專利名稱：固化硅酮橡膠的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對壓電元件或其它電子元件所使用的硅酮橡膠進行固化的裝置，其中用硅酮橡膠覆蓋壓電元件的周邊后，用鎧裝樹脂覆蓋其周圍區(qū)域。
例如，在日本未審定專利申請公報No.1-228310中揭示了傳統(tǒng)的壓電元件，其中用諸如硅酮橡膠的彈性材料覆蓋有引線端子附著于其上的壓電元件的周邊，并用鎧裝樹脂密封其周圍。硅酮橡膠防止由于鎧裝樹脂收縮應(yīng)力以及壓電元件的約束波形畸變的阻尼效應(yīng)所造成的壓電元件的振動特性的變化。
為了制造這種壓電元件，將壓電元件附著于引導(dǎo)框架，通過浸漬用硅酮橡膠覆蓋壓電元件的周邊，使得引導(dǎo)框架由夾具維持，從而在爐子中被加熱和固化，然后，通過浸漬用環(huán)氧樹脂覆蓋其外圍，使得引導(dǎo)框架由夾具維持，從而在爐子中再次被加熱和固化，限定一層鎧裝樹脂層。然后從夾具取出引導(dǎo)框架并通過使引線端子與引導(dǎo)框架分離獲得壓電元件。以這種方式，通過讓多個繼續(xù)由夾具維持的壓電元件經(jīng)受系列過程，增加大批量生產(chǎn)率以及獲得均勻的產(chǎn)品質(zhì)量。
當(dāng)熱固硅酮橡膠在爐中被加熱和固化時，通過利用熱空氣的直接熱傳輸，在150℃至160℃范圍內(nèi)的溫度下加熱通常需要30分鐘到1小時。然而，當(dāng)壓電元件(例如壓電陶瓷元件)長時間暴露于這種高溫時，存在壓電元件特性退化的問題(偶極子)。
以這種方法，在按照如上所述將多個壓電元件維持在夾具上時進行硅酮橡膠涂覆和鎧裝樹脂形成過程，在爐中加熱和固化期間，夾具以及壓電元件必然被加熱，因為維持壓電元件的夾具被插在爐子中。由于夾具的熱容量比壓電元件的熱容量大得多，夾具需要一段加熱時間，在從爐子中取出后它還需要一段冷卻時間，所以存在一個硅酮橡膠固化過程需要較長時間的問題。
此外，在具有加熱器和風(fēng)扇的傳統(tǒng)加熱和固化裝置中，設(shè)備必然達到相當(dāng)規(guī)模，當(dāng)含有輸送系統(tǒng)時導(dǎo)致成本高的問題。
為了克服上述問題，本發(fā)明的較佳實施例提供一種固化方法和固化裝置，其中能夠非?？焖俚剡M行加熱和固化過程而不退化壓電元件的特性，所以改善電子元件制造的生產(chǎn)率。
按照本發(fā)明的第一較佳實施例，固化硅酮橡膠的方法包括以下步驟將多個壓電元件維持在夾具中，在由夾具所維持的壓電元件的外表面上涂覆硅酮橡膠，以及用遠(yuǎn)紅外線輻照涂覆在壓電元件外表面上的未固化的硅酮橡膠，從而使硅酮橡膠固化。
按照本發(fā)明的第二較佳實施例，提供一種硅酮橡膠的固化裝置，用于固化涂覆在諸如壓電元件等電子元件外表面上的硅酮橡膠，固化裝置包括維持其外表面上涂覆有未固化的硅酮橡膠并具有反射遠(yuǎn)紅外線特性的壓電元件的夾具，以及用遠(yuǎn)紅外線輻照涂覆在壓電元件外表面上的未固化硅酮橡膠，從而使硅酮橡膠固化的遠(yuǎn)紅外線產(chǎn)生裝置。
根據(jù)本發(fā)明的較佳實施例，在多個電子元件支承在夾具上的狀態(tài)中用未固化的硅酮橡膠涂覆壓電元件的外圍表面后，將夾具輸送到遠(yuǎn)紅外產(chǎn)生裝置。當(dāng)用遠(yuǎn)紅外產(chǎn)生裝置中所產(chǎn)生的遠(yuǎn)紅外線輻照壓電元件時，遠(yuǎn)紅外線被選擇性地吸收到涂覆在電子元件上的硅酮橡膠中，而夾具和電子元件基本上不吸收遠(yuǎn)紅外線。因此，電子元件(如壓電元件)并不產(chǎn)生熱，由此防止壓電特性退化(偶極子)。此外，具有大熱容量的夾具并不產(chǎn)生熱，所以極大地縮短了加熱時間和固化過程后的冷卻時間。由于在硅酮橡膠中，熱是通過遠(yuǎn)紅外線從其內(nèi)部產(chǎn)生的，固化均勻進行，所以能夠使整個硅酮橡膠均勻固化。
較佳地，從遠(yuǎn)紅外產(chǎn)生裝置發(fā)射的遠(yuǎn)紅外線包括約7μm至約15μm的波長。波長的范圍通常在5μm至1000μm，在該波長范圍當(dāng)中，硅酮橡膠的吸收光譜在約7μm至15μm的波長段中呈現(xiàn)最高水平。通過用包括這一波長范圍的遠(yuǎn)紅外線輻照硅酮橡膠，遠(yuǎn)紅外線能夠有效地吸收到硅酮橡膠中而不被電子元件和夾具所吸收，由此改善熱效率。
