CN1322058A - 固化硅酮橡胶的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
构造一种对硅酮橡胶固化的装置,从而以非常短的时间进行加热处理和固化处理,而不退化压电元件的特性,从而提高生产率。将在其外围表面上涂覆有未固化硅酮橡胶的压电元件维持在具有反射远红外线特性的夹具中。由远红外面板加热器用远红外线辐照涂覆在压电元件外围表面上的未固化硅酮橡胶,从而使硅酮橡胶固化。
Description
本发明涉及对压电元件或其它电子元件所使用的硅酮橡胶进行固化的装置，其中用硅酮橡胶覆盖压电元件的周边后，用铠装树脂覆盖其周围区域。
例如，在日本未审定专利申请公报No.1-228310中揭示了传统的压电元件，其中用诸如硅酮橡胶的弹性材料覆盖有引线端子附着于其上的压电元件的周边，并用铠装树脂密封其周围。硅酮橡胶防止由于铠装树脂收缩应力以及压电元件的约束波形畸变的阻尼效应所造成的压电元件的振动特性的变化。
为了制造这种压电元件，将压电元件附着于引导框架，通过浸渍用硅酮橡胶覆盖压电元件的周边，使得引导框架由夹具维持，从而在炉子中被加热和固化，然后，通过浸渍用环氧树脂覆盖其外围，使得引导框架由夹具维持，从而在炉子中再次被加热和固化，限定一层铠装树脂层。然后从夹具取出引导框架并通过使引线端子与引导框架分离获得压电元件。以这种方式，通过让多个继续由夹具维持的压电元件经受系列过程，增加大批量生产率以及获得均匀的产品质量。
当热固硅酮橡胶在炉中被加热和固化时，通过利用热空气的直接热传输，在150℃至160℃范围内的温度下加热通常需要30分钟到1小时。然而，当压电元件(例如压电陶瓷元件)长时间暴露于这种高温时，存在压电元件特性退化的问题(偶极子)。
以这种方法，在按照如上所述将多个压电元件维持在夹具上时进行硅酮橡胶涂覆和铠装树脂形成过程，在炉中加热和固化期间，夹具以及压电元件必然被加热，因为维持压电元件的夹具被插在炉子中。由于夹具的热容量比压电元件的热容量大得多，夹具需要一段加热时间，在从炉子中取出后它还需要一段冷却时间，所以存在一个硅酮橡胶固化过程需要较长时间的问题。
此外，在具有加热器和风扇的传统加热和固化装置中，设备必然达到相当规模，当含有输送系统时导致成本高的问题。
为了克服上述问题，本发明的较佳实施例提供一种固化方法和固化装置，其中能够非常快速地进行加热和固化过程而不退化压电元件的特性，所以改善电子元件制造的生产率。
按照本发明的第一较佳实施例，固化硅酮橡胶的方法包括以下步骤：将多个压电元件维持在夹具中，在由夹具所维持的压电元件的外表面上涂覆硅酮橡胶，以及用远红外线辐照涂覆在压电元件外表面上的未固化的硅酮橡胶，从而使硅酮橡胶固化。
按照本发明的第二较佳实施例，提供一种硅酮橡胶的固化装置，用于固化涂覆在诸如压电元件等电子元件外表面上的硅酮橡胶，固化装置包括：维持其外表面上涂覆有未固化的硅酮橡胶并具有反射远红外线特性的压电元件的夹具，以及用远红外线辐照涂覆在压电元件外表面上的未固化硅酮橡胶，从而使硅酮橡胶固化的远红外线产生装置。
根据本发明的较佳实施例，在多个电子元件支承在夹具上的状态中用未固化的硅酮橡胶涂覆压电元件的外围表面后，将夹具输送到远红外产生装置。当用远红外产生装置中所产生的远红外线辐照压电元件时，远红外线被选择性地吸收到涂覆在电子元件上的硅酮橡胶中，而夹具和电子元件基本上不吸收远红外线。因此，电子元件(如压电元件)并不产生热，由此防止压电特性退化(偶极子)。此外，具有大热容量的夹具并不产生热，所以极大地缩短了加热时间和固化过程后的冷却时间。由于在硅酮橡胶中，热是通过远红外线从其内部产生的，固化均匀进行，所以能够使整个硅酮橡胶均匀固化。
较佳地，从远红外产生装置发射的远红外线包括约7μm至约15μm的波长。波长的范围通常在5μm至1000μm，在该波长范围当中，硅酮橡胶的吸收光谱在约7μm至15μm的波长段中呈现最高水平。通过用包括这一波长范围的远红外线辐照硅酮橡胶，远红外线能够有效地吸收到硅酮橡胶中而不被电子元件和夹具所吸收，由此改善热效率。
通过参考附图从对较佳实施例的以下详细描述，本发明的其它特征、特性、要素和优点将是显然的。
图1是是根据本发明一个较佳实施例的压电元件的例子的纵向截面图。
图2是用于制造图1所示压电元件的夹具的透视图。
图3是根据本发明一个较佳实施例的用于固化硅酮橡胶的装置的例子的侧视图。
图4是沿图3中线IV-IV线截取的截面图。
