连接器塑胶Housing产品设计

1、連接器塑膠連接器塑膠HousingHousing 產品設計與分析產品設計與分析 如何做好塑膠Housing產品設計與分析？ q 了解產品定位，選擇適當塑料 q 了解產品設計對塑膠Housing成型的影響因素 q 以產品設計觀點進行模流分析 依產品定位，選擇適當塑料 I.依產品使用環境，選擇合適塑料 -Pin through hole Vs SMT -Desktop Vs Mobile II.依產品成型難易，選擇合適塑料 III. 依產品價格選擇合適塑料 需了解塑料基本特性，方能做出合適的選擇 結晶性 Vs 非結晶性塑料 結晶性塑料-結晶性塑料其高分子鏈排列整齊， 在凝固過程中有晶格結構生成，並

2、依照固定樣式 排列高分子鏈，因此在相變化發生如溶解時，需 突破晶格結構的能量障壁，使晶格結構崩潰。結 晶性塑料具備明顯的相轉移溫度及潛熱。特性為 不透明、異向性(anisotropic)、明顯而狹窄的相變 化區。依結晶度的高低，一般而言又有半結晶性 的分類。常見的結晶性塑料有Nylon、PE、PP等 非結晶性塑料-非結晶性塑料其高分子鏈凌亂糾 纏，在凝固過程中並沒有晶格結構生成。非結晶 性塑料無明顯的相轉移溫度。特性為多具透明外 觀、各方向性質差異不大。常見有PS、PVC、PC 等。 結晶性與非結晶性塑料分子鏈結 塑料之熱物理性質 v容積性質-比容、密度、PVT關係 v熱卡性質-比熱、熱傳導係

3、數、熔化熱、結晶熱 v轉移溫度-玻璃轉移溫度、熔點 v玻璃轉移溫度( Tg )：是指塑料的高分子鏈結在 微觀開始具有大鏈結運動的溫度。若塑料處於較玻 璃轉移溫度高的溫度下，分子鏈結可自由運動，塑 件呈現柔軟的橡膠態；若塑料處於較玻璃轉移溫度 低的溫度下，分子鏈結被凍結，塑件呈現剛硬的玻 璃態態。所以說玻璃轉移溫度是塑料發生玻璃態-橡 膠態相轉移的溫度。一般連接器塑膠件的應用溫度 範圍應取在玻璃轉移溫度之下。 v黏度( viscosity )：黏度是塑膠射出成型的一項重 要特性，黏度越高，流動阻力越大，流動越困難。 對熱塑性塑膠而言，黏度是塑料成分、溫度、壓力 及剪切率的函數。一般而言，黏度會隨

4、著溫度升高 而降低。 塑料主要特性塑料主要特性 常見SMT耐高溫塑膠特性比較 優點缺點 LCP n高耐溫性 n高流動性 n高尺寸安定性 n價格高 n縫合線強度差 PPS n耐熱性佳 n低吸水性 n高尺寸安定性 n易生毛邊、較傷模具 n流動性較差 PA46 n耐熱性佳 n高韌性 n價錢較低 n高吸水性、吸溼後的抗溫 性不足 n尺寸安定性不佳 PA6T n耐熱性佳 n價錢較低低 n易生毛邊 n尺寸安定性較差 了解產品設計對塑膠了解產品設計對塑膠Housing成型的影響因素成型的影響因素 充填的流動形式 肉厚的效應 速度的效應 縫合線 分子鏈配向性 充填的流動形式充填的流動形式 使融膠前進的動力是融

5、膠使融膠前進的動力是融膠 的壓力差，塑料在充填的的壓力差，塑料在充填的 過程中是向阻力最小的地過程中是向阻力最小的地 方流動。方流動。 肉厚的效應肉厚的效應 q肉厚較厚處，流動阻力小肉厚較厚處，流動阻力小 ，融膠容易流動，若肉厚，融膠容易流動，若肉厚 較厚，代表著此區域的熱較厚，代表著此區域的熱 能較多，但由於塑膠是熱能較多，但由於塑膠是熱 的不良導體，所以溫度不的不良導體，所以溫度不 易下降，容易造成積熱，易下降，容易造成積熱， 使得元件因溫度的差異造使得元件因溫度的差異造 成收縮量的不一致，而產成收縮量的不一致，而產 生變形。生變形。 q肉厚較薄處，流動阻力大肉厚較薄處，流動阻力大 ，融膠

6、不易流動，因為熱，融膠不易流動，因為熱 融膠進入此一區域因熱能融膠進入此一區域因熱能 被模具金屬迅速帶離被模具金屬迅速帶離 ，當融膠進入此一區域，當融膠進入此一區域， 固化層迅速形成，阻礙了固化層迅速形成，阻礙了 熱融層的進入，故肉薄處熱融層的進入，故肉薄處 ，充填不易。，充填不易。 不同肉厚的的影響不同肉厚的的影響 速度的效應 q高速充填時剪切率較高，塑料高速充填時剪切率較高，塑料 此時有黏度下降的情形，使整此時有黏度下降的情形，使整 體流動阻力降低。由於黏滯加體流動阻力降低。由於黏滯加 熱影響亦使得固化層厚度變薄熱影響亦使得固化層厚度變薄 ，因此在高速充填時，充填行，因此在高速充填時，充填

