Ліццё з абпаленага воску электронных кампанентаў 

Тэхналогія ліцця абпаленым воскам: стандарты для электронных кампанентаў

Ліццё з абпаленага воску (працэс, вядомы ва ўсім свеце як ліццё па выплавляемым мадэлям або «ліццё па выплаўленым воску») з'яўляецца адзіным метадам вытворчасці карпусоў і радыятараў для высокадакладнай электронікі. У адрозненне ад пясчанага або кокільнага ліцця гэтая тэхналогія дазваляе вырабляць дэталі са складанай унутранай геаметрыяй і шурпатасцю паверхні Ra 1,6-3,2 мкм без наступнай механічнай апрацоўкі крытычных участкаў. Для сектара электронікі гэта азначае магчымасць інтэграваць каналы вадкаснага астуджэння непасрэдна ў алюмініевую або медную структуру корпуса, зніжаючы цеплавое супраціўленне на 30-45% у параўнанні з кампазітнымі рашэннямі.

Наша вытворчая лінія спецыялізуецца на выпуску партый ад 50 да 5000 адзінак у адпаведнасці з допускамі IT14-IT15 (ДАСТ) і стандартам DIN ISO 8062 CT5-CT7. Мы працуем у першую чаргу з алюмініевымі сплавамі серыі АК (AlSi10Mg, AlSi7Mg) і сплавамі медзі (БрАЖ, БрХ), так як гэтыя матэрыялы забяспечваюць неабходны баланс паміж электраправоднасцю і механічнай трываласцю пры мініяцюрызацыі дэталяў. Ключавая перавага метаду заключаецца ў адсутнасці ліній падзелу прэс-формы, што выключае рызыку траплення металічнай габлюшкі ў герметычныя карпусы датчыкаў або сілавыя модулі — праблема, з якой мы рэгулярна сутыкаліся пры выкарыстанні традыцыйнага ліцця пад ціскам у першых праектах.

Поўны цыкл вытворчасці: ад 3D-мадэлі да аздаблення

Працэс вытворчасці электронных карпусоў метадам васковага ліцця патрабуе строгага захавання тэмпературнага рэжыму на кожным этапе. Парушэнне тэхналогіі нават на этапе зборкі кластарнай мадэлі прыводзіць да дэфектаў тыпу «недапаўнення» або газавых адтулін, якія немагчыма ліквідаваць пост-апрацоўкай. Ніжэй прыведзены падрабязны алгарытм, які мы выкарыстоўваем для забеспячэння стабільнай якасці партыі.