通過參考附圖從對較佳實施例的以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、特性、要素和優(yōu)點將是顯然的。


圖1是是根據(jù)本發(fā)明一個較佳實施例的壓電元件的例子的縱向截面圖。
圖2是用于制造圖1所示壓電元件的夾具的透視圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明一個較佳實施例的用于固化硅酮橡膠的裝置的例子的側(cè)視圖。
圖4是沿圖3中線IV-IV線截取的截面圖。
圖5是固化爐的透視圖。
圖6是曲線圖，表明形成夾具的鋁粉末的紅外吸收特性。
圖7是曲線圖，表明形成諸如壓電元件的電子元件的陶瓷粉末的紅外吸收特性。
圖8是曲線圖，表明形成端子的Sn粉末的紅外吸收特性。
圖9是曲線圖，表明硅酮橡膠的紅外吸收特性。
圖10是根據(jù)本發(fā)明一個較佳實施例的硅酮橡膠固化裝置的另一個例子的透視圖。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明一個較佳實施例的硅酮橡膠固化裝置中使用的工件W的例子。
根據(jù)本發(fā)明一個較佳實施例的工件W是具有引線端子的壓電元件。工件W較佳地包括例如包含切變模式振動元件的基本上呈矩形的壓電元件1和三個引線端子2-4。包括有引線端子2-4附著于它的壓電元件1的至少兩端邊緣的兩個端部被第一硅酮橡膠5所覆蓋。被第一硅酮橡膠5覆蓋的壓電元件1的整個外圍被第二硅酮橡膠6所覆蓋，其外圍進一步被諸如環(huán)氧樹脂的鎧裝樹脂7所覆蓋。
在按照如上所述的壓電元件W中，由于最易于受鎧裝樹脂7的收縮應(yīng)力影響的兩端邊緣被兩層硅酮橡膠5和6所覆蓋，即使當(dāng)由于溫度變化造成鎧裝樹脂7的收縮應(yīng)力變化時，應(yīng)力變化能夠被吸收，導(dǎo)致可解決由于溫度造成的特性變化的問題。此外，由第二硅酮橡膠6可保護壓電元件W的阻尼效應(yīng)，從而壓電元件W具有防止出現(xiàn)波形畸變的特征。
正如圖2所示，壓電元件W與夾具10對準(zhǔn)并放在其中，使得多個壓電元件1附著于引導(dǎo)框架8。在較佳實施例中所使用的夾具10較佳地是例如在日本專利2581342中所揭示的夾具，其中，在非磁性硬基板11的上表面上，形成多個存放槽12，用于存放條形部分的引導(dǎo)框架8，其中，排列并吸收多個磁性引導(dǎo)框架8在一行中，由磁鐵(未示出)保持。夾具10的硬基板11由有光澤的金屬板(如鋁板)制成，具有反射遠(yuǎn)紅外線的特性。
通過浸漬在用第一硅酮橡膠5涂覆后讓按照如上所述由夾具10夾持的壓電元件W經(jīng)受第一硅酮橡膠5的涂覆過程。然后將工件W送至對硅酮橡膠固化的裝置，這將在后面描述，對未固化的第一硅酮橡膠5加熱并使之固化。然后通過浸漬在用第二硅酮橡膠涂覆后使工件W經(jīng)受第二硅酮橡膠6的涂覆過程，或者其它合適過程，再次將它送至硅酮橡膠的固化裝置，這將在后面描述，對未固化的第二硅酮橡膠6加熱并使之固化。
圖3至5示出根據(jù)本發(fā)明一個較佳實施例的對硅酮橡膠固化的裝置的例子。
輸送機20按箭頭表示的方向輸送載有工件W的夾具10。在輸送機20的中間位置上，提供一個推進機22，通過諸如柱體的升降裝置21作上下驅(qū)動。正如圖4所示，推進機22在一對輸送機20之間升高或降低，從而使夾具10水平升高。
在升降裝置21的上方，提供一個固化爐23。固化爐23的爐壁較佳地由絕熱材料制成，從而防止加熱器24溫度變化，這將在后面描述。在固化爐23的底部表面上，形成一個夾具可插入的開口23a。在固化爐23內(nèi)側(cè)，將遠(yuǎn)紅外面板加熱器24水平地固定于其上，其熱產(chǎn)生表面24a面向下。遠(yuǎn)紅外面板加熱器24的熱產(chǎn)生表面24a的面積大于夾具10的面積。按照硅酮橡膠的吸收光譜設(shè)定發(fā)射遠(yuǎn)紅外線的波長。
