1, Minijaturizacija i preciznost: Tehnološki iskorak u milimetarskom bojnom polju
Primarni trend u višenamjenskoj integraciji elektroničkih proizvoda je minijaturizacija, koja nameće gotovo stroge zahtjeve na točnost obrade injekcijskih kalupa. Uzimajući za primjer pametne telefone, njihovo kućište treba integrirati desetke malih struktura kao što su gumbi, sučelja, utori za antene i otvori za raspršivanje topline. Neke ključne dimenzije moraju imati dopuštena odstupanja unutar ± 0,01 mm, što je ekvivalentno 1/6 promjera ljudske vlasi. Kalup stražnjeg poklopca mobilnih telefona sa zakrivljenim zaslonom serije OPPO Find mora postići besprijekorno pristajanje između zakrivljene površine i zaslona pomoću obradnog centra za povezivanje s pet osi. Pogreška zazora kalupa trebala bi biti manja od 0,005 mm, inače će uzrokovati prelijevanje injekcijskim prešanjem ili labavost sklopa.
Izazov 1: Stabilnost obrade mikrostrukture
Omjer dubine šupljine i širine minijaturiziranih kalupa često premašuje 10:1, a tradicionalni procesi mljevenja skloni su vibracijama uzrokovanim nedovoljnom krutošću alata, što rezultira površinskim valovima ili dimenzionalnim odstupanjima. Na primjer, kada se proizvodi nosač unutarnje antene pametnog sata, kalup mora izrezati kanal za ubrizgavanje mikro pjene širine 0,3 mm. Ako je točnost obrade nedovoljna, to će uzrokovati ometanje protoka materijala, a konačna čvrstoća proizvoda će se smanjiti za više od 30%.
Novi put: višeosno povezivanje i ultraprecizna obrada
Obradni centar s pet osi može postići jedno-stezanje i oblikovanje složenih površina pomoću visoko-preciznih rešetkastih ravnala s radijalnim odstupanjem vretena manjim ili jednakim 0,005 mm, smanjujući ponovljene pogreške u pozicioniranju. Kombinacijom alata za rezanje obloženih tvrdom legurom (promjera manjeg ili jednakog 0,5 mm) i strategije rezanja slojevitog prstena, deformacija struktura tankih-stjenki može se kontrolirati unutar 0,02 mm. Osim toga, tehnologija obrade električnim pražnjenjem (EDM) može izrezati utore na razini mikrometra koje tradicionalna mehanička obrada ne može postići, poput kontrole razmaka pinova kalupa za konektor kućišta za punjenje slušalica Huawei FreeBuds, koji se oslanja na EDM za postizanje točnosti od ± 0,003 mm.
2, Kompatibilnost materijala: Suradnički izazov višestrukih materijala
Višenamjenska integracija elektroničkih proizvoda zahtijeva kompatibilnost s različitim karakteristikama materijala, kao što su kompozitne strukture od metala i plastike, koegzistencija materijala visoke toplinske vodljivosti i izolacijskih materijala te ekološki zahtjevi materijala na bazi biologije. Uzimajući naslon za dlan prijenosnog računala kao primjer, ASUS Unparalleled serija usvaja jednodijelni-dizajn kalupljenja, koji zahtijeva kombinaciju ABS+PC legure i nosača od aluminijske legure kroz proces ubrizgavanja. Kalup mora izdržati visoku temperaturu od 280 stupnjeva i pritisak od 150 MPa u isto vrijeme, te izbjeći pucanje uzrokovano razlikom u koeficijentu toplinskog širenja između metala i plastike.
