อะไรคือความท้าทายของแม่พิมพ์ฉีดในการบูรณาการผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์แบบมัลติฟังก์ชั่น?

1 การย่อขนาดและความแม่นยำ: ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีในสนามรบระดับมิลลิเมตร
แนวโน้มหลักในการบูรณาการผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์แบบมัลติฟังก์ชั่นคือการย่อขนาด ซึ่งกำหนดข้อกำหนดที่เข้มงวดเกือบเข้มงวดเกี่ยวกับความแม่นยำในการตัดเฉือนของแม่พิมพ์ฉีด สมาร์ทโฟนเป็นตัวอย่าง เคสของพวกมันจำเป็นต้องรวมโครงสร้างขนาดเล็กหลายสิบชิ้น เช่น ปุ่ม อินเทอร์เฟซ ช่องเสียบเสาอากาศ และรูกระจายความร้อน มิติข้อมูลสำคัญบางรายการต้องมีการควบคุมความคลาดเคลื่อนภายใน ± 0.01 มม. ซึ่งเทียบเท่ากับ 1/6 ของเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นผมมนุษย์ แม่พิมพ์ฝาหลังของโทรศัพท์มือถือหน้าจอโค้ง OPPO Find series จำเป็นต้องกระชับอย่างแนบเนียนระหว่างพื้นผิวโค้งและหน้าจอผ่านเครื่องแมชชีนนิ่งเซ็นเตอร์แบบห้าแกน ข้อผิดพลาดในการกวาดล้างของแม่พิมพ์ควรน้อยกว่า 0.005 มม. มิฉะนั้นจะทำให้การฉีดขึ้นรูปล้นหรือการประกอบหลวม

ความท้าทายที่ 1: ความเสถียรของการประมวลผลโครงสร้างจุลภาค
อัตราส่วนของความลึกของโพรงต่อความกว้างของแม่พิมพ์ขนาดเล็กมักจะเกิน 10:1 และกระบวนการกัดแบบดั้งเดิมมีแนวโน้มที่จะเกิดการสั่นสะเทือนที่เกิดจากความแข็งแกร่งของเครื่องมือไม่เพียงพอ ส่งผลให้เกิดการกระเพื่อมของพื้นผิวหรือการเบี่ยงเบนของมิติ ตัวอย่างเช่น เมื่อผลิตโครงยึดเสาอากาศภายในของสมาร์ทวอทช์ แม่พิมพ์จะต้องแกะสลักช่องฉีดไมโครโฟมกว้าง 0.3 มม. หากความแม่นยำในการประมวลผลไม่เพียงพอ จะทำให้การไหลของวัสดุถูกขัดขวาง และความแข็งแรงของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายจะลดลงมากกว่า 30%

เส้นทางการพัฒนา: การเชื่อมต่อแบบหลายแกนและการตัดเฉือนที่มีความแม่นยำสูงเป็นพิเศษ
เครื่องแมชชีนนิ่งเซ็นเตอร์แบบเชื่อมโยงห้าแกนสามารถจับยึดและขึ้นรูปพื้นผิวที่ซับซ้อนได้-เพียงครั้งเดียวผ่านไม้บรรทัดตะแกรงที่มีความแม่นยำสูง-ซึ่งมีระยะรันเอาท์ในแนวรัศมีของแกนหมุนน้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.005 มม. ซึ่งช่วยลดข้อผิดพลาดในการวางตำแหน่งซ้ำๆ ด้วยการรวมเครื่องมือตัดเคลือบโลหะผสมแข็ง (เส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.5 มม.) และกลยุทธ์การตัดแบบวงแหวนเป็นชั้น การควบคุมการเสียรูปของโครงสร้างผนังบาง-ได้ภายใน 0.02 มม. นอกจากนี้ เทคโนโลยีการตัดเฉือนด้วยการปล่อยกระแสไฟฟ้า (EDM) สามารถแกะสลักร่องระดับไมโครมิเตอร์ซึ่งการตัดเฉือนด้วยเครื่องจักรแบบดั้งเดิมไม่สามารถทำได้ เช่น การควบคุมระยะห่างพินของแม่พิมพ์ตัวเชื่อมต่อเคสชาร์จหูฟัง Huawei FreeBuds ซึ่งอาศัย EDM เพื่อให้ได้ความแม่นยำ ± 0.003 มม.