在固化爐23內(nèi)側(cè)，安排一個支承構(gòu)件(未示出)，用于支承夾具10的側(cè)面端部的底部表面。當(dāng)通過推進機22將夾具10插入到固化爐23內(nèi)時，通過支承夾具10的底部表面，將支承構(gòu)件安排成相對于遠(yuǎn)紅外面板加熱器24的熱產(chǎn)生表面24a水平地支承夾具10。在固化爐23的底部，安排一個由驅(qū)動器(未示出)打開和關(guān)閉的閘門25。閘門25用于關(guān)閉固化爐23的開口23a，以防止周圍空氣進入爐中。
接著，將描述對硅酮橡膠固化的裝置的操作。
按箭頭的方向輸送放置在輸送機20上的夾具10，從而停在固化爐23的下方。然后由推進機22使夾具10從輸送機20上升高，同時驅(qū)動驅(qū)動器并打開閘門25，使其從開口23a插入到固化爐23內(nèi)。
在夾具10插入到固化爐23內(nèi)后，由支承構(gòu)件支承夾具10的底部表面，從而使夾具10相對于遠(yuǎn)紅外面板加熱器24的熱產(chǎn)生表面24a水平支承。然后閘門25關(guān)閉固化爐23的開口23a。
接著，通過遠(yuǎn)紅外面板加熱器24用遠(yuǎn)紅外線輻照排列在夾具10上的工件W，從而固化涂覆在工件W上的硅酮橡膠薄膜5和6。特別是當(dāng)發(fā)射的遠(yuǎn)紅外線包括約7μm至15μm的波長時，能夠顯著有效地加熱硅酮橡膠薄膜5和6，而不加熱夾具10和壓電元件W。
硅酮橡膠薄膜5和6被加熱和固化后，打開閘門25，通過升降裝置21提升推進器22，從而在固化爐23內(nèi)支承夾具10的底部表面，通過降低推進器22從固化爐23內(nèi)取出夾具10，并關(guān)閉閘門25。然后將夾具10放置在輸送機20上，從而通過驅(qū)動輸送機20在箭頭的方向上進行輸送。
圖6至9分別示出形成夾具10的鋁粉末、形成壓電元件W的陶瓷粉末、形成端子2至4的Sn粉末和硅酮橡膠的紅外吸收特性的測量結(jié)果。在圖中，橫軸表示紅外線的波長，而縱軸表示紅外線的吸收比。
應(yīng)當(dāng)理解，硅酮橡膠在遠(yuǎn)紅外范圍(約為5μm至約1000μm的波長)中具有吸收光譜。具體地，在約7μm至15μm的范圍內(nèi)，出現(xiàn)吸收光譜的峰值。相反，其它材料在遠(yuǎn)紅外范圍內(nèi)幾乎沒有吸收光譜，所以它們難以被加熱。因此，應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)用遠(yuǎn)紅外絕輻照時，只選擇對硅酮橡膠加熱。
通過利用如上所述的遠(yuǎn)紅外線能夠獲得以下操作和優(yōu)點。
(1)在短時間內(nèi)使硅酮橡膠固化由于按照如上所述硅酮橡膠完全吸收遠(yuǎn)紅外線，能夠在短時間內(nèi)使其溫度有效地升高。采用逐步上升的溫度升高率，能夠縮短固化時間。由于僅增加硅酮橡膠的溫度，因此硅酮橡膠的固化溫度可以很高，以致于大大縮減固化時間。
例如，在采用爐子的傳統(tǒng)固化裝置中，在160℃下需要用10分鐘來加熱并固化硅酮橡膠，當(dāng)采用根據(jù)本發(fā)明較佳實施例的遠(yuǎn)紅外面板加熱器時大約只需要90秒來固化硅酮橡膠。
(2)加熱和固化時間的縮短如上所述，夾具10并不吸收遠(yuǎn)紅外線并且遠(yuǎn)紅外絕的輻照時間短，因而夾具10基本上不被加熱。因此，由于夾具10無需冷卻能夠連續(xù)地使用它，極大地縮短了加熱和固化時間。
(3)設(shè)備成本的降低遠(yuǎn)紅外加熱器比爐子更簡單且在結(jié)構(gòu)上更緊湊，因而提高了每個單位面積的生產(chǎn)率。遠(yuǎn)紅外面板加熱器(它是裝置的基本元件)是比較價廉的。此外，可以省略夾具10的冷卻裝置，導(dǎo)致設(shè)備成本的降低。
(4)注意事項在利用遠(yuǎn)紅外線時必須要注意的一個事項是避免溫度變化。為了解決這個問題，加熱器的尺寸、絕緣結(jié)構(gòu)和加熱器與工件W之間的距離是重要的。
加熱器的尺寸是這樣的，即最好采用其尺寸大于對工件進行加熱的面積的加熱器，因為由于在橫向方向上熱量散逸，加熱器的端部的溫度很可能被降低。
絕緣結(jié)構(gòu)應(yīng)用安排成能處理加熱器溫度變化導(dǎo)致工件W溫度變化的問題。因此，為了使表面上的溫度均勻，固化爐23由一種最大限度防止熱量散逸到環(huán)境中去的絕緣結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
