專利名稱：用于在樹脂模塑制品中消除分子取向的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于樹脂模塑制品中消除分子取向的方法和裝置，更具體地涉及用于樹脂模塑制品中消除分子取向的加熱過程的改進(jìn)，該樹脂模塑制品用于例如電子裝置、光學(xué)元件和微型機(jī)械元件的精密元件。
背景技術(shù)：
用于例如與計算機(jī)的CPU直接接觸的基座外殼的電子裝置和用于光電傳輸裝置的樹脂模塑制品，需要非常高的尺寸精度。通常利用塑性樹脂的注射成型來制造這類樹脂模塑制品。
在注射成型過程中，將高溫和高粘性的熔融樹脂在高壓下注射到金屬模中并在注射后急劇地冷卻。在這一過程中，不可避免地產(chǎn)生了分子取向從而形成了被帶入最終產(chǎn)品中的表面凝固層。最終產(chǎn)品中的這種分子取向的出現(xiàn)，導(dǎo)致了殘余變形、雙折射和彎曲的產(chǎn)生，這些嚴(yán)重地降低了需要高尺寸精度的上述類型產(chǎn)品的質(zhì)量。
由于模壓后接觸柱的受壓插入擴(kuò)大了電子裝置產(chǎn)品的這種彎曲。在CPU安裝中，出于焊接目的將模塑制品進(jìn)行最高至約210℃的加熱過程并且這種再加熱去除了導(dǎo)致彎曲擴(kuò)大的殘余應(yīng)力。
因此，對于高尺寸精度模塑制品的制造來說，在安裝到電子裝置中之前需要糾正模塑制品表面區(qū)域附近殘余分子取向的不利影響。
通常，在用于糾正這種有害影響的最終加熱過程之前，將模塑制品封閉在金屬模中利用結(jié)合在金屬模中的加熱器來加熱。也就是，通過加熱的塑化作用將產(chǎn)生的彎曲糾正到一定程度。具體地說，將模塑制品封閉在金屬模中利用加熱器來加熱，固定模具而且在冷卻后從模具中取出模塑制品。
然而，這種傳統(tǒng)的加熱器類的加熱過程是非常不利的，由于在同一金屬模中連續(xù)的加熱和冷卻需要長的處理時間。在從加熱到冷卻的轉(zhuǎn)換過程中，熱能一旦輸入到模具中就需要將其從模具中排出以使在金屬模和模塑制品之間的溫度梯度倒轉(zhuǎn)(inverse the thermalgradient)。這一過程需要長的加工時間從而大大降低了加工效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是實現(xiàn)短時間內(nèi)在樹脂模塑制品中殘余分子取向的消除，以便增加模塑制品的表面光潔度，同時在減少的加工時間內(nèi)去除殘余變形。
根據(jù)本發(fā)明的基本方面，至少一個透紅外窗局部地形成在金屬模中，將樹脂模塑制品固定地放置在金屬模中與透紅外窗面對面排列，至少一個紅外輻射源安裝在對準(zhǔn)透紅外窗的位置，并且經(jīng)過透紅外窗將紅外輻照施加在模塑制品的目標(biāo)表面。


圖1是單面紅外輻照的本發(fā)明裝置的一個實施方案的示意圖；圖2是雙面紅外輻照的本發(fā)明裝置的一個實施方案的示意圖；圖3是本發(fā)明的加熱過程中模塑制品內(nèi)熱量梯度的示意圖；圖4表示根據(jù)本發(fā)明的紅外輻照加熱的原理；圖5是用于本發(fā)明加工的評估的模塑制品的傳輸光譜；圖6是圖1所示裝置的詳細(xì)側(cè)視圖；圖7是圖2所示裝置的詳細(xì)側(cè)視圖；圖8是在對于沒有進(jìn)行紅外輻照加熱的模塑制品的回流之前和之后的彎曲測量結(jié)果圖；圖9是表示進(jìn)行單面輻照模塑制品的溫度隨時間的函數(shù)變化圖；圖10是表示在圖9的測量情況下的測量點；圖11是表示進(jìn)行單面輻照加熱至250℃的模塑制品的彎曲變化圖；圖12是表示進(jìn)行單面輻照加熱至300℃的模塑制品的彎曲變化圖；
圖13是表示進(jìn)行單面輻照加熱至330℃的模塑制品的彎曲變化圖；圖14是表示進(jìn)行雙面輻照的模塑制品的溫度隨時間的函數(shù)變化圖；圖15是表示進(jìn)行雙面輻照加熱至250℃的模塑制品的彎曲變化圖；圖16是表示進(jìn)行雙面輻照加熱至300℃的模塑制品的彎曲變化圖；圖17是表示進(jìn)行雙面輻照加熱至330℃的模塑制品的彎曲變化圖。