1. Распрацоўка стробавай сістэмы і 3D-мадэляванне.На гэтым этапе інжынеры разлічваюць ўсаджванне металу для канкрэтнага сплаву (для алюмінія гэта звычайна 1,3-1,5%, для медзі - да 2,1%). Памылка ў разліку каэфіцыента ўсаджвання прывядзе да таго, што мантажныя адтуліны не будуць сумяшчацца з друкаванай платай. Мы выкарыстоўваем праграмнае забеспячэнне ProCAST для мадэлявання запаўнення формы, што дазваляе нам загадзя вызначыць месцы застою металу.Важна:ніколі не праектуйце литниковую сістэму без уліку напрамкі цеплаадводу; няправільнае размяшчэнне кармушак выклікае лакальны перагрэў і коробление танкасценных элементаў корпуса.
2. Выраб васковых мадэляў метадам ін'екцый.Васковыя копіі будучых дэталяў адліваюць у сіліконавых або металічных формах пад ціскам. Тэмпература воску павінна падтрымлівацца ў межах 65-70°С; перавышэнне гэтага парога змяняе рэалагічныя ўласцівасці матэрыялу і прыводзіць да змены геаметрыі. Кожная мадэль праходзіць візуальны агляд на ўспышку.Распаўсюджаная памылка:выкарыстанне перапрацаванага воску без папярэдняй фільтрацыі і дэгазацыі прыводзіць да з'яўлення мікрасітавін на паверхні адліўкі, што крытычна для герметычных карпусоў IP67.
3. Зборка кластараў і нанясенне керамічнай абалонкі.Васковыя мадэлі збіраюць у «дрэва» (кластар) і шматразова акунаюць у суспензію тугаплаўкага напаўняльніка (электракарунд, цыркон) і звязальнага. Працэс паўтараюць 6-9 разоў да таўшчыні шкарлупіны 6-8 мм. Сушка паміж пластамі праводзіцца пры кантраляванай вільготнасці. Калі вы прапусціце стадыю сушкі хаця б аднаго пласта, пры заліванні металу адбудзецца выбуховае параўтварэнне, якое разбурыць форму. Мы засвоілі гэта правіла пасля інцыдэнту ў 2023 годзе, калі партыя з 200 карпусоў тэлекамунікацыйнага абсталявання была забракаваная з-за мікротрэшчыны ў кераміцы.
4. Выпальванне воску і абпальванне форм.Гронкі змяшчаюць у аўтаклаў, дзе гарачай парай пад ціскам выдаляюць воск, а затым формы абпальваюць пры тэмпературы 850-950°С на працягу 2-4 гадзін. Гэтая працэдура не толькі выдаляе рэшткі вугляроду, але і актывізуе спяканне керамічнага матэрыялу, надаючы форме неабходную трываласць. Недапаленая форма можа трэснуць пры кантакце з расплаўленым металам пры тэмпературы вышэй за 700°C. Кантроль рэшткавага вугляроду (менш за 0,05%) - абавязковы этап перад заліваннем.
5. Заліванне і тэрмічная апрацоўка металу.Расплаўлены метал заліваюць у нагрэтыя формы пад дзеяннем сілы цяжару або пад вакуумам/ціскам (для паляпшэння запаўнення тонкіх сценак). Пасля астывання керамічная абалонка выдаляецца гідраўлічным або хімічным тручэннем. Дэталі падвяргаюцца тэрмічнай апрацоўцы (загартоўка + старэнне) для зняцця ўнутранага напружання. Заключны этап прадугледжвае выдаленне літнікаў і дробеструйную апрацоўку. Ігнараванне рэжыму старэння для сплаваў тыпу АК7ч прыводзіць да нестабільнасці памераў пры эксплуатацыі ва ўмовах перападаў тэмператур.

Кожны этап суправаджаецца уваходным і выходным кантролем. Гатовая прадукцыя звяраецца з чарцяжом з дапамогай каардынатных вымяральных машын (КВМ). Для электронных кампанентаў мы дадаткова праводзім тэст на герметычнасць (геліевы дэтэктар уцечак) і вымяраем шурпатасць унутраных паражнін. Вы можаце запытаць узор маршрутнай карты для вашага канкрэтнага прадукту, каб ацаніць сумяшчальнасць вашага дызайну з нашымі магчымасцямі.

Параўнальны аналіз: ліццё па выплавляемых мадэлях супраць ліцця пад ціскам

Выбар тэхналогіі вырабу карпусоў для электронікі часта становіцца каменем перапоны пры планаванні бюджэту праекта. Многія кліенты памылкова лічаць, што ліццё пад ціскам (HPDC) заўсёды больш выгадна з-за высокай хуткасці цыкла. Аднак пры працы са складанай электронікай, дзе патрабуецца высокая дакладнасць і адсутнасць сітаватасці, эканомія на этапе ліцця прыводзіць да велізарных выдаткаў на лом і дапрацоўку. Давайце паглядзім на ключавыя адрозненні паміж метадамі прымянення да вытворчасці электронных кампанентаў.