2 ความเข้ากันได้ของวัสดุ: ความท้าทายในการทำงานร่วมกันของวัสดุหลายชนิด
การบูรณาการผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์แบบมัลติฟังก์ชั่นจำเป็นต้องเข้ากันได้กับคุณลักษณะของวัสดุที่หลากหลาย เช่น โครงสร้างคอมโพสิตของโลหะและพลาสติก การอยู่ร่วมกันของวัสดุที่มีการนำความร้อนสูงและวัสดุฉนวน และข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมของวัสดุชีวภาพ ยกตัวอย่างที่วางฝ่ามือของแล็ปท็อป ASUS Unparalleled series ใช้การออกแบบการขึ้นรูปชิ้นเดียว- ซึ่งต้องใช้โลหะผสม ABS + PC และฉากยึดโลหะผสมอลูมิเนียมผ่านกระบวนการฉีดขึ้นรูปแบบแทรก แม่พิมพ์ต้องทนต่ออุณหภูมิสูง 280 องศาและความดัน 150MPa ในเวลาเดียวกัน และหลีกเลี่ยงการแตกร้าวที่เกิดจากความแตกต่างของค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนระหว่างโลหะและพลาสติก

ความท้าทายที่ 2: ความแข็งแรงในการประสานส่วนต่อประสานของวัสดุที่ไม่เหมือนกัน
ในการผลิตเคสนาฬิกาอัจฉริยะ กระบวนการฉีดขึ้นรูปแบบร่วมของ PC (โพลีคาร์บอเนต) และ LCP (โพลีเมอร์ผลึกเหลว) มักใช้เพื่อสร้างสมดุลระหว่างความต้านทานการตกและการทะลุผ่านของสัญญาณ อย่างไรก็ตาม ความหนืดหลอมเหลวของ LCP มีค่าเพียง 1/5 ของความหนืดของ PC การออกแบบช่องการไหลของแม่พิมพ์ที่ไม่เหมาะสมอาจทำให้ LCP แข็งตัวก่อนเวลาอันควรและทำให้เกิดข้อบกพร่องในการแยกชั้น การปฏิบัติของแม่พิมพ์บรรจุภัณฑ์ชิป TSMC แสดงให้เห็นว่าด้วยการปรับตำแหน่งเกตให้เหมาะสมและกราฟแรงกดค้างไว้ การเปลี่ยนรูปของพินสามารถลดลงจาก 0.1 มม. เป็น 0.02 มม. แต่จะมีต้นทุนในการลดอายุการใช้งานของแม่พิมพ์ลง 40%

เส้นทางการพัฒนา: การวิเคราะห์การไหลของแบบจำลองและการปรับเปลี่ยนวัสดุ
ซอฟต์แวร์วิเคราะห์การไหลของแม่พิมพ์ (เช่น Moldflow) สามารถจำลองพฤติกรรมการเติมของวัสดุต่างๆ และปรับจำนวนและตำแหน่งของประตูให้เหมาะสม ตัวอย่างเช่น ในการออกแบบแม่พิมพ์ของโน้ตบุ๊กหน้าจอเลื่อน Lenovo ThinkBook Plus Gen 6 พบจากการจำลองว่าประตูด้านข้างแบบดั้งเดิมจะทำให้เกิดรอยหดตัวที่ขอบหน้าจอ ในที่สุด มีการใช้ประตูรูปพัดลม-และช่องระบายความร้อนที่เป็นไปตามรูปแบบแทน ส่งผลให้ผลิตภัณฑ์มีความเรียบสม่ำเสมอเพิ่มขึ้น 60% นอกจากนี้ เทคโนโลยีการปรับเปลี่ยนวัสดุ (เช่น การเติมนาโนฟิลเลอร์) ยังช่วยเพิ่มความแข็งแรงในการยึดเกาะของพื้นผิวได้ วัสดุคอมโพสิต PC/LCP ที่พัฒนาโดยองค์กรบางแห่งมีความต้านทานแรงเฉือนที่ 35MPa ซึ่งสูงเป็นสองเท่าของพีซีบริสุทธิ์