Izazov 2: Čvrstoća povezivanja različitih materijala
U proizvodnji kućišta pametnih satova, postupak zajedničkog brizganja PC-a (polikarbonata) i LCP-a (polimera s tekućim kristalima) često se koristi za uravnoteženje otpornosti na pad i prodiranja signala. Međutim, viskoznost taline LCP-a je samo 1/5 viskoznosti PC-a. Neodgovarajući dizajn kanala za protok kalupa može dovesti do preranog skrućivanja LCP-a i stvaranja defekata delaminacije. Praksa TSMC kalupa za pakiranje čipova pokazala je da se optimizacijom položaja vrata i krivulje pritiska držanja deformacija igle može smanjiti s 0,1 mm na 0,02 mm, ali po cijenu skraćivanja vijeka trajanja kalupa za 40%.
Probojni put: Analiza toka modela i modifikacija materijala
Softver za analizu toka kalupa (kao što je Moldflow) može simulirati ponašanje punjenja različitih materijala i optimizirati broj i položaj zasuna. Na primjer, u dizajnu kalupa prijenosnog računala s pomičnim zaslonom Lenovo ThinkBook Plus Gen 6, simulacijom je utvrđeno da bi tradicionalni bočni poklopci uzrokovali tragove skupljanja na rubovima zaslona. Na kraju su umjesto toga korištena lepeza-oblikovana vrata i konformni kanali za hlađenje, što je rezultiralo povećanjem ravnosti proizvoda od 60%. Osim toga, tehnologija modificiranja materijala (kao što je dodavanje nano punila) može povećati čvrstoću međupovršinskog povezivanja. PC/LCP kompozitni materijal koji je razvilo određeno poduzeće ima međufaznu čvrstoću na smicanje od 35MPa, što je dvostruko više od čistog PC-a.
3, Rasipanje topline i strukturna stabilnost: izazovi upravljanja toplinom za integraciju visoke-gustoće
Integracija funkcija elektroničkih proizvoda dovodi do značajnog povećanja gustoće topline po jedinici volumena, a kalupi za injekcijsko ubrizgavanje moraju istovremeno rješavati probleme rasipanja topline i strukturne deformacije. Uzimajući za primjer poklopac antene 5G bazne stanice, on treba zadovoljiti zahtjeve za malim gubicima za visoko-frekventni prijenos signala i izdržati vanjske temperaturne razlike od -40 stupnjeva do 85 stupnjeva. Kalup od LCP materijala koji koristi Huawei koristi tehnologiju laserskog selektivnog taljenja (SLM) za ispis konformnog kanala za rashladnu vodu, što poboljšava ujednačenost temperature kalupa za 80%, skraćuje ciklus hlađenja s 90 sekundi na 40 sekundi i smanjuje deformaciju proizvoda od krivljenja za 75%.
Izazov 3: Obrada minijaturiziranih struktura za raspršivanje topline
U proizvodnji AR naočala, kako bi se smanjilo opterećenje glave, noge naočala trebaju integrirati baterije, senzore i komunikacijske module. Plastični nosač ima debljinu stjenke od samo 0,8 mm, ali je potrebno urediti rashladni mikrokanal promjera 0,5 mm. Tradicionalne tehnike bušenja to ne mogu postići, dok SLM tehnologija može ispisati složene vodene putove, ali hrapavost površine može doseći Ra 10 μ m, što može lako izazvati turbulenciju i smanjiti učinkovitost rasipanja topline.
Probojni put: obrada kompozita i površinska obrada
Određeno poduzeće usvaja kompozitni proces "SLM tiskanja+elektrokemijskog poliranja", koji prvo ispisuje vodeni put na Ra 6 μm, a zatim smanjuje hrapavost površine na Ra 1,6 μm putem pulsne elektrokemijske obrade, povećavajući brzinu protoka rashladne vode za 40%. Osim toga, primjena umetaka od legure berilija bakra značajno poboljšava toplinsku vodljivost kalupa, s toplinskom vodljivošću od 180 W/(m · K), što je pet puta više od tradicionalnih čeličnih kalupa, i može smanjiti raspon temperaturnih fluktuacija kalupa od ± 15 stupnjeva do ± 3 stupnja.