具體實施例方式
圖3描述了由于加熱產(chǎn)生的模塑制品中的溫度分布。本發(fā)明的實例用實線表示。在圖中，左側(cè)部分是透紅外窗而右側(cè)部分是模塑制品。如圖所示，在接近表面的區(qū)域也就是分子取向出現(xiàn)的區(qū)域(凝固層)，觀察到利用紅外輻照溫度的升高。
在圖3中，傳統(tǒng)加熱器類型加熱的熱量梯度用虛線表示，在圖中，左側(cè)部分是帶有加熱器的金屬板而右側(cè)部分是模塑制品。如圖所示，模塑制品中的溫度從其表面到核心一直下降，與本發(fā)明不同，在接近表面處觀察到?jīng)]有溫度的升高。
本發(fā)明的基本原理在圖4中表示，其中由外部的輻照源對封閉在具有透紅外窗的金屬模內(nèi)的模塑制品進(jìn)行紅外輻照加熱。以兩種方式進(jìn)行輻照加熱，一種是單面輻照而另一種是雙面輻照。
本發(fā)明的單面輻照的一個實施方案如圖1所示，其中樹脂模塑制品P放置在位置固定的金屬模1中，其目標(biāo)表面例如模塑制品的電子裝置安裝表面，放置在與透紅外窗3緊密接觸的位置。在這種情況下，由一個未示出的外部輻照源如圖中箭頭所示地施加紅外輻照至透紅外窗3。持續(xù)進(jìn)行紅外輻照直到目標(biāo)表面的中心達(dá)到預(yù)定溫度。在圖6中更詳細(xì)地示出了這種布置。
本發(fā)明的雙面輻照的一個實施方案如圖2所示，其中樹脂模塑制品P放置在位置固定的金屬模1中，其目標(biāo)表面例如模塑制品的電子裝置安裝表面，放置在與透紅外窗3緊密接觸的位置。在這種情況下，由未示出的外部輻照源如箭頭所示地施加紅外輻照至透紅外窗3。與上述單面輻照相比，雙面輻照的優(yōu)點在于在模塑制品兩個目標(biāo)表面之間在溫度上沒有差異，同時模塑制品溫度的升高更快。在圖7中更詳細(xì)地示出了這種排列。
在上述的實施方案中，使用下面的模塑制品和紅外線。模塑制品由液晶聚合物制成而且利用分光光度計測量其光學(xué)特性。得到的傳輸光譜在圖5中示出。從圖中清楚地看出，在該模塑制品經(jīng)歷從遠(yuǎn)紅外到近紅外波段的情況下觀察到幾乎沒有紅外傳輸。換句話說，觀察到紅外線能量良好的吸收。因此，各種輻照源都是可以使用的。作為具體的實例，由于其低成本和高的輸出功率，使用紅外燈，即一種近紅外輻照源是有益的。
由于其在近紅外波段優(yōu)異的紅外傳輸，有益地使用PYREX玻璃作為輻照傳輸窗。得到的輻射光譜在圖5中示出。
以彎曲測量、輻射加熱、彎曲測量、回流加工和彎曲測量的循環(huán)進(jìn)行試驗。為了測量最初狀態(tài)下的彎曲，隨機(jī)選取20個模塑制品并將測量結(jié)果的平均值作為最初值。在約220℃下進(jìn)行回流。
在彎曲測量中，將模塑制品固定在測量臺上，且在模塑制品厚的部分的表面上以5mm的間隔的9個點選擇一對對角線X和Y。在每一個點上，使模塑制品與測量臺滑動來測量彎曲Z。接著將模塑制品放置在金屬模中并且施加紅外輻照直到最大表面溫度達(dá)到預(yù)定值。選擇三個最大表面溫度即250、300和330℃用于測量。利用擰緊螺釘選擇1.5、11和40kgf的載荷。在單面輻照的情況下增加80kgf的載荷。
在回流加工之前和之后對沒有經(jīng)受紅外輻照加熱的模塑制品進(jìn)行的彎曲測量結(jié)果如圖8所示。橫坐標(biāo)表示以“mm”為單位的對角線的位置而縱坐標(biāo)表示以“μm”為單位的彎曲Z。從圖中可以清楚地得出，通過回流加工使彎曲增加了三倍以上?？梢源_信，這是由于在注射成型過程中通過回流加工利用加熱減少了所產(chǎn)生的內(nèi)部殘余應(yīng)力。
首先考慮單面輻照的情況。在距離模塑制品9cm的位置對其施加最大紅外輻照強(qiáng)度的情況下，模塑制品的溫度隨時間函數(shù)的增加如圖9所示。對模塑制品上不同點輻照的測量結(jié)果如圖10所示。
當(dāng)模塑制品上用于安放CPU的表面的中心的溫度達(dá)到250、300和330℃時，彎曲的情況分別由圖11、12和13示出。
