- 連接器塑料組件平整性的翹曲變形研究
- 模流分析提供一個(gè)有效的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)
摘要:精密電子連接器在電子產(chǎn)業(yè)進(jìn)入輕薄短小的需求下,以從早期穿孔式(DIP)焊接于印刷電路板上演變成表面粘著技術(shù)(SMT)。在此技術(shù)下,精密電子連接器焊腳的平整度成為最重要的產(chǎn)品規(guī)格。在影響連接器塑料組件平整性的眾多參數(shù)中,以翹曲變形最為關(guān)鍵。本研究針對(duì)此問題,以目前產(chǎn)業(yè)實(shí)際使用的電子連接器為例,利用田口實(shí)驗(yàn)規(guī)劃,探討在兩種不同材料(PA6T, LCP),三種射出條件(射出溫度、射出壓力、充填時(shí)間),對(duì)于連接器平坦度的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),就PA6T材料而言,模流分析所預(yù)測(cè)的較佳成型條件與實(shí)際射出成品相符,然而LCP材料,模流分析所預(yù)測(cè)的最佳成型條件與實(shí)際成品有些許誤差。就射出成型條件而言,兩種材料的射出溫度均在315度可達(dá)到最佳平坦度,而射出壓力則分別為130 MPa (PA6T)及140 MPa (LCP),差距并不大。而由于LCP的流動(dòng)性較PA6T好,因此充填時(shí)間LCP只需0.9秒,而PA6T則需1.5秒。此外,以玻璃纖維含量針對(duì)LCP 材料做平坦性分析,發(fā)現(xiàn)玻璃纖維含量越多時(shí),其平坦度越好。因此,玻璃纖維含量似乎可補(bǔ)償因流動(dòng)性佳所造成的翹曲變形。然而在實(shí)際應(yīng)用上玻璃纖維含量過多將造成實(shí)際成型不易。因此不同射出料的物性,需搭配不同的射出條件,而模流分析提供一個(gè)有效的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。
一、 前言
近年來(lái)電子產(chǎn)業(yè)的趨勢(shì)朝向高密度及薄型化,伴隨著相關(guān)芯片零組件的薄型化,基板接續(xù)用連接器也被要求低背化、細(xì)腳距化與省空間化[1-3]。對(duì)于表面粘著技術(shù)的連接器(SMT connector)而言,由于連結(jié)器的焊接溫度介于240-260℃,因此在材料選用上,必須考慮成型性及耐熱性。一般基于成本考量,常用的材料有 PA6T及LCP。由于這些材料在射出成型過程中,樹脂(resin)會(huì)因?yàn)樵诟鱾€(gè)方向的不同的收縮率而產(chǎn)生翹曲變形,此變形對(duì)于組裝后之成品平整度影響甚鉅,因此本文針對(duì)此一主要產(chǎn)品特征,探討射出溫度、射出壓力、充填時(shí)間三種制程參數(shù),及添加纖維的量對(duì)于所射出的連結(jié)器其翹曲度的影響,進(jìn)而提供業(yè)界在設(shè)計(jì)與制造連結(jié)器的重要參考數(shù)據(jù)。
二、實(shí)驗(yàn)規(guī)劃
精密電子連接器射出成形產(chǎn)品,因其尺寸小及厚度薄,故在材料選擇上或是制程參數(shù)規(guī)劃上應(yīng)有所差異,故透過模具制作與產(chǎn)品實(shí)際射出成形以便修正及核對(duì)實(shí)務(wù)之正確性。在材料選擇上,不同材料如PA 6T、LCP,其流動(dòng)性有不同,選擇適合材料至為重要,而不同產(chǎn)品因造型各異,是否材料各異,也為重要探討范圍。在制程參數(shù)上選擇、射出溫度、射出壓力、充填時(shí)間等作為控制參數(shù),從文獻(xiàn)中得知射出溫度為制程中最重要參數(shù)[4-7],然而對(duì)于業(yè)界量產(chǎn)考量,射出壓力及充填時(shí)間之調(diào)整,可使成型時(shí)間變短,進(jìn)而增加產(chǎn)量,然而射出壓力太大將導(dǎo)致成品收縮、變形,因此這些變量彼此相互影響,關(guān)聯(lián)性非常復(fù)雜,因此必須利用田口法[8-9],以最少仿真次數(shù),得出不同材料的最佳化射出制程參數(shù)。而判別的主要參數(shù)為連結(jié)器的翹曲度。
透過本研究實(shí)驗(yàn)所規(guī)劃之流程(圖1),搭配田口實(shí)驗(yàn)規(guī)劃法,加以探討模流分析與實(shí)際射出成形所得之結(jié)果,是否可有效改善塑料平坦度,進(jìn)而獲得最佳化之射出成形參數(shù)。


