膠水快速固化的新技術(shù)——激光固化概要

1、-膠水快速固化的新技術(shù)激光固化2021-03-10 15:23一、膠水市場(chǎng)概況1、膠水應(yīng)用領(lǐng)域市場(chǎng)概況：目前膠水在工業(yè)加工領(lǐng)域的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，應(yīng)用主要有侵滲、密封、粘合、灌裝、涂覆等領(lǐng)域。應(yīng)用行業(yè)那就沒有專屬性，但主要還是在微電子、精細(xì)光學(xué)器件、微機(jī)械領(lǐng)域等。如電路板的組裝、芯片粘結(jié)粘合、激光模塊密封膠水、電子/電氣模塊封裝、硬盤磁頭粘合膠水固化等等，應(yīng)用具體領(lǐng)域太多，繁多復(fù)雜，市場(chǎng)廣泛龐大。2、膠水的種類：從應(yīng)用來分有密封、粘合、灌裝、涂裝等用途；從固化方法上來分有熱固化、光固化、潛伏固化和水及潮濕面固化；從成分上來分有環(huán)氧樹脂膠、硅樹脂膠、紫外膠、聚氨酯膠、加銀膠等；從用途上來講有粘合、導(dǎo)

2、熱、填充、導(dǎo)電、絕緣、密封等。應(yīng)該說每種膠由于具體的應(yīng)用環(huán)境、方法和用途不一樣，使它們?cè)趥€(gè)性化的特性上存在一定的差異，從而固化的條件也會(huì)存在差異。3、膠水現(xiàn)有固化方式：1、光固化。目前市場(chǎng)上固化的方法有紫外燈照射固化，這個(gè)主要針對(duì)UV膠水的固化，這種膠水面含有光引發(fā)因子，紫外線光UV固化是利用光引發(fā)劑光敏劑的感光性、在紫外線光照射下光引發(fā)形成激發(fā)生態(tài)分子，分解成自由基或是離子，使不飽和有機(jī)物進(jìn)展聚合、接技、交聯(lián)等化學(xué)反響到達(dá)固化的目的；2、加熱固化。按固化的溫度可以分為室溫固化50，中溫固化50-120，高溫固化150；3、光預(yù)固化和熱固化。本方法采用紫外輻照預(yù)固化，然后進(jìn)一步加熱固化實(shí)現(xiàn)完全

3、固化，在連接部件上施膠之后，粘合劑經(jīng)過短時(shí)間的紫外輻照10秒鐘左右就可以使各組件固定，紫外光輻照不到的地方將采用熱固化，紅外線烤箱烘干。4、市場(chǎng)上目前主要膠水固化設(shè)備種類：1、紫外燈固化設(shè)備。紫外線UV用于工業(yè)生產(chǎn)，一般使用的是長(zhǎng)波紫外線UV桝，波長(zhǎng)為320?00 nm。市場(chǎng)上紫外固化設(shè)備一般是1-4通道的光纖傳輸?shù)狞c(diǎn)光源固化設(shè)備，功率一般在300瓦左右，這個(gè)主要適應(yīng)于UV點(diǎn)膠的快速固化和預(yù)固化。2、紅外線烤箱加熱固化設(shè)備。這個(gè)適合于大批量固化熱固化膠，采用紅外線加熱，烤箱溫度一般在160度左右，加熱完全固化時(shí)間一般在1小時(shí)以上。二、激光快速固化設(shè)備技術(shù)原理1、激光固化工藝介紹。凌云光電科技與

4、德國(guó)合作開發(fā)的專利產(chǎn)品多通道激光加熱固化設(shè)備是采取點(diǎn)光源照射加熱的原理，由于激光的波長(zhǎng)易被膠水吸收，且能量集中，熱影響區(qū)域小，在短時(shí)間迅速對(duì)膠水進(jìn)展加熱，溫度到達(dá)160度左右，在一分鐘實(shí)現(xiàn)對(duì)膠水從里到外，從隱蔽到可見的完全徹底固化。激光加熱固化膠水，采取得是加熱固化方式，這是相對(duì)于紅外線烤箱加熱的另外一種節(jié)能、環(huán)保、方便、高效的，從里到外立體式的加熱固化模式，這是一種無接觸的由膠水自身吸收波長(zhǎng)加熱的方法。2、傳統(tǒng)固化工藝介紹。傳統(tǒng)的硬盤磁頭粘合膠水固化的生產(chǎn)工藝就是采用紫外預(yù)固化后紅外烤箱烘干加熱固化工藝，因?yàn)橛脖P磁頭的粘合膠水被磁頭所遮蔽，紫外燈照射不到，只能實(shí)現(xiàn)表層膠水的預(yù)固化，遮蔽膠水不

