低圧射出成形：エレクトロニクスの3大苦境を解決する方法

1970年代に低圧射出成形（LPIM）が発見されるまでは、電子部品の封止には、気密封止、ポッティング、コンフォーマルコーティングなど、さまざまな従来の方法が用いられてきた。これらの手法の主な課題は、電子部品が適切に密閉されなかったり、時間の経過とともにシールが劣化したりして、電子部品が湿気や潜在的な危険にさらされることがあることです。

また、高温やシール剤塗布時の機械的な損傷により、シール工程中に破損するリスクもあった。プリント回路基板のような部品は、表面に凹凸があったり、形状が複雑であったりするため、均一なシーリングを実現するのが難しくなりがちだ。このような従来の方法は、労働集約的で時間のかかるものが多く、製造コストを引き上げていた。

低圧射出成形とは？

その名の通り、熱可塑性プラスチックは低圧（20～580psi）と低温（356°F～428°F）で使用され、デリケートな電子部品を封入します。圧力が低いため、コネクタやプリント回路基板（PCB）のような、高温・高圧では容易に損傷する部品にも安全です。

ポリカーボネートやポリアミド（ナイロン）のような熱可塑性材料は、低圧での流動性が向上するため、主に使用されます。ここでは、低圧射出成形で使用されるさまざまな種類の材料とその利点を紹介します。

製品の素材選びは、さまざまな要因によって決まります。最も重要な要因は、製品に持たせたい特性と、それが使用される環境です。例えば、病院で使用される製品を作るのであれば、温度や化学薬品に対する耐性が高く、生体適合性に優れている医療用シリコーン（ISO 10993認証）が最適です。

低圧射出成形のステップ

この技術の主な考え方は、目的のプラスチック材料を溶かし、それを部品の周りに成形することである。プロセス全体は、主に4つのステップにまとめることができる。したがって、7～8段階のポッティングのような従来の方法と比べると、より合理化されたプロセスであることがわかりやすい。低圧射出成形に関わる段階は以下の通りである：

• 成形材料を加熱する： 最初のステップは、目的の熱可塑性材料を加熱することである。
• コンポーネントを配置する： 封入する部品を金型キャビティの半分に入れ、金型を閉じる。
• 成形材料の射出： 液化した成形材料は、低圧でキャビティに注入される。
• 冷却： 温度と圧力が低いため、低圧射出成形の方が早く硬化します。

技術比較表：LPIMと従来のプロセスの比較

コーティング材料のLPIM技術は、従来の方法と比較してよりシンプルで効率的である。後者とは異なり、人的な入力が少なくて済むため、人為的なミスを加えることなくスケーリングが可能です。デリケートな素材を傷つけることなく、完璧な隠蔽を実現します。製造業界でLPIMを使用する主な利点のいくつかを以下に紹介する。

#1。コスト効率の向上

低圧射出成形は、従来の方法と比較して、より少ない材料で完全な封止を実現します。また、より低い圧力と温度で作動するため、エネルギー代も少なくて済む。サイクルタイムが短縮されることで、メーカーは生産量を増やし、注文に迅速に対応することができます。

#2。金型投資の低減

このプロセスで必要とされる温度と圧力が低いため、より安価である。 アルミニウム金型 は、特に少量生産の場合、高価なスチール金型の代わりに理想的です。これにより、初期投資とリードタイムを抑えることができる。.

#3。より優れたコンポーネント保護

LPIMは、コネクター、センサー、回路基板のような複雑な形状の部品を、より高い一貫性と最小限の損傷リスクで保護するのに適しています。このシーラントは、従来の方法では届きにくかった部分にも浸透します。

#4。より優れた審美性と耐性

低圧射出成形は、従来の方法と比べ、よりクリーンで洗練された仕上がりを実現し、消費者はより魅力的に感じるだろう。また、メーカーは成形に使用する材料を変えることで、製品の特性をカスタマイズすることができる。

電子機器製造における3大苦悩を徹底分析

電子機器はデリケートだ。ホコリや紫外線、湿気などの自然要素によって、その効率や有用性が損なわれる可能性がある。そのため、電子機器メーカーは、ユニットに害を与えることなく、これらの自然要素から製品を保護する方法を考えなければなりません。低圧射出成形が登場するまでは、このバランスを見つけることがこの業界の大きな課題でした。

従来の方法は、プリント基板やコネクターなどの電子機器にある程度の保護を提供していたが、通常、精度の欠如、損傷率の高さ、コストと環境への影響の高さという3つの主要な課題に直面していた。従来の方法に頼っていたメーカーは、しばしば環境規制当局から、厄介な足跡を残すと指摘されていた。では、低圧射出成形を用いて、メーカーはどのようにして従来の封止方法の欠点を克服したのだろうか？

ペインポイント1：精密電子部品の実装効率のジレンマ

電子機器の部品が1つだけであれば、従来のコーティング方法は使いやすかったでしょう。しかし、典型的なPCBには、形状、サイズ、方向が異なるさまざまな部品があり、従来の封止技術が苦戦するのはそこです。

コンフォーマルコーティングやポッティングでは、基板全体で同じシーリング一貫性を達成するのは難しい。言い換えれば、ある領域ではシール材の層が厚く、別の領域では層が薄いというような製品になってしまいます。このような不完全なコーティングは、空隙を生じさせたり、不完全な被覆をもたらしたりする可能性があり、その結果、電子デバイスの保護が不完全になります。

ペインポイント2：薄肉部品／インサートの損傷率の高さ

低圧射出成形とは異なり、従来の封止技術は手間がかかるため、人為的ミスによる薄肉部品へのダメージが大きくなる可能性があります。例えば、ポッティングコンパウンドの硬化プロセスには化学反応を伴うものがあるため、熱が発生し、繊細な部品にダメージを与えたり、はんだ接合部に不具合を生じさせたりする可能性があります。