由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入田口法計(jì)算機(jī)程序后,經(jīng)因子變動(dòng)計(jì)算,可得S/N(訊號(hào)/噪聲比),如圖2所示。由S/N得到最佳化參數(shù)為,射出溫度315℃、射出壓力 130 MPa、充填時(shí)間1.5 s。此最佳化參數(shù)出現(xiàn)于田口規(guī)劃法L9直交表內(nèi)之第二組實(shí)際數(shù)據(jù),而且實(shí)際射出與仿真射出所得之?dāng)?shù)據(jù)也都是第二組為最佳的,由此可得知PA 6T田口法最佳化組合與實(shí)際射出與仿真射出是互相對(duì)應(yīng)的,符合理論與實(shí)務(wù)相互映證,最佳化成形之塑料其平坦度為0.04mm,符合平坦度不超過 0.05mm之目標(biāo)值。

塑料射料LCP在已設(shè)定射出溫度、射出壓力、充填時(shí)間之條件參數(shù)后,再設(shè)定仿真之各參數(shù),如表5所示。透過田口方法實(shí)驗(yàn)規(guī)劃,可得L9直交表,如表6所 示。依據(jù)L9直交表,可清楚得知有9組田口規(guī)劃之實(shí)驗(yàn)參數(shù),再分別針對(duì)這9組參數(shù),實(shí)際作射出成形,并量測(cè)實(shí)際翹曲度,量測(cè)之結(jié)果,大部份數(shù)據(jù)皆不符合塑 料翹曲度(Flatness) 0.05mm規(guī)格內(nèi),如表7所示。仿真之最佳化參數(shù)為第三組,其參數(shù)為射出溫度315℃、射出壓力 140 MPa 、充填時(shí)間0.9 s,如圖3所示。


三、結(jié)果與討論
從PA 6T 之S/N (訊號(hào)/噪聲比),可觀察出,不論是射出溫度、射出壓力、充填時(shí)間,均有相當(dāng)明顯之趨勢(shì),S/N(訊號(hào)/噪聲比)亦是取最大值,故所呈現(xiàn)之最佳成形參數(shù)為射出溫度315 ℃、射出壓力130 MPa、充填時(shí)間1.5 s,這組最佳化成形參數(shù),出現(xiàn)于田口規(guī)劃法L9直交表內(nèi)之第2組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),然而實(shí)際射出之塑料平坦度數(shù)據(jù)為0.04 mm,此量化數(shù)據(jù)符合平坦度不超過0.05 mm之目標(biāo)值,其余仿真之8組,均未能符合小于0.05 mm規(guī)格內(nèi)。塑料PA 6T經(jīng)田口法所規(guī)劃出L9直交表后,分別作9組實(shí)際射出與仿真射出,從實(shí)際射出可得知第2組為最佳,其數(shù)據(jù)呈現(xiàn)之分布,最大數(shù)值為0.097 mm,最小數(shù)值為0.040 mm,兩者相差值為0.057 mm,然仿真射出也是為第2組最佳,其最大數(shù)值為0.1151mm,最小數(shù)值為0.0452 mm,兩者相差值為0.06911 mm;然實(shí)際射出與仿真射出之總相差值為0.0294 mm;兩者相較之下,可看得仿真射出的差異性較高。數(shù)據(jù)波動(dòng)也比較實(shí)際射出之?dāng)?shù)據(jù)波動(dòng)來(lái)得大。實(shí)際射出與仿真射出之翹曲度,有相同之趨勢(shì),如圖4所示。故從仿真中,就可以先觀察其最佳值為何,如圖5-圖7所示,若異常之處,可隨時(shí)作調(diào)整。在PA 6T實(shí)際射出與仿真射出中,知射出溫度最為重要,再者為射出壓力,最后為射出時(shí)間。