5、能實(shí)現(xiàn)光固化，要實(shí)現(xiàn)完全固化還需要紅外烤箱烘干。而紅外線烤箱加熱主要是通過提升烤箱的空氣溫度，通過空氣傳導(dǎo)來加熱膠水?，F(xiàn)在采用激光固化后，就能實(shí)現(xiàn)從到外完全一次性固化，時(shí)間1分鐘，效率高，固化質(zhì)量好，經(jīng)濟(jì)效益明顯，成品率大幅度提高。三、激光加熱固化替代紫外光固化的比較性分析激光固化采取的加熱固化原理，紫外燈采取的是光固化原理，于是二者的比較主要從工作效率、固化質(zhì)量、工藝本錢方面進(jìn)展比較，但終究都可以歸結(jié)到科技含量、制造本錢方面的比較。1、工藝所需膠水本錢不一樣。激光固化的膠水一般為普通的加熱固化膠水，大多以環(huán)氧樹脂膠水居多，價(jià)格較低；而uv膠水是專門添加了紫外線感光因子物質(zhì)的特殊膠水，本錢較高

6、，市場(chǎng)價(jià)格一般為環(huán)氧膠水的10倍左右，價(jià)格相差巨大；這樣采用加熱固化的環(huán)氧樹脂膠水的生產(chǎn)本錢優(yōu)勢(shì)相當(dāng)明顯。2、固化時(shí)間相差無幾，都為快速固化。傳統(tǒng)的加熱固化類膠水的加熱固化工藝一般采用紅外線烤箱烘干，這一般需要一個(gè)小時(shí)以上的烘干時(shí)間，而采用激光點(diǎn)光源固化后，一般只需一分鐘，這樣就大大縮短加工時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率；而工業(yè)生產(chǎn)中采用紫外膠水的一個(gè)主要原因就是因?yàn)樽贤饽z水能夠?qū)崿F(xiàn)快速固化，固化時(shí)間一般在20秒左右，也有超過一分鐘的，這個(gè)要視具體膠水而定。從固化時(shí)間上比較，應(yīng)該說紫外固化有優(yōu)勢(shì)，但是兩者的差距已經(jīng)不大，激光固化同樣也屬于快速固化的疇。3、激光固化設(shè)備一臺(tái)可以多通道同時(shí)工作，適應(yīng)于流水線

7、批量生產(chǎn)。紫外線燈由于本身的技術(shù)特點(diǎn)限制，目前市場(chǎng)上一臺(tái)設(shè)備能做到的光纖通道數(shù)為1-4個(gè)。而激光的技術(shù)特點(diǎn)，在實(shí)踐應(yīng)用中一臺(tái)設(shè)備的光纖通道數(shù)我公司已經(jīng)做到了25通道同時(shí)工作理論上根據(jù)客戶實(shí)際需求每臺(tái)設(shè)備光纖通道數(shù)還可以做到更多，且生產(chǎn)過程中激光設(shè)備的每個(gè)光纖通道工作功率和性能表現(xiàn)得相當(dāng)穩(wěn)定。這樣在生產(chǎn)流水線上，同樣的機(jī)器大小，激光設(shè)備可以同時(shí)對(duì)25個(gè)甚至更多的膠點(diǎn)進(jìn)展同時(shí)一次性完全固化；而紫外線燈一次性最多只能固化4個(gè)膠點(diǎn)。哪種技術(shù)設(shè)備的生產(chǎn)效率更高，更適應(yīng)流水線生產(chǎn)是一目了然。4、激光光束穿透膠水能力更強(qiáng)，更適合厚層膠水固化，固化質(zhì)量更好。由于激光光束的穿透能力強(qiáng)，激光光束能量易吸收且集中。