У нашай практыцы быў выпадак, калі кліент спрабаваў зэканоміць, замовіўшы партыю карпусоў для медыцынскіх датчыкаў метадам ліцця пад ціскам. У выніку 40% партыі мелі ўтоеную сітаватасць, якая стала відавочнай толькі пасля герметызацыі і выпрабаванняў пад ціскам. Пераход на тэхналогію васковага ліцця прывёў да павелічэння сабекошту адзінкі прадукцыі на 15%, але поўнасцю ліквідаваў брак і выдаткі на гарантыйны рамонт. Калі ваш праект прадугледжвае серыю менш за 3000 адзінак або патрабуе нестандартнай геаметрыі радыятара, адзіна правільным тэхнічным рашэннем з'яўляецца ліццё па выплавляемым мадэлям.

Матэрыялазнаўства: выбар сплаву для радыятара і экранавання

Электронныя кампаненты працуюць у суровых тэмпературных умовах, таму выбар матэрыялу корпуса напрамую ўплывае на надзейнасць усёй сістэмы. У працэсе ліцця па выплавляемых мадэлях мы працуем з шырокім спектрам сплаваў, але для электронікі ёсць тры групы матэрыялаў, якія найбольш запатрабаваныя. Разуменне іх уласцівасцяў дапаможа пазбегнуць памылак пры праектаванні.

Алюмініевыя сплавы (АК7ч, AlSi10Mg, AlSi7Mg).Гэта самы папулярны выбар дзякуючы спалучэнню нізкай шчыльнасці і добрай цеплаправоднасці (150-180 Вт/мК). Сплаў АК7ч (сілумін) валодае выдатнай цякучасцю, што дае магчымасць заліваць тонкія рэбры радыятара таўшчынёй ад 1 мм. Аднак чысты алюміній цяжка паяць без спецыяльнай падрыхтоўкі паверхні. Для пакетаў сілавы электронікі мы рэкамендуем выкарыстоўваць мадыфікаваныя сплавы, якія змяшчаюць тытан і бор, якія павялічваюць пластычнасць і зніжаюць рызыку ўзнікнення гарачых расколін падчас ліцця. Важна памятаць, што каэфіцыент цеплаправоднасці літога алюмінія заўсёды ніжэй, чым у яго дэфармаванага субрата з-за асаблівасцяў зярністай структуры.

Медныя сплавы (БрАЖ, БрХ, CuCrZr).Калі патрабаванні да рассейвання цяпла экстрэмальныя (напрыклад, у лазерных дыёдах або магутных мікрахвалевых узмацняльніках), алюмінія недастаткова. Медзь забяспечвае цеплаправоднасць да 380 Вт/мК. Ліццё па выплаўленым воску медзі тэхналагічна больш складанае з-за высокай тэмпературы плаўлення і схільнасці да акіслення. Падчас ліцця мы выкарыстоўваем ахоўную атмасферу (азот або аргон), каб прадухіліць адукацыю аксідных плёнак унутры адліўкі. Галоўны недахоп - вялікая вага і кошт. Акрамя таго, медныя карпусы патрабуюць нікелявання або луджання для прадухілення карозіі і забеспячэння магчымасці паяння провадаў.

Спецыяльныя сплавы і кампазіты.Праграмы электрамагнітнай сумяшчальнасці (EMC) часам патрабуюць пакетаў з магнітнымі ўласцівасцямі або пэўным каэфіцыентам цеплавога пашырэння (CTE), адпаведным керамічным падкладкам. У такіх выпадках выкарыстоўваюцца сплавы на аснове жалеза або спецыяльныя алюмініевыя кампазіты. Напрыклад, сплаў з КТР, блізкім да крэмнію, прадухіляе адрыў чыпа ад корпуса пры цыклічным нагрэве. Падбор такога матэрыялу патрабуе індывідуальнага разліку і пробнай плаўлення.

Выбіраючы матэрыял, улічвайце не толькі цеплафізічныя, але і ўмовы эксплуатацыі. Калі прылада будзе працаваць у агрэсіўнай асяроддзі (марская вада, хімічныя пары), алюмініевым корпусам спатрэбіцца якаснае анадаванне (таўшчыня пласта 20-25 мкм), якое надзейна счапляецца з паверхняй, атрыманай метадам страта-ваксу. Мы праводзім спектральны аналіз кожнай цеплыні і прадстаўляем пратакол выпрабаванняў разам з партыяй, якая адпавядае патрабаванням стандарту ISO 9001:2015.