到加熱器的距離也是重要的。當(dāng)加熱器與工件W之間的距離太短時，存在加熱器溫度變化在其上直接產(chǎn)生作用以及熱量透過空氣層在其上產(chǎn)生影響的問題。反之，當(dāng)工件W與加熱器分開一段距離時，盡管溫度變化縮小，但是加熱器的熱效率降低。因此，考慮到這些情況，必須適當(dāng)確定距離。
本發(fā)明并不局限于上述的較佳實施例。
在上述較佳實施例中，說明了具有引線端子并用雙層硅酮橡膠覆蓋的壓電元件W。然而，壓電元件可以用單層硅酮橡膠覆蓋。然而，當(dāng)用雙層硅酮橡膠覆蓋壓電元件時，本發(fā)明的較佳實施例更有效，因為需要加熱和固化的兩個步驟。
正如圖10所示，本發(fā)明的較佳實施例不僅可以應(yīng)用于有引線端子的壓電元件而且可以應(yīng)用于用涂覆在其上的硅酮橡膠S部分覆蓋的芯片壓電元件W。在后一種情況中，通過將壓電元件W放置在平面夾具H上可以將其輸送到固化爐23，如圖3所示。
此外，應(yīng)當(dāng)注意，含有硅酮材料的任何其它電子元件能夠使用本發(fā)明的固化硅酮橡膠的方法和裝置。
在這一較佳實施例中，在第一硅酮橡膠5和第二硅酮橡膠6的兩個固化過程中都使用夾具10。然而，在鎧裝樹脂7的固化過程中也可以使用夾具。具體地說，當(dāng)使用環(huán)氧樹脂作為鎧裝樹脂7時，由于環(huán)氧樹脂與硅酮橡膠相似在遠(yuǎn)紅外范圍內(nèi)具有吸收光譜，可以采用同一個紅外加熱器進行硅酮橡膠和鎧裝樹脂的兩種固化處理。
在這一較佳實施例中，示出了成批型的固化爐23，然而，可以采用連續(xù)型固化爐。即，從固化爐的入口到其出口連續(xù)地安排一個輸送機，因而在由輸送機輸送夾具的同時由遠(yuǎn)紅外加熱器加熱工件W，從而固化硅酮橡膠。
根據(jù)本發(fā)明較佳實施例的固化裝置能夠在非常短的時間內(nèi)固化硅酮橡膠，從而將其應(yīng)用于連續(xù)型固化爐是有效的，它不會長時間將硅酮橡膠維持在爐內(nèi)。
正如從以上描述所理解的，根據(jù)本發(fā)明的較佳實施例，把用未固化硅酮橡膠覆蓋的壓電元件支承在夾具上，用遠(yuǎn)紅外線輻照硅酮橡膠，從而使遠(yuǎn)紅外線有選擇地被吸收到硅酮橡膠中，由此使硅酮橡膠在短時間內(nèi)固化。壓電元件基本上不吸收遠(yuǎn)紅外線，所以它不產(chǎn)生熱，還可以可靠地防止壓電特性的退化。
此外，夾具很少吸收遠(yuǎn)紅外線，所以由于短的輻照時間，它基本上不被加熱。因此，由于無需對夾具進行冷卻能夠連續(xù)地使用它，由此提高生產(chǎn)率。
再有，由于在硅酮橡膠中，熱是通過遠(yuǎn)紅外線從其內(nèi)部產(chǎn)生的，固化可均勻地進行，所以整個硅酮橡膠被均勻固化。
雖然以上已經(jīng)描述了本發(fā)明的較佳實施例，應(yīng)當(dāng)理解，改進和變化對于本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員而言是顯然的，無需偏離本發(fā)明的精神。因此，本發(fā)明的范圍由以下權(quán)利要求書唯一地限定。
權(quán)利要求
1.一種硅酮橡膠的固化方法，其特征在于包括以下步驟將多個電子元件維持在夾具中；將硅酮橡膠涂覆在夾具所維持的電子元件的外表面；以及用遠(yuǎn)紅外線輻照涂覆在電子元件外表面上的未固化的硅酮橡膠，從而使硅酮橡膠固化。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，遠(yuǎn)紅外線包括約7μm至約15μm的波長。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述電子元件為壓電元件。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述電子元件包括具有引線端子的壓電元件。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述電子元件包括包含有切變模式振動元件和多個引線端子的基本上呈矩形的壓電元件。