8、也就是說激光照射是膠水立體的全方位的吸收激光能量，被照射膠水能夠快速的實(shí)現(xiàn)從到外的均勻加熱，均勻固化。而紫外線光的光束穿透能力明顯弱于激光，光束屬于冷光源，能量攜帶小，能量吸收能力也弱于激光。因此在對(duì)厚層的膠水進(jìn)展固化時(shí)，深層的膠水感光效果會(huì)差，發(fā)生感光化學(xué)反響所需的少量必要能量不夠充足，致使最終感光化學(xué)反響后的固化不徹底，出現(xiàn)外表粘干和層膠水不固化的結(jié)果。而要對(duì)膠水實(shí)現(xiàn)從里到外的完全固化，則需要照射更長(zhǎng)時(shí)間和更大功率，從而不能實(shí)現(xiàn)快速固化。5、激光固化對(duì)于隱蔽膠水能夠一次性完全固化，無須額外烤箱烘干工藝。由于激光加熱固化是由于膠水吸收激光波長(zhǎng)后而吸收其攜帶的能量后升溫加熱膠水，且激光光束穿透

9、能力強(qiáng)，能量集中易吸收，因此對(duì)于物體隱蔽的膠水，可以通過膠水自身的熱傳導(dǎo)和激光強(qiáng)力的光束穿透物體能力對(duì)隱蔽膠水進(jìn)展全方位的均勻加熱后一次性快速完全固化。而紫外激光在這方面就存在很明顯的技術(shù)缺陷，由于紫外燈照射是光固化原理，則物體隱蔽的膠水由于不能被照射到，因此就不能完成光固化，如要完全固化，需單獨(dú)取件后大批量集中用紅外線烤箱烘干，烤箱烘干時(shí)間一般在1小時(shí)以上，這實(shí)際上就是分為一個(gè)紫外燈預(yù)固化后再用烤箱烘干的熱固化的兩個(gè)固化工藝。這樣的膠水既要含有固化光引發(fā)因子，又要含有熱固化引發(fā)因子，會(huì)增加膠水的制造本錢。這個(gè)過程還需要打斷正常的生產(chǎn)流水流程,單獨(dú)作業(yè),既不符合現(xiàn)代生產(chǎn)流水線的工藝要求,也消耗

10、大量時(shí)間,生產(chǎn)效率低下。6、激光固化設(shè)備本錢優(yōu)勢(shì)明顯。紫外燈1-4通道的一臺(tái)國(guó)產(chǎn)設(shè)備市場(chǎng)平均價(jià)格在2-3萬元左右，進(jìn)口設(shè)備在4-6萬元左右；凌云光電科技生產(chǎn)的25通道的激光加熱固化設(shè)備按每臺(tái)市場(chǎng)價(jià)格18萬元左右，15通道按10萬元左右；按通道數(shù)換算比照，紫外燈單個(gè)通道的平均本錢在一萬元以上，而激光的單個(gè)通道的市場(chǎng)價(jià)格在1萬元以下，而且單臺(tái)設(shè)備的通道數(shù)越多，價(jià)格本錢優(yōu)勢(shì)越明顯。直觀比較，激光設(shè)備每個(gè)通道的平均本錢比較優(yōu)勢(shì)還是相當(dāng)明顯的，這樣就會(huì)到達(dá)少花錢多辦事，辦好事的效果。7、半導(dǎo)體激光使用壽命更長(zhǎng)，光束質(zhì)量更穩(wěn)定。半導(dǎo)體激光器的使用壽命至少在1-2萬小時(shí)之間，而紫外燈的燈使用壽命一般在250

11、0小時(shí)左右，這樣工作時(shí)間長(zhǎng)了，紫外燈的光束質(zhì)量和功率會(huì)不穩(wěn)定，要到期替換，但是紫外線燈本錢很高，一般每只在3500元人民幣左右，滿負(fù)荷運(yùn)作一年下來，紫外燈至少更換三次以上，而半導(dǎo)體激光一般在2年的期限保證穩(wěn)定工作，也就是說紫外線燈養(yǎng)護(hù)本錢很高。8、生產(chǎn)制造本錢比較優(yōu)勢(shì)明顯。以上我們討論了激光相對(duì)于紫外線在膠水加熱固化領(lǐng)域的幾個(gè)比較優(yōu)勢(shì)，但最終都可以歸結(jié)到制造本錢的比較優(yōu)勢(shì)上來：膠水價(jià)格低可以節(jié)約原材料本錢；能耗低可以節(jié)約能源本錢；使用壽命長(zhǎng)可以節(jié)約養(yǎng)護(hù)本錢；一次性短時(shí)間完全固化可以提高生產(chǎn)效率；一臺(tái)設(shè)備多通道工作可以節(jié)約固定資產(chǎn)本錢，節(jié)約占地空間；生產(chǎn)流水線工作可以提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量；穿透力強(qiáng)