Вопыт Wuxi Kaisheng LLC: ад энергетыкі да дакладнай электронікі

Паглыбленыя веды ў працы з каляровымі і тугаплаўкімі металамі, неабходныя для вытворчасці высокадакладных электронных карпусоў, грунтуюцца на шматгадовым вопыце ў галінах цяжкай прамысловасці. Яскравым прыкладам такой кампетэнтнасці з'яўляецца дзейнасць кампанііWuxi Kaisheng Electric Power and Petrochemical Equipment Co., Ltd.. Спецыялізуючыся на распрацоўцы і вытворчасці складанага цеплаабменнага абсталявання, кампанія назапасіла унікальны вопыт у ліцці і апрацоўцы тытана, медна-нікелевых сплаваў (такіх як C70600), марской латуні C46400 і высокалегіраваных сталей.

Прадукцыя Wuxi Kaisheng, у тым ліку тытанавыя кожухотрубчатыя цеплаабменнікі, пучкі гафрыраваных труб з нержавеючай сталі 316 і паветраахаладжальнікі, сертыфікаваны па самым строгім міжнародным стандартам ASME і PED. Гэтыя стандарты патрабуюць бездакорнай герметычнасці, устойлівасці да экстрэмальных ціскаў і тэмператур і найвышэйшай устойлівасці да карозіі - якасці, якія таксама важныя для сучаснай электронікі, якая працуе ў суровых умовах. Тэхналогіі кантролю якасці, распрацаваныя пры стварэнні кампанентаў для нафтаперапрацоўкі, суднабудавання і апраснення вады, цяпер паспяхова адаптаваны для вытворчасці мініяцюрных кампанентаў. Выкарыстанне першародных сплаваў і захаванне правілаў для забеспячэння адсутнасці другасных прымешак дазваляе нам прапаноўваць рашэнні, якія спалучаюць надзейнасць прамысловага ўзроўню з дакладнасцю, неабходнай для мікраэлектронікі.

Кантроль якасці і сертыфікацыя па ДАСТ і ISO

У індустрыі паставак электронікі давер будуецца на дакументах і паўтаральнасці вынікаў. Наша вытворчасць сертыфікавана ў адпаведнасці з сістэмай менеджменту якасці ISO 9001, якая гарантуе прасочванне кожнай адліўкі ад нумара плаўкі да канкрэтнага аператара. Аднак для працы на рынках ЕАЭС і экспарту ў Еўропу неабходна ўлічваць спецыфіку галіновых стандартаў.

Для электроннай прамысловасці ключавым дакументам з'яўляецца ДАСТ Р МЭК 60068 (серыя стандартаў па выпрабаваннях на ўздзеянне навакольнага асяроддзя). Нашы карпусы праходзяць выпрабаванні на ўстойлівасць да вібрацыі і тэрмічны ўдар у адпаведнасці з гэтымі стандартамі. Асаблівая ўвага надаецца кантролю за ўнутранай чысцінёй. У адпаведнасці з унутранымі правіламі, заснаванымі на патрабаваннях IPC-A-610, узровень забруджвання паверхні не павінен перавышаць 10 мкг/см² іёнаў хларыду. Перавышэнне гэтага парога прыводзіць да міграцыі металаў і замыкання пад напругай.

Мы выкарыстоўваем неразбуральны кантроль (NDT) для крытычных партый. Рэнтгеналагічнае даследаванне (РТ) дазваляе вызначыць скрытыя адтуліны і расколіны ўнутры масіўных частак цела, якія немагчыма выявіць візуальна. Ультрагукавой кантроль (УГД) выкарыстоўваецца для праверкі цэласнасці сценак у зонах пераходу таўшчыні. Статыстыка паказвае, што ўвядзенне 100% рэнтгеналагічнага кантролю крытычных партый зніжае колькасць скаргаў на 98%. Адзін з нашых кліентаў, вытворца авіёнікі, сутыкнуўся са збоем гіраскопа з-за мікротрэшчыны ў корпусе, якую не было заўважана пры візуальным аглядзе. Пасля ўвядзення абавязковай РТ для ўсіх прадуктаў гэтай серыі інцыдэнты спыніліся.