图5是固化炉的透视图。
图6是曲线图，表明形成夹具的铝粉末的红外吸收特性。
图7是曲线图，表明形成诸如压电元件的电子元件的陶瓷粉末的红外吸收特性。
图8是曲线图，表明形成端子的Sn粉末的红外吸收特性。
图9是曲线图，表明硅酮橡胶的红外吸收特性。
图10是根据本发明一个较佳实施例的硅酮橡胶固化装置的另一个例子的透视图。
图1示出根据本发明一个较佳实施例的硅酮橡胶固化装置中使用的工件W的例子。
根据本发明一个较佳实施例的工件W是具有引线端子的压电元件。工件W较佳地包括例如包含切变模式振动元件的基本上呈矩形的压电元件1和三个引线端子2-4。包括有引线端子2-4附着于它的压电元件1的至少两端边缘的两个端部被第一硅酮橡胶5所覆盖。被第一硅酮橡胶5覆盖的压电元件1的整个外围被第二硅酮橡胶6所覆盖，其外围进一步被诸如环氧树脂的铠装树脂7所覆盖。
在按照如上所述的压电元件W中，由于最易于受铠装树脂7的收缩应力影响的两端边缘被两层硅酮橡胶5和6所覆盖，即使当由于温度变化造成铠装树脂7的收缩应力变化时，应力变化能够被吸收，导致可解决由于温度造成的特性变化的问题。此外，由第二硅酮橡胶6可保护压电元件W的阻尼效应，从而压电元件W具有防止出现波形畸变的特征。
正如图2所示，压电元件W与夹具10对准并放在其中，使得多个压电元件1附着于引导框架8。在较佳实施例中所使用的夹具10较佳地是例如在日本专利2581342中所揭示的夹具，其中，在非磁性硬基板11的上表面上，形成多个存放槽12，用于存放条形部分的引导框架8，其中，排列并吸收多个磁性引导框架8在一行中，由磁铁(未示出)保持。夹具10的硬基板11由有光泽的金属板(如铝板)制成，具有反射远红外线的特性。
通过浸渍在用第一硅酮橡胶5涂覆后让按照如上所述由夹具10夹持的压电元件W经受第一硅酮橡胶5的涂覆过程。然后将工件W送至对硅酮橡胶固化的装置，这将在后面描述，对未固化的第一硅酮橡胶5加热并使之固化。然后通过浸渍在用第二硅酮橡胶涂覆后使工件W经受第二硅酮橡胶6的涂覆过程，或者其它合适过程，再次将它送至硅酮橡胶的固化装置，这将在后面描述，对未固化的第二硅酮橡胶6加热并使之固化。
图3至5示出根据本发明一个较佳实施例的对硅酮橡胶固化的装置的例子。
输送机20按箭头表示的方向输送载有工件W的夹具10。在输送机20的中间位置上，提供一个推进机22，通过诸如柱体的升降装置21作上下驱动。正如图4所示，推进机22在一对输送机20之间升高或降低，从而使夹具10水平升高。
在升降装置21的上方，提供一个固化炉23。固化炉23的炉壁较佳地由绝热材料制成，从而防止加热器24温度变化，这将在后面描述。在固化炉23的底部表面上，形成一个夹具可插入的开口23a。在固化炉23内侧，将远红外面板加热器24水平地固定于其上，其热产生表面24a面向下。远红外面板加热器24的热产生表面24a的面积大于夹具10的面积。按照硅酮橡胶的吸收光谱设定发射远红外线的波长。
在固化炉23内侧，安排一个支承构件(未示出)，用于支承夹具10的侧面端部的底部表面。当通过推进机22将夹具10插入到固化炉23内时，通过支承夹具10的底部表面，将支承构件安排成相对于远红外面板加热器24的热产生表面24a水平地支承夹具10。在固化炉23的底部，安排一个由驱动器(未示出)打开和关闭的闸门25。闸门25用于关闭固化炉23的开口23a，以防止周围空气进入炉中。
接着，将描述对硅酮橡胶固化的装置的操作。
按箭头的方向输送放置在输送机20上的夹具10，从而停在固化炉23的下方。然后由推进机22使夹具10从输送机20上升高，同时驱动驱动器并打开闸门25，使其从开口23a插入到固化炉23内。
在夹具10插入到固化炉23内后，由支承构件支承夹具10的底部表面，从而使夹具10相对于远红外面板加热器24的热产生表面24a水平支承。然后闸门25关闭固化炉23的开口23a。
接着，通过远红外面板加热器24用远红外线辐照排列在夹具10上的工件W，从而固化涂覆在工件W上的硅酮橡胶薄膜5和6。特别是当发射的远红外线包括约7μm至15μm的波长时，能够显著有效地加热硅酮橡胶薄膜5和6，而不加热夹具10和压电元件W。
硅酮橡胶薄膜5和6被加热和固化后，打开闸门25，通过升降装置21提升推进器22，从而在固化炉23内支承夹具10的底部表面，通过降低推进器22从固化炉23内取出夹具10，并关闭闸门25。然后将夹具10放置在输送机20上，从而通过驱动输送机20在箭头的方向上进行输送。
