件。此工藝包含四個關鍵過程:原材料、模具、設備及應用技術。
該技術使用的熱塑熱熔膠是一種以粘合尼龍為主的阻燃材料。作為一種單一材料,它不需要進行化學混合。熱塑材料以露珠狀或片狀存儲在固體泡沫中,而不像密封或保形涂層涂料所使用的化學品與液體一樣有毒性。這便消除了對于導致環(huán)境與安全危害的任何顧慮。 而且,當應用熱熔材料時,整個過程不存在任何化學反應,同時也沒有可溶性物質產生。在存儲及短暫的冷卻與預處理過程中,原材料不會產生有毒氣體。此外,對環(huán)境有益的一個附加好處在于,熱塑性塑料可以用可重復利用的原材料制成。
熱塑性塑料在室溫下進行冷卻預處理僅需要幾秒鐘的時間,因此,在原材料應用與下一步產品裝配之間不需要等待。原料附著在PVC涂層線與PCB板的最底層。原料等級根據不同的應用而有所變化。
應用在低壓注塑成型工藝的鑄模設備可以由鋁材料或鋼材料制成。鋁制模具將會為短周期產品提供更加快速的熱交換過程,而鋼制模具對于長周期產品所要求的耐久性是極其必要的。
整個工藝的第一步是熱塑性塑料的熔化。熱塑性塑料在華氏370度至450度時在容器罐中熔化,然后由齒輪泵或桿狀系統(tǒng)傳送至注射器頂部。設備由旁路控制,不斷增加壓力,由20磅/平方英寸增至200磅/平方英寸。位于注射器頂部的噴嘴在定時器的控制下或開或關,允許熱塑性塑料流到模具中,將電子部件包覆在具有保護功能的熱塑性塑料之中。
絕大多數的應用壓力范圍在80磅/平方英寸到100磅/平方英寸之間,熱塑性塑料的低粘度(從1000厘泊至10000厘泊),使得易碎電子部件在20磅/平方英寸的低壓下成型成為可能。而這些類型的部件在傳統(tǒng)的高壓注塑成型工藝的高壓下很容易受到破壞。
由低壓成型工藝產生的浪費相對于傳統(tǒng)的封裝方法是很小的,因為在較低的壓力下浪費的數量能保持到最小。另外,此工藝免除了對外殼封裝的需求,同時保留了增加支架與索環(huán)的能力,這便為后來的附加部件的增加作好了準備。
對于大約90%的設備,整個工藝周期(注塑、冷卻與預處理)僅需不到60秒的時間即可完成。這樣的生產效率要遠遠超過傳統(tǒng)的工藝過程,如乙烷或環(huán)氧封裝,需要長達24小時的時間. 在保護的效果方面,由低壓成型形成的支架是絕對意義上的密封。除了防水、防塵之外,它還對絕大多數的化學藥品與水壓流體具有很強的防護能力。由于使用的熱塑性塑料是電絕緣的,因此,模具對電子產品同時提供ESD保護,這種情況下,便無需防靜電包裝材料。
外殼材料的硬度也使得電子部件免于受到不斷的機械振動的破壞。此外,由于成型材料所具有的耐高溫與阻燃性的特點,從而保證了部件在溫度從-40華氏度至320華氏度范圍內功能的完整性。
低壓注塑成型技術可用來保護傳感器、馬達、開關、光纖設備、連接器、PCB板、繼電器、電子部件以及燃料電池。它對于溫度敏感性部件與復雜形狀部件來說是相當理想的。此工藝已經在很多行業(yè)中得以成功應用,包括家電、汽車、電子、航海、醫(yī)療以及長途通訊等行業(yè)。
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