Уся прадукцыя суправаджаецца сертыфікатам якасці, у якім указаны: марка сплаву (з разбіўкай па хімічным складзе), вынікі механічных выпрабаванняў (трываласць на расцяжэнне, адноснае падаўжэнне), дадзеныя аб цвёрдасці і акт на герметычнасць. Пры экспартных пастаўках у краіны Мытнага саюза афармляецца дэкларацыя адпаведнасці ТР МС. Мы таксама гатовы правесці аўдыт вашага тэхнічнага аддзела, каб пераканацца, што нашы працэсы адпавядаюць вашым унутраным стандартам якасці.

Эканамічнасць і тэрміны дастаўкі

Разлік кошту замовы на ліццё па выплавляемым мадэлям складаецца з некалькіх параметраў: складанасці геаметрыі, вагі металу, тыпу сплаву і памеру партыі. У адрозненне ад ліцця пад ціскам, дзе большая частка выдаткаў прыпадае на дарагія сталёвыя інструменты, тут выдаткі размяркоўваюцца больш раўнамерна. Кошт сіліконавай формы для вырабу васковых мадэляў у 10-15 разоў ніжэй сталёвай, што робіць метад ідэальным для доследна-канструктарскіх работ (НДДКР) і дробнасерыйнай вытворчасці.

Тэрмін вытворчасці першай пілотнай партыі - 14-20 рабочых дзён. Гэты перыяд уключае час для 3D-мадэлявання, вырабу майстар-мадэлі, стварэння сіліконавай формы, ліцця з воску, нарошчвання керамікі і ўласна ліцця. Для рэгулярных паставак цыкл скарачаецца да 7-10 дзён, так як майстар-мадэлі і тэхналогіі ўжо распрацаваны. Лагістыка гатовай прадукцыі ажыццяўляецца з захаваннем патрабаванняў да ўпакоўкі электронікі: антыстатычная абарона, амартызацыя і кантроль вільготнасці.

Мінімальны аб'ём замовы (MOQ) у нашай майстэрні пачынаецца ад 50 штук. Гэта звязана з эканамічнай мэтазгоднасцю запуску печы і падрыхтоўкі керамічных матэрыялаў. Пры замове звыш 500 штук дзейнічае прагрэсіўная шкала скідак, якая дасягае 20% за кошт аптымізацыі размяшчэння мадэляў у кластары і аўтаматызацыі некаторых этапаў пост-апрацоўкі. Мы не навязваем лішнія паслугі: калі для вашага праекта будзе дастаткова пясчанага ліцця, мы будзем сумленныя ў гэтым і перанакіруем вас да партнёраў, але для дакладнай электронікі наша прапанова будзе найбольш эканамічна выгаднай у доўгатэрміновай перспектыве.

Часта задаюць пытанні

Якая максімальная дакладнасць памераў можа быць дасягнута пры фармаванні электронных пакетаў?

Стандартная дакладнасць ліцця па выплавляемым мадэлям складае ±0,05 мм для першых 25 мм даўжыні і ±0,002 мм для кожнага наступнага міліметра. Для электронных кампанентаў, дзе прарэзы для раздымаў важныя, мы рэкамендуем рабіць прыпуск на апрацоўку 0,2-0,3 мм толькі на крытычных падставах, пакідаючы астатнія паверхні ў адліваным стане. Дасягненне больш высокіх дапушчальных адхіленняў (IT12 і вышэй) магчыма, але патрабуе выкарыстання спецыяльных керамічных злучэнняў і павялічвае кошт працэсу на 30-40%.