圖中所示的結(jié)果表明，在250℃紅外輻射后模塑制品的彎曲降低了，但在回流加工后又增加到與沒有紅外輻照的模塑制品的彎曲相同的水平?？梢源_信，這是因為在250℃通過紅外輻照沒有去除殘余應(yīng)力，彎曲恢復(fù)到最初值。
與此相比，300℃的紅外輻照減少了回流加工后彎曲的恢復(fù)。當(dāng)紅外輻照溫度升高至330℃時，彎曲降低了。可以確信，由于輻照溫度接近了用于模塑制品的樹脂的熔融點溫度，模塑制品中的殘余應(yīng)力被去除。也就是，在這一照射溫度下增強(qiáng)了紅外輻照的效果。
另外，將紅外輻照施加到CPU安裝表面和安裝表面的焊接點上。將紅外線燈放置在距離模塑制品12cm的位置同時在距離模塑制品1.5cm的位置上放置鹵素?zé)?。在最大輸出功率下進(jìn)行輻照。模塑制品的溫度隨時間函數(shù)的變化如圖14所示。對單面輻照的情況，在4個點上進(jìn)行測量同時以10kgf進(jìn)行模具固定。
在雙面照射的情況下，通過適當(dāng)調(diào)節(jié)輻照距離能夠?qū)⒉煌砻娴妮椪詹町悳p少至最小，這樣使不同表面間的溫度差減少到最小，同時以比單面輻照更快的速度加快溫度的升高。
在模塑制品的電子裝置安裝表面的中心溫度為250、300和330℃時雙面紅外輻照彎曲的情況分別在圖15、16和17中示出。
在每一種情況下，輻照后彎曲的量幾乎相同?？梢源_信，模塑制品的變形溫度低于250℃。然而，在低溫輻照的情況下，輻照后彎曲的恢復(fù)增加。隨著表面溫度升高到300和330℃，接近了用于模塑制品的樹脂的熔融溫度，可以發(fā)現(xiàn)很好地消除了殘余應(yīng)力，同時模塑制品在輻照后甚至是回流加工后仍能保持其形狀。
當(dāng)關(guān)注集中于X方向時，在各種輻照條件下觀察到在彎曲量上沒有明顯的區(qū)別?？梢源_信，這是由于將相反的彎曲加入到輻照前初始彎曲中，結(jié)果，即使在回流加工后也沒有出現(xiàn)變形。
通常，塑性材料是紅外輻照不能穿透的并且很好地吸收輻照能量，因此能夠促進(jìn)輻照加熱。由于金屬模本身不會產(chǎn)生熱量，在模塑制品和金屬模之間的熱量梯度是傾斜的趨向冷卻。結(jié)果，在傳統(tǒng)的加熱器加熱過程中不再需要花費時間用于熱逆轉(zhuǎn)(thermalinversion)。這樣明顯地節(jié)省了加工時間。
權(quán)利要求
1.用于在樹脂模塑制品中消除分子取向的方法，包括以下步驟準(zhǔn)備一個裝備有至少一個透紅外窗的金屬模；在所示金屬模中固定放置樹脂模塑制品，使其目標(biāo)表面與所述一個或多個透紅外窗面對面；通過所述一個或多個透紅外窗對所述一個或多個目標(biāo)表面施加紅外輻照。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述紅外輻照施加到所述模塑制品的一個表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述紅外輻照施加到所述模塑制品的兩個表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的方法，其中進(jìn)行紅外輻照模塑制品的中心溫度超過其變形溫度。
5.用于在樹脂模塑制品中消除分子取向的裝置，包括一個安裝有至少一個透紅外窗的金屬模，該窗位于與插入模中的模塑制品的表面相對應(yīng)的位置；和與所述透紅外窗相對的外部輻照源。
全文摘要
本發(fā)明涉及在樹脂模塑制品中對殘余分子取向的短時間消除和高效率地對模塑制品表面光潔度的增強(qiáng)。在金屬模中固定安裝至少一個透紅外窗，將模塑制品固定放置在金屬模中，使其目標(biāo)表面與透紅外窗緊密接觸，同時在外部排列至少一個紅外輻照源，用于經(jīng)過該窗對模塑制品施加紅外輻照。
文檔編號B29C45/26GK1498159SQ02806698
公開日2004年5月19日 申請日期2002年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月16日
發(fā)明者黑崎晏夫 申請人:大學(xué)聯(lián)想株式會社, 黑崎晏夫