從LCP之S/N(訊號(hào)/噪聲比),可觀察出,除 了射出溫度外,射出壓力與充填時(shí)間,均未有相當(dāng)明顯的趨勢(shì),S/N(訊號(hào)/噪聲比)亦是取最大值,故所呈現(xiàn)之最佳參數(shù)為射出溫度315℃、射出壓力130 Mpa、充填時(shí)間0.8 s,這組最佳化成形參數(shù),正好出現(xiàn)于田口規(guī)劃法L9直交表內(nèi)之第2組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),然而實(shí)際射出成形第二組之塑料平坦度數(shù)據(jù)為0.051mm,此量化數(shù)據(jù)未符合于0.050mm目標(biāo)值內(nèi),實(shí)際射出最佳值是第3組,其平坦度數(shù)據(jù)為0.050mm符合目標(biāo)值之內(nèi),與田口法之最佳化組合相比,兩者不相符;其余8組均未符合不超過平坦度0.050mm目標(biāo)值內(nèi)。實(shí)際射出之?dāng)?shù)據(jù)中,第三組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是0.050mm最佳的,次者為第二、四組,兩組實(shí)際射出之塑料平坦度為 0.051mm;在此說明為何田口規(guī)劃之第二組最佳化成形,于實(shí)際射出中,并不是最好的,因?yàn)閺腟/N(訊號(hào)/噪聲比) ,可觀察出,射出溫度的斜率趨勢(shì)是相當(dāng)清楚的,但射出壓力所呈現(xiàn)之斜率趨勢(shì)卻是相當(dāng)不明顯的,并且其值已相當(dāng)接近S/N標(biāo)準(zhǔn)值(紅色虛線),這顯示在此射料LCP中,射出壓力所扮演的參數(shù),并不屬于關(guān)鍵參數(shù),但反之也可以說,因設(shè)定之射出壓力太高,導(dǎo)致斜率趨勢(shì)不明顯,然就充填時(shí)間0.8s、0.9s而言,其呈現(xiàn)兩者相互接近之狀況,與0.7s區(qū)隔相當(dāng)明顯,這顯示出時(shí)間以0.8s、0.9s,均為佳,0.7s是不可行之參數(shù)。綜合上述之因素,可能因?yàn)樵O(shè)定射出壓力過大,導(dǎo)致射出成形之實(shí)驗(yàn)值,無(wú)法很明確被區(qū)分,對(duì)此將安排實(shí)驗(yàn),以厘清射出壓力影響程度為何,故田口規(guī)劃法L9直交表內(nèi)之第二組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)最佳化成形之組合,雖然未符合不超過0.050mm目標(biāo)值內(nèi)、但與三、四組均相當(dāng)接近,僅差0.001mm,如圖8所示,此實(shí)驗(yàn)仍具有參考性,從仿真射出中可得到LCP所須之壓力較小,如圖9-圖11所示,在此可得知,射出溫度為最重要,次之為射出時(shí)間,再者為射出壓力。

在隨著玻璃纖維含量增多的同時(shí),也要注意到,玻璃纖維含量增多,相對(duì)的實(shí)際射出成形也會(huì)變得較不易,系因玻璃纖維本身具有韌性,會(huì)影響熔料流動(dòng)的順暢性,進(jìn)而造成實(shí)際射出成形不易。在此仿真射出成形中,射出溫度其斜率相當(dāng)明顯,次者為射出時(shí)間,射出壓力在LCP料中,并不是關(guān)鍵參數(shù)之一,故可得知在此LCP仿真射出中,射出溫度最為重要,再者為射出時(shí)間及射出壓力。
