专利名称：用于在树脂模塑制品中消除分子取向的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于树脂模塑制品中消除分子取向的方法和装置，更具体地涉及用于树脂模塑制品中消除分子取向的加热过程的改进，该树脂模塑制品用于例如电子装置、光学元件和微型机械元件的精密元件。
背景技术：
用于例如与计算机的CPU直接接触的基座外壳的电子装置和用于光电传输装置的树脂模塑制品，需要非常高的尺寸精度。通常利用塑性树脂的注射成型来制造这类树脂模塑制品。
在注射成型过程中，将高温和高粘性的熔融树脂在高压下注射到金属模中并在注射后急剧地冷却。在这一过程中，不可避免地产生了分子取向从而形成了被带入最终产品中的表面凝固层。最终产品中的这种分子取向的出现，导致了残余变形、双折射和弯曲的产生，这些严重地降低了需要高尺寸精度的上述类型产品的质量。
由于模压后接触柱的受压插入扩大了电子装置产品的这种弯曲。在CPU安装中，出于焊接目的将模塑制品进行最高至约210℃的加热过程并且这种再加热去除了导致弯曲扩大的残余应力。
因此，对于高尺寸精度模塑制品的制造来说，在安装到电子装置中之前需要纠正模塑制品表面区域附近残余分子取向的不利影响。
通常，在用于纠正这种有害影响的最终加热过程之前，将模塑制品封闭在金属模中利用结合在金属模中的加热器来加热。也就是，通过加热的塑化作用将产生的弯曲纠正到一定程度。具体地说，将模塑制品封闭在金属模中利用加热器来加热，固定模具而且在冷却后从模具中取出模塑制品。
然而，这种传统的加热器类的加热过程是非常不利的，由于在同一金属模中连续的加热和冷却需要长的处理时间。在从加热到冷却的转换过程中，热能一旦输入到模具中就需要将其从模具中排出以使在金属模和模塑制品之间的温度梯度倒转(inverse the thermalgradient)。这一过程需要长的加工时间从而大大降低了加工效率。
发明内容
本发明的主要目的是实现短时间内在树脂模塑制品中残余分子取向的消除，以便增加模塑制品的表面光洁度，同时在减少的加工时间内去除残余变形。
根据本发明的基本方面，至少一个透红外窗局部地形成在金属模中，将树脂模塑制品固定地放置在金属模中与透红外窗面对面排列，至少一个红外辐射源安装在对准透红外窗的位置，并且经过透红外窗将红外辐照施加在模塑制品的目标表面。
图1是单面红外辐照的本发明装置的一个实施方案的示意图；图2是双面红外辐照的本发明装置的一个实施方案的示意图；图3是本发明的加热过程中模塑制品内热量梯度的示意图；图4表示根据本发明的红外辐照加热的原理；图5是用于本发明加工的评估的模塑制品的传输光谱；图6是图1所示装置的详细侧视图；图7是图2所示装置的详细侧视图；图8是在对于没有进行红外辐照加热的模塑制品的回流之前和之后的弯曲测量结果图；图9是表示进行单面辐照模塑制品的温度随时间的函数变化图；图10是表示在图9的测量情况下的测量点；图11是表示进行单面辐照加热至250℃的模塑制品的弯曲变化图；图12是表示进行单面辐照加热至300℃的模塑制品的弯曲变化图；
图13是表示进行单面辐照加热至330℃的模塑制品的弯曲变化图；图14是表示进行双面辐照的模塑制品的温度随时间的函数变化图；图15是表示进行双面辐照加热至250℃的模塑制品的弯曲变化图；图16是表示进行双面辐照加热至300℃的模塑制品的弯曲变化图；图17是表示进行双面辐照加热至330℃的模塑制品的弯曲变化图。
具体实施例方式
图3描述了由于加热产生的模塑制品中的温度分布。本发明的实例用实线表示。在图中，左侧部分是透红外窗而右侧部分是模塑制品。如图所示，在接近表面的区域也就是分子取向出现的区域(凝固层)，观察到利用红外辐照温度的升高。
在图3中，传统加热器类型加热的热量梯度用虚线表示，在图中，左侧部分是带有加热器的金属板而右侧部分是模塑制品。如图所示，模塑制品中的温度从其表面到核心一直下降，与本发明不同，在接近表面处观察到没有温度的升高。
本发明的基本原理在图4中表示，其中由外部的辐照源对封闭在具有透红外窗的金属模内的模塑制品进行红外辐照加热。以两种方式进行辐照加热，一种是单面辐照而另一种是双面辐照。
本发明的单面辐照的一个实施方案如图1所示，其中树脂模塑制品P放置在位置固定的金属模1中，其目标表面例如模塑制品的电子装置安装表面，放置在与透红外窗3紧密接触的位置。在这种情况下，由一个未示出的外部辐照源如图中箭头所示地施加红外辐照至透红外窗3。持续进行红外辐照直到目标表面的中心达到预定温度。在图6中更详细地示出了这种布置。
本发明的双面辐照的一个实施方案如图2所示，其中树脂模塑制品P放置在位置固定的金属模1中，其目标表面例如模塑制品的电子装置安装表面，放置在与透红外窗3紧密接触的位置。在这种情况下，由未示出的外部辐照源如箭头所示地施加红外辐照至透红外窗3。与上述单面辐照相比，双面辐照的优点在于在模塑制品两个目标表面之间在温度上没有差异，同时模塑制品温度的升高更快。在图7中更详细地示出了这种排列。
在上述的实施方案中，使用下面的模塑制品和红外线。模塑制品由液晶聚合物制成而且利用分光光度计测量其光学特性。得到的传输光谱在图5中示出。从图中清楚地看出，在该模塑制品经历从远红外到近红外波段的情况下观察到几乎没有红外传输。换句话说，观察到红外线能量良好的吸收。因此，各种辐照源都是可以使用的。作为具体的实例，由于其低成本和高的输出功率，使用红外灯，即一种近红外辐照源是有益的。