图6至9分别示出形成夹具10的铝粉末、形成压电元件W的陶瓷粉末、形成端子2至4的Sn粉末和硅酮橡胶的红外吸收特性的测量结果。在图中，横轴表示红外线的波长，而纵轴表示红外线的吸收比。
应当理解，硅酮橡胶在远红外范围(约为5μm至约1000μm的波长)中具有吸收光谱。具体地，在约7μm至15μm的范围内，出现吸收光谱的峰值。相反，其它材料在远红外范围内几乎没有吸收光谱，所以它们难以被加热。因此，应当理解，当用远红外绝辐照时，只选择对硅酮橡胶加热。
通过利用如上所述的远红外线能够获得以下操作和优点。
(1)在短时间内使硅酮橡胶固化
由于按照如上所述硅酮橡胶完全吸收远红外线，能够在短时间内使其温度有效地升高。采用逐步上升的温度升高率，能够缩短固化时间。由于仅增加硅酮橡胶的温度，因此硅酮橡胶的固化温度可以很高，以致于大大缩减固化时间。
例如，在采用炉子的传统固化装置中，在160℃下需要用10分钟来加热并固化硅酮橡胶，当采用根据本发明较佳实施例的远红外面板加热器时大约只需要90秒来固化硅酮橡胶。
(2)加热和固化时间的缩短
如上所述，夹具10并不吸收远红外线并且远红外绝的辐照时间短，因而夹具10基本上不被加热。因此，由于夹具10无需冷却能够连续地使用它，极大地缩短了加热和固化时间。
(3)设备成本的降低
远红外加热器比炉子更简单且在结构上更紧凑，因而提高了每个单位面积的生产率。远红外面板加热器(它是装置的基本元件)是比较价廉的。此外，可以省略夹具10的冷却装置，导致设备成本的降低。
(4)注意事项
在利用远红外线时必须要注意的一个事项是避免温度变化。为了解决这个问题，加热器的尺寸、绝缘结构和加热器与工件W之间的距离是重要的。
加热器的尺寸是这样的，即最好采用其尺寸大于对工件进行加热的面积的加热器，因为由于在横向方向上热量散逸，加热器的端部的温度很可能被降低。
绝缘结构应用安排成能处理加热器温度变化导致工件W温度变化的问题。因此，为了使表面上的温度均匀，固化炉23由一种最大限度防止热量散逸到环境中去的绝缘结构构成。
到加热器的距离也是重要的。当加热器与工件W之间的距离太短时，存在加热器温度变化在其上直接产生作用以及热量透过空气层在其上产生影响的问题。反之，当工件W与加热器分开一段距离时，尽管温度变化缩小，但是加热器的热效率降低。因此，考虑到这些情况，必须适当确定距离。
本发明并不局限于上述的较佳实施例。
在上述较佳实施例中，说明了具有引线端子并用双层硅酮橡胶覆盖的压电元件W。然而，压电元件可以用单层硅酮橡胶覆盖。然而，当用双层硅酮橡胶覆盖压电元件时，本发明的较佳实施例更有效，因为需要加热和固化的两个步骤。
正如图10所示，本发明的较佳实施例不仅可以应用于有引线端子的压电元件而且可以应用于用涂覆在其上的硅酮橡胶S部分覆盖的芯片压电元件W。在后一种情况中，通过将压电元件W放置在平面夹具H上可以将其输送到固化炉23，如图3所示。
此外，应当注意，含有硅酮材料的任何其它电子元件能够使用本发明的固化硅酮橡胶的方法和装置。
在这一较佳实施例中，在第一硅酮橡胶5和第二硅酮橡胶6的两个固化过程中都使用夹具10。然而，在铠装树脂7的固化过程中也可以使用夹具。具体地说，当使用环氧树脂作为铠装树脂7时，由于环氧树脂与硅酮橡胶相似在远红外范围内具有吸收光谱，可以采用同一个红外加热器进行硅酮橡胶和铠装树脂的两种固化处理。
在这一较佳实施例中，示出了成批型的固化炉23，然而，可以采用连续型固化炉。即，从固化炉的入口到其出口连续地安排一个输送机，因而在由输送机输送夹具的同时由远红外加热器加热工件W，从而固化硅酮橡胶。
根据本发明较佳实施例的固化装置能够在非常短的时间内固化硅酮橡胶，从而将其应用于连续型固化炉是有效的，它不会长时间将硅酮橡胶维持在炉内。
正如从以上描述所理解的，根据本发明的较佳实施例，把用未固化硅酮橡胶覆盖的压电元件支承在夹具上，用远红外线辐照硅酮橡胶，从而使远红外线有选择地被吸收到硅酮橡胶中，由此使硅酮橡胶在短时间内固化。压电元件基本上不吸收远红外线，所以它不产生热，还可以可靠地防止压电特性的退化。
此外，夹具很少吸收远红外线，所以由于短的辐照时间，它基本上不被加热。因此，由于无需对夹具进行冷却能够连续地使用它，由此提高生产率。
再有，由于在硅酮橡胶中，热是通过远红外线从其内部产生的，固化可均匀地进行，所以整个硅酮橡胶被均匀固化。
虽然以上已经描述了本发明的较佳实施例，应当理解，改进和变化对于本领域专业人员而言是显然的，无需偏离本发明的精神。因此，本发明的范围由以下权利要求书唯一地限定。