Ці можна вырабляць гальванічнае пакрыццё алюмініевых карпусоў адразу пасля адліўкі?

Так, паверхня адлівак, атрыманых па тэхналогіі страчанага воску, ідэальна падыходзіць для гальванічнага пакрыцця дзякуючы нізкай шурпатасці і адсутнасці пор. Аднак перад нанясеннем цынку, нікеля або хрому патрабуецца падрыхтоўка паверхні: абястлушчванне, тручэнне і апрацоўка цынкатам (нанясенне цынкавай падслою). Без цынкатнай падслою счапленне пакрыцця з алюмініем будзе слабым, і пры термоциклировании яно пачне адслойвацца. Мы праводзім увесь ланцужок папярэдняй апрацоўкі ўласнаручна, гарантуючы адгезію не менш за 10 МПа метадам рашоткавай рэзкі.

Якія існуюць абмежаванні па мінімальнай таўшчыні сценкі корпуса?

Тэхналагічна можна адліць сценку таўшчынёй да 0,5 мм для алюмініевых сплаваў і да 1,0 мм для сплаваў медзі. Аднак на практыцы для забеспячэння надзейнасці і адсутнасці запаўнення мы рэкамендуем канструяваць сценкі не танчэй 1,5-2,0 мм для алюмінія і 2,5-3,0 мм для медзі. Спроба паменшыць таўшчыню ніжэй гэтых значэнняў без змены канструкцыі литниковой сістэмы прывядзе да павелічэння лому. Калі ваша канструкцыя патрабуе звыштонкіх сцен, падумайце аб выкарыстанні раздзеленых частак або іённай зваркі дыфузараў.

Як доўга служаць сіліконавыя васковыя формы?

Тэрмін службы адной сіліконавай формы складае ў сярэднім 50-70 цыклаў упырску воску ў залежнасці ад складанасці канфігурацыі і агрэсіўнасці рэжыму працы. Пасля гэтага форму неабходна замяніць, што займае 2-3 дня. Для доўгатэрміновых праектаў больш за 1000 частак мы вырабляем некалькі дублікатаў прэс-формаў, што дазваляе бесперапынную вытворчасць без прастояў. Формы захоўваюць у спецыяльных кантэйнерах пры пакаёвай тэмпературы, каб прадухіліць дэфармацыю.

Вы працуеце з сыравінай, якая пастаўляецца кліентам?

Мы прымаем пастаўку заказчыка сыравіны толькі пры наяўнасці сертыфіката якасці на кожны плаў і правядзенні ўваходнага спектральнага аналізу ў нашай лабараторыі. Тым не менш, мы настойліва рэкамендуем выкарыстоўваць нашы матэрыялы, так як мы гарантуем паходжанне зліткаў (першасны алюміній / медзь) і адсутнасць другасных прымешак, якія могуць пагоршыць ліцейныя ўласцівасці. Выкарыстанне нашай сыравіны дае поўную гарантыю механічных уласцівасцяў гатовай прадукцыі ў рамках дагавора пастаўкі.

Вытворчасць электронных блокаў з выкарыстаннем ліцця з абпаленага воску - гэта складаны інжынерны працэс, які патрабуе шырокага вопыту ў галіне матэрыялазнаўства і тэрмадынамікі. Выбар правільнай тэхналогіі на этапе праектавання зэканоміць месяцы адладкі і значныя фінансавыя рэсурсы. Мы гатовы абмеркаваць ваш праект, правесці бясплатны аналіз чарцяжоў на тэхналагічнасць і разлічыць дакладны кошт партыі.

Звяжыцеся з намі сённяатрымаць кансультацыю вядучага тэхнолага і запытаць камерцыйную прапанову. Мы забяспечваем поўны цыкл работ ад 3D мадэлявання да здачы гатовай прадукцыі з поўным пакетам суправаджальнай дакументацыі.Даведайцеся больш пра варыянты фармавання электронікі.