12、，熱敏效應(yīng)小可以提高成品率；成品率提高可以節(jié)約原材料、人力本錢和提高生產(chǎn)效率。等等這些最終會(huì)表現(xiàn)在激光技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)上來。四、激光加熱固化替代紅外烤箱加熱固化的比較性分析這兩種固化方式都屬于加熱固化，但激光固化采取的是光吸收加熱的方法，紅外烤箱采取的是加熱空氣溫度熱傳導(dǎo)加熱的方法。1、激光固化屬于精細(xì)加工，熱敏效應(yīng)小，成品率大幅度提高。激光的光斑直徑都很小，有的甚至可以做到微米級(jí)，激光波長(zhǎng)易于快速吸收，能夠?qū)?xì)微形態(tài)的膠水進(jìn)展照射，照射點(diǎn)非常準(zhǔn)確細(xì)微，且能量集中。激光光束攜帶的能量在照射的圍被膠水迅速吸收后，在極短的時(shí)間迅速加熱固化膠水，且熱量根本不向外擴(kuò)散和傳導(dǎo)。而紅外烤箱是通過空氣傳導(dǎo)

13、對(duì)所有物體加熱，這樣就會(huì)造成熱敏效應(yīng)區(qū)域大，加熱溫度高，熱敏性元器件成品損耗率高的缺陷。如日本*著名公司采用的凌云光電的激光固化設(shè)備對(duì)硬盤磁頭HGA組件的粘合膠水的激光快速加熱固化，就充分的發(fā)揮了這個(gè)優(yōu)點(diǎn)，一次性成品率可以到達(dá)90%以上；而目前還采用紫外線照射預(yù)固化后再用烤箱烘干生產(chǎn)工藝的生產(chǎn)廠商一次性本錢率一般在50%左右，成品率相當(dāng)?shù)?，這樣會(huì)造成原材料、人力大量浪費(fèi)，生產(chǎn)效率的低下。在熱敏元器件領(lǐng)域的膠水精細(xì)加熱固化，激光固化設(shè)備的應(yīng)用是技術(shù)所向。2、激光固化更節(jié)能，更環(huán)保。每根光纖輸出激光的單通道設(shè)定功率為500毫瓦，一般單通道激光工作功率只需到達(dá)150毫瓦左右就能對(duì)被照射的膠水進(jìn)展快速

14、加熱，膠水最高溫度迅速到達(dá)160度左右，在一分鐘以，膠水就能完全徹底固化。即使是多通道實(shí)踐中一臺(tái)機(jī)器已經(jīng)做到25通道一般總計(jì)功率也不會(huì)超過15瓦，能量消耗激光的比較優(yōu)勢(shì)相當(dāng)明顯。而一個(gè)烤箱的功率一般都在2000瓦以上，能耗大，浪費(fèi)也大。這個(gè)和紫外燈的能耗比較優(yōu)勢(shì)也很明顯，傳統(tǒng)紫外線燈單通道固化設(shè)備一般功率在300瓦左右，如為多通道市場(chǎng)上目前最多為4通道，機(jī)器功率和能耗會(huì)更高，能量損耗大。3、激光固化更適合生產(chǎn)線流水線生產(chǎn)，生產(chǎn)效率更高。激光固化是在線生產(chǎn)，它是生產(chǎn)流水線上的一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，是按部就班，依次就緒的生產(chǎn)，進(jìn)入固化工藝前后，生產(chǎn)流程無需打斷，正常按線生產(chǎn)，能夠保證生產(chǎn)工序的完整性，連貫性，而且固化時(shí)間短，可以多通道同時(shí)工作，更符合現(xiàn)代生產(chǎn)流水線的技術(shù)要求 。而烤箱工藝，在施膠或預(yù)固化后，需要離線生產(chǎn)，取件大量集中后放在烤箱烘干，烘干時(shí)間一般在1小時(shí)以上，這樣生產(chǎn)流水線是被打斷的，會(huì)影響生產(chǎn)效率，浪費(fèi)時(shí)間，影響生產(chǎn)質(zhì)量和成品率。4、激光和紫外燈是點(diǎn)光源，更適合點(diǎn)膠的固化，這比紅外線烤箱有優(yōu)勢(shì)；但紅外線烤箱加熱固化更適合于大面積膠水的固化，激光和紫外燈點(diǎn)光源固化在大面積膠水固化應(yīng)用也可以做到。相關(guān)連接：影響膠水固化時(shí)間的假設(shè)干因素技術(shù)參數(shù)：通道數(shù)目：10-25 取決于