薄肉部品の損傷は、硬化過程におけるポッティングコンパウンドの収縮が原因で発生する可能性があります。収縮は、ポッティング材が柔軟でないため、部品に応力を与える可能性があります。このような不具合の一部は、コーティング材のクラックや剥離に起因する可能性があります。クラックは、コーティング材と基板との熱膨張係数の差によって発生することがあります。ひとたびクラックが生じると、電子部品はほこりや液体に侵されやすくなる。

また、従来のシーリング材は剥がすのが難しく、部品にダメージがあった場合、修理が難しくなる。そのため、シールを剥がす際には、部品にさらなる損傷を与えないよう、細心の注意を払う必要がある。

ペインポイント3：環境コンプライアンスにかかる高いコストとリスク

アルミ低圧射出成形金型を製造するのに比べれば、従来の方法による材料の無駄は、最初は小さく見えるかもしれません。しかし、新たな注文を頻繁に入れなければならなくなると、コストは結局かさむことになる。ポッティングはまた、労働集約的であり、それはあなたの給料上のより多くの労働者を意味します。低圧射出成形は、メーカーがより速いサイクルを実行し、労働力を削減し、材料の消費を低減することができますので、最初の高い金型費用を補う。

経済的なコストだけでなく、従来のコーティングは環境に有害な化学物質を使用することが多い。例えば、ポッティングにはイソシアネートが使用される。この化合物を短期間吸入すると、目の炎症、鼻や喉の炎症、喘鳴、咳、吐き気などの胃腸障害を引き起こす可能性がある。

低圧射出成形技術実施ガイドライン

低圧射出成形を効果的かつ一貫して実施するためには、メーカーは一連のガイドラインに従わなければならない。これらのガイドラインは、材料の選択、金型の設計、成形機のセットアップ、工程管理など多岐にわたります。電子部品やインサートを完璧に封入することを中心に、これらの各要因に多くの考えを巡らせる必要があります。

• 素材の選択： 選択する材料は、電子部品と適合性があり、用途に適した特性（耐湿性、耐熱性、化学的適合性）を備えていなければならない。
• 金型設計： 一貫した材料フローとウェルドラインを避けるため、壁の厚さは均一でなければならず、ゲートは適切なサイズと位置でなければならない。亀裂の原因となる応力集中を避けるため、鋭利な角は避けるべきである。エアポケットの形成は不良品の原因となる。
• 成形機のセッティング： 成形機は、温度、圧力、射出速度、冷却時間など、メーカーが推奨する低圧射出成形に最適なパラメータに設定する必要があります。
• プロセス制御： 成形品品質の一貫性を確保するために、主要な成形パラメータは一貫して監視されなければならない。すべての材料仕様、パラメータ、手順、トラブルシューティングガイドは文書化されるべきである。

機材選択表

低圧射出成形には、デリケートなインサートを扱うために最適化された特殊な装置が必要です。温度制御と材料供給システムは、壊れやすい電子部品を封入するシステムの成功を左右する重要なコンポーネントです。以下の表は、装置選択のガイドとなります。

金型設計のポイント

金型を設計する際には、コア、抜き勾配、パーティングライン、排出システム、冷却チャンネルに注意を払わなければなりません。金型設計戦略は、寸法、形状、公差を含むインサートの2D/3D図面の解析から始まります。コアの設計は、部品の形状をモデル化します。金型設計におけるその他の重要な考慮事項は以下の通りです：

• ドラフトの角度 射出時の破損につながる金型への部品の固着を防ぐ。
• 別れの言葉： パーツの美観や構造的完全性に影響を及ぼす可能性のある視界を最小限に抑えるため、その位置は慎重に検討されるべきである。
• 排出システム： エジェクターピンは効果的であるべきであり、成形品への潜在的な損傷を最小限に抑えるべきである。
• 冷却システム： クーラントを適切に循環させ、ヒケや反りを防ぐために、金型内に戦略的に配置する必要がある。
• 製造性を考慮した設計： 金型の設計は効率的で、製造が比較的容易でなければならない。

低圧射出成形金型の産業応用

低圧下での射出成形は、エレクトロニクス、自動車、医療機器、航空宇宙など、幅広い産業分野で応用されている。適切に行われた場合、化学薬品、ほこり、湿気に対して優れた保護を提供します。その結果、密閉された部品の寿命を延ばすのに役立ちます。以下はLPIMの実用的な産業用途です。

• エレクトロニクス産業： 回路基板、コネクター、その他のデリケートな部品を湿気、物理的衝撃、ほこりから保護するためのコーティングに使用される。また、部品の構造部分を形成することもできる。
• 自動車産業： ドアガードやパーセルシェルフガードなど、特に車室内の基材へのオーバーモールディングに多く使用されている。
• 医療機器： 医療機器は、化学薬品や熱を用いて頻繁に滅菌する必要がある。機器の敏感な部分は通常、低圧射出成形でカプセル化され、効率を失うことなく滅菌できるようになっています。
• 航空宇宙産業： 低圧射出成形は、ケーブル接続部のより耐久性のある恒久的なソリューションとして、ケーブル接続部のシールに使用されます。

低圧射出成形へのシフトは、メーカーが電子部品の従来のカプセル化の落とし穴を回避し、プロセス全体をより迅速かつ持続可能にするのに役立っている。低圧射出成形のメリットは非常に大きい。このプロセスを十分に理解することで、メーカーは望ましい結果を得るために使用する最適な材料について正しい選択をすることができます。