Claims (20)
1.一种硅酮橡胶的固化方法，其特征在于包括以下步骤：
将多个电子元件维持在夹具中；
将硅酮橡胶涂覆在夹具所维持的电子元件的外表面；以及
用远红外线辐照涂覆在电子元件外表面上的未固化的硅酮橡胶，从而使硅酮橡胶固化。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，远红外线包括约7μm至约15μm的波长。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电子元件为压电元件。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电子元件包括具有引线端子的压电元件。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电子元件包括包含有切变模式振动元件和多个引线端子的基本上呈矩形的压电元件。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在将硅酮橡胶涂覆在由夹具所维持的电子元件的外表面上的步骤中，所述引线端子被第一硅酮橡胶所覆盖。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在将硅酮橡胶涂覆在由夹具所维持的电子元件的外表面上的步骤中，施加覆盖压电元件整个表面的第二硅酮橡胶。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，进一步包括在第二硅酮橡胶上涂覆环氧树脂，从而覆盖压电元件整个表面的步骤。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，第一硅酮橡胶是在施加第二硅酮橡胶之前在对涂覆在电子元件外表面上的未固化硅酮橡胶进行辐照的步骤期间固化的。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在用远红外线对涂覆在电子元件外表面上的未固化硅酮橡胶进行辐照，从而使硅酮橡胶固化的步骤期间，所述远红外线不被所述夹具吸收。
11.一种固化涂覆在电子元件外表面上的硅酮橡胶的装置，其特征在于，所述固化装置包括：
为维持电子元件而安排的夹具，在电子元件的外表面上涂覆有未固化的硅酮橡胶，所述夹具具有反射远红外线的特性；以及
用远红外线辐照涂覆在电子元件外表面上的未固化的硅酮橡胶，从而使所述硅酮橡胶固化的远红外线产生装置。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，由所述远红外线产生装置发射的远红外线包括约7μm至约15μm的波长。
13.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述电子元件为压电元件。
14.如权利要求11所述的装置，其特征在于，进一步包括为把夹具从硅酮橡胶施加装置输送到远红外线产生装置而安排的输送机。
15.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述远红外线产生装置包括炉壁由隔热材料制成的的固化炉。
16.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述远红外线产生装置包括其热产生表面的面积大于夹具的面积的远红外面板加热器。
17.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述夹具由不吸收远红外线的材料制成。
18.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述夹具由对施加远红外线不会被加热的材料制成。
19.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述电子元件包括有引线端子的压电元件。
20.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述电子元件包括含有切变模式振动元件和多个引线端子的基本上呈矩形的压电元件。
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