由于其在近红外波段优异的红外传输，有益地使用PYREX玻璃作为辐照传输窗。得到的辐射光谱在图5中示出。
以弯曲测量、辐射加热、弯曲测量、回流加工和弯曲测量的循环进行试验。为了测量最初状态下的弯曲，随机选取20个模塑制品并将测量结果的平均值作为最初值。在约220℃下进行回流。
在弯曲测量中，将模塑制品固定在测量台上，且在模塑制品厚的部分的表面上以5mm的间隔的9个点选择一对对角线X和Y。在每一个点上，使模塑制品与测量台滑动来测量弯曲Z。接着将模塑制品放置在金属模中并且施加红外辐照直到最大表面温度达到预定值。选择三个最大表面温度即250、300和330℃用于测量。利用拧紧螺钉选择1.5、11和40kgf的载荷。在单面辐照的情况下增加80kgf的载荷。
在回流加工之前和之后对没有经受红外辐照加热的模塑制品进行的弯曲测量结果如图8所示。横坐标表示以“mm”为单位的对角线的位置而纵坐标表示以“μm”为单位的弯曲Z。从图中可以清楚地得出，通过回流加工使弯曲增加了三倍以上。可以确信，这是由于在注射成型过程中通过回流加工利用加热减少了所产生的内部残余应力。
首先考虑单面辐照的情况。在距离模塑制品9cm的位置对其施加最大红外辐照强度的情况下，模塑制品的温度随时间函数的增加如图9所示。对模塑制品上不同点辐照的测量结果如图10所示。
当模塑制品上用于安放CPU的表面的中心的温度达到250、300和330℃时，弯曲的情况分别由图11、12和13示出。
图中所示的结果表明，在250℃红外辐射后模塑制品的弯曲降低了，但在回流加工后又增加到与没有红外辐照的模塑制品的弯曲相同的水平。可以确信，这是因为在250℃通过红外辐照没有去除残余应力，弯曲恢复到最初值。
与此相比，300℃的红外辐照减少了回流加工后弯曲的恢复。当红外辐照温度升高至330℃时，弯曲降低了。可以确信，由于辐照温度接近了用于模塑制品的树脂的熔融点温度，模塑制品中的残余应力被去除。也就是，在这一照射温度下增强了红外辐照的效果。
另外，将红外辐照施加到CPU安装表面和安装表面的焊接点上。将红外线灯放置在距离模塑制品12cm的位置同时在距离模塑制品1.5cm的位置上放置卤素灯。在最大输出功率下进行辐照。模塑制品的温度随时间函数的变化如图14所示。对单面辐照的情况，在4个点上进行测量同时以10kgf进行模具固定。
在双面照射的情况下，通过适当调节辐照距离能够将不同表面的辐照差异减少至最小，这样使不同表面间的温度差减少到最小，同时以比单面辐照更快的速度加快温度的升高。
在模塑制品的电子装置安装表面的中心温度为250、300和330℃时双面红外辐照弯曲的情况分别在图15、16和17中示出。
在每一种情况下，辐照后弯曲的量几乎相同。可以确信，模塑制品的变形温度低于250℃。然而，在低温辐照的情况下，辐照后弯曲的恢复增加。随着表面温度升高到300和330℃，接近了用于模塑制品的树脂的熔融温度，可以发现很好地消除了残余应力，同时模塑制品在辐照后甚至是回流加工后仍能保持其形状。
当关注集中于X方向时，在各种辐照条件下观察到在弯曲量上没有明显的区别。可以确信，这是由于将相反的弯曲加入到辐照前初始弯曲中，结果，即使在回流加工后也没有出现变形。
通常，塑性材料是红外辐照不能穿透的并且很好地吸收辐照能量，因此能够促进辐照加热。由于金属模本身不会产生热量，在模塑制品和金属模之间的热量梯度是倾斜的趋向冷却。结果，在传统的加热器加热过程中不再需要花费时间用于热逆转(thermalinversion)。这样明显地节省了加工时间。
权利要求
1.用于在树脂模塑制品中消除分子取向的方法，包括以下步骤准备一个装备有至少一个透红外窗的金属模；在所示金属模中固定放置树脂模塑制品，使其目标表面与所述一个或多个透红外窗面对面；通过所述一个或多个透红外窗对所述一个或多个目标表面施加红外辐照。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述红外辐照施加到所述模塑制品的一个表面。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述红外辐照施加到所述模塑制品的两个表面。
4.根据权利要求1至3任一所述的方法，其中进行红外辐照模塑制品的中心温度超过其变形温度。
5.用于在树脂模塑制品中消除分子取向的装置，包括一个安装有至少一个透红外窗的金属模，该窗位于与插入模中的模塑制品的表面相对应的位置；和与所述透红外窗相对的外部辐照源。
全文摘要
本发明涉及在树脂模塑制品中对残余分子取向的短时间消除和高效率地对模塑制品表面光洁度的增强。在金属模中固定安装至少一个透红外窗，将模塑制品固定放置在金属模中，使其目标表面与透红外窗紧密接触，同时在外部排列至少一个红外辐照源，用于经过该窗对模塑制品施加红外辐照。
文档编号B29C45/26GK1498159SQ02806698
公开日2004年5月19日 申请日期2002年3月14日 优先权日2001年3月16日
发明者黑崎晏夫 申请人:大学联想株式会社, 黑崎晏夫