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在將硅酮橡膠涂覆在由夾具所維持的電子元件的外表面上的步驟中，所述引線端子被第一硅酮橡膠所覆蓋。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在將硅酮橡膠涂覆在由夾具所維持的電子元件的外表面上的步驟中，施加覆蓋壓電元件整個表面的第二硅酮橡膠。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，進一步包括在第二硅酮橡膠上涂覆環(huán)氧樹脂，從而覆蓋壓電元件整個表面的步驟。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，第一硅酮橡膠是在施加第二硅酮橡膠之前在對涂覆在電子元件外表面上的未固化硅酮橡膠進行輻照的步驟期間固化的。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在用遠(yuǎn)紅外線對涂覆在電子元件外表面上的未固化硅酮橡膠進行輻照，從而使硅酮橡膠固化的步驟期間，所述遠(yuǎn)紅外線不被所述夾具吸收。
11.一種固化涂覆在電子元件外表面上的硅酮橡膠的裝置，其特征在于，所述固化裝置包括為維持電子元件而安排的夾具，在電子元件的外表面上涂覆有未固化的硅酮橡膠，所述夾具具有反射遠(yuǎn)紅外線的特性；以及用遠(yuǎn)紅外線輻照涂覆在電子元件外表面上的未固化的硅酮橡膠，從而使所述硅酮橡膠固化的遠(yuǎn)紅外線產(chǎn)生裝置。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，由所述遠(yuǎn)紅外線產(chǎn)生裝置發(fā)射的遠(yuǎn)紅外線包括約7μm至約15μm的波長。
13.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述電子元件為壓電元件。
14.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，進一步包括為把夾具從硅酮橡膠施加裝置輸送到遠(yuǎn)紅外線產(chǎn)生裝置而安排的輸送機。
15.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述遠(yuǎn)紅外線產(chǎn)生裝置包括爐壁由隔熱材料制成的的固化爐。
16.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述遠(yuǎn)紅外線產(chǎn)生裝置包括其熱產(chǎn)生表面的面積大于夾具的面積的遠(yuǎn)紅外面板加熱器。
17.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述夾具由不吸收遠(yuǎn)紅外線的材料制成。
18.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述夾具由對施加遠(yuǎn)紅外線不會被加熱的材料制成。
19.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述電子元件包括有引線端子的壓電元件。
20.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述電子元件包括含有切變模式振動元件和多個引線端子的基本上呈矩形的壓電元件。
全文摘要
構(gòu)造一種對硅酮橡膠固化的裝置,從而以非常短的時間進行加熱處理和固化處理,而不退化壓電元件的特性,從而提高生產(chǎn)率。將在其外圍表面上涂覆有未固化硅酮橡膠的壓電元件維持在具有反射遠(yuǎn)紅外線特性的夾具中。由遠(yuǎn)紅外面板加熱器用遠(yuǎn)紅外線輻照涂覆在壓電元件外圍表面上的未固化硅酮橡膠,從而使硅酮橡膠固化。
文檔編號B29C35/08GK1322058SQ0110472
公開日2001年11月14日 申請日期2001年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月21日
發(fā)明者杉森將宣 申請人:株式會社村田制作所