3 การกระจายความร้อนและความเสถียรของโครงสร้าง: ความท้าทายในการจัดการระบายความร้อนสำหรับการบูรณาการที่มีความหนาแน่นสูง-
การบูรณาการฟังก์ชันผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ทำให้ความหนาแน่นความร้อนต่อหน่วยปริมาตรเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ และแม่พิมพ์ฉีดจำเป็นต้องจัดการทั้งปัญหาการกระจายความร้อนและการเสียรูปของโครงสร้างไปพร้อมๆ กัน จากตัวอย่างฝาครอบเสาอากาศของสถานีฐาน 5G จะต้องเป็นไปตามข้อกำหนดการสูญเสียต่ำสำหรับการส่งสัญญาณความถี่สูง- และทนต่ออุณหภูมิภายนอกที่ต่างกัน -40 องศาถึง 85 องศา แม่พิมพ์วัสดุ LCP ที่ Huawei ใช้ใช้เทคโนโลยีการหลอมแบบเลือกด้วยเลเซอร์ (SLM) เพื่อพิมพ์ช่องน้ำหล่อเย็นที่สอดคล้องกัน ซึ่งช่วยเพิ่มความสม่ำเสมอของอุณหภูมิแม่พิมพ์ได้ 80% ลดรอบการทำความเย็นให้สั้นลงจาก 90 วินาทีเหลือ 40 วินาที และลดการบิดงอของผลิตภัณฑ์ลง 75%

ความท้าทายที่ 3: การประมวลผลโครงสร้างการกระจายความร้อนขนาดจิ๋ว
ในการผลิตแว่นตา AR เพื่อลดภาระที่ศีรษะ ขาของแว่นตาจำเป็นต้องรวมแบตเตอรี่ เซ็นเซอร์ และโมดูลการสื่อสารเข้าด้วยกัน ขายึดพลาสติกมีความหนาของผนังเพียง 0.8 มม. แต่ต้องจัดเรียงไมโครช่องระบายความร้อนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.5 มม. เทคนิคการขุดเจาะแบบดั้งเดิมไม่สามารถทำได้ ในขณะที่เทคโนโลยี SLM สามารถพิมพ์ทางน้ำที่ซับซ้อนได้ แต่ความหยาบของพื้นผิวสามารถเข้าถึง Ra 10 μ m ซึ่งสามารถทำให้เกิดความปั่นป่วนได้ง่ายและลดประสิทธิภาพการกระจายความร้อน

เส้นทางที่ก้าวหน้า: การประมวลผลแบบคอมโพสิตและการรักษาพื้นผิว
องค์กรบางแห่งใช้กระบวนการผสมของ "การพิมพ์ SLM + การขัดด้วยเคมีไฟฟ้า" ซึ่งพิมพ์ทางน้ำเป็น Ra 6 μ m ก่อน จากนั้นจึงลดความหยาบของพื้นผิวลงเหลือ Ra 1.6 μ m ผ่านการบำบัดด้วยเคมีไฟฟ้าแบบพัลส์ ซึ่งทำให้อัตราการไหลของน้ำหล่อเย็นเพิ่มขึ้น 40% นอกจากนี้ การใช้เม็ดมีดโลหะผสมทองแดงเบริลเลียมช่วยเพิ่มการนำความร้อนของแม่พิมพ์ได้อย่างมาก โดยมีค่าการนำความร้อน 180W/(m · K) ซึ่งสูงกว่าแม่พิมพ์เหล็กแบบดั้งเดิมถึงห้าเท่า และสามารถลดช่วงความผันผวนของอุณหภูมิของแม่พิมพ์จาก ± 15 องศาเป็น ± 3 องศา