7、行 為是取決於充填體積的大小。為是取決於充填體積的大小。 q低速充填時，塑料此時有黏度低速充填時，塑料此時有黏度 較高的情形，使整體流動阻力較高的情形，使整體流動阻力 較大。由於熱融膠補充較慢，較大。由於熱融膠補充較慢， 流動較慢，使得熱量迅速為冷流動較慢，使得熱量迅速為冷 模壁所帶走，所以固化層較厚模壁所帶走，所以固化層較厚 ，使得融膠在肉厚較薄處阻力，使得融膠在肉厚較薄處阻力 大增，所以低速充填時，肉厚大增，所以低速充填時，肉厚 處較易充填。處較易充填。 高速充填 低速充填 縫合線縫合線 q融膠在模具中的充融膠在模具中的充 填行為，流動波前填行為，流動波前 是類似以噴泉流動是類似以噴泉流動

8、 的模式在模具中流的模式在模具中流 動，中段的融膠被動，中段的融膠被 帶至波前前端後，帶至波前前端後， 向兩側的模壁甩出向兩側的模壁甩出 ，在模壁形成固化，在模壁形成固化 層，所以靠近模壁層，所以靠近模壁 的融膠溫度較低，的融膠溫度較低， 也因靠近模壁的剪也因靠近模壁的剪 切率較高，所以高切率較高，所以高 分子鏈結在靠近模分子鏈結在靠近模 壁處的排向性亦較壁處的排向性亦較 良好，而在中段的良好，而在中段的 融膠溫度較高，排融膠溫度較高，排 向也較混亂。向也較混亂。 q由於噴泉流動的緣故，由於噴泉流動的緣故， 兩股相會的融膠，在其兩股相會的融膠，在其 流動波前的接觸面塑膠流動波前的接觸面塑膠 高

9、分子因受壓力擠壓而高分子因受壓力擠壓而 形成高分子鏈會平行於形成高分子鏈會平行於 流動方向，而且由與相流動方向，而且由與相 會的兩股融膠在模具中會的兩股融膠在模具中 可能走過的路徑有所差可能走過的路徑有所差 異，導致兩股融膠特性異，導致兩股融膠特性 上會有所不同上會有所不同(溫度、壓溫度、壓 力等力等)，所以會造成相容，所以會造成相容 上問題，這就是所謂的上問題，這就是所謂的 縫合線。一般縫合線會縫合線。一般縫合線會 視融膠接合的情況對結視融膠接合的情況對結 構的強度造成影響，而構的強度造成影響，而 且是應力集中易造成的且是應力集中易造成的 地方。地方。 噴泉流動的效應噴泉流動的效應 q 一般

10、來說，若融膠相會一般來說，若融膠相會 所造成的縫合線若是發所造成的縫合線若是發 生在高溫區，則因在高生在高溫區，則因在高 溫的情況下，塑膠高分溫的情況下，塑膠高分 子鏈的活動性較佳，可子鏈的活動性較佳，可 以互相穿透糾結，增加以互相穿透糾結，增加 融合所造成縫合線的強融合所造成縫合線的強 度。度。 q 若在溫度較低區域發生若在溫度較低區域發生 融膠交會的情形，則塑融膠交會的情形，則塑 膠高分子鏈融合的情況膠高分子鏈融合的情況 就會較差，所造成的縫就會較差，所造成的縫 合線強度亦會較差。合線強度亦會較差。 不同溫度下的縫合線不同溫度下的縫合線 q若相會的融膠其流動差若相會的融膠其流動差 異性大，

11、較強勢的融膠異性大，較強勢的融膠 會推擠較弱的融膠，在會推擠較弱的融膠，在 模具中由於靠近模壁的模具中由於靠近模壁的 融膠會因為熱被冷模壁融膠會因為熱被冷模壁 帶走而先形成固化層凝帶走而先形成固化層凝 固，但靠中段的融膠由固，但靠中段的融膠由 於仍為融膠狀，此時強於仍為融膠狀，此時強 勢融膠會推擠弱勢融膠勢融膠會推擠弱勢融膠 ，使得內部融膠所形成，使得內部融膠所形成 的縫合線位置會與靠模的縫合線位置會與靠模 壁融膠所形成的表面縫壁融膠所形成的表面縫 合線位置會有所不同，合線位置會有所不同， 這種現象稱為潛流效應這種現象稱為潛流效應 。若生成此種縫合線，。若生成此種縫合線， 結構強度將進一步降低

12、結構強度將進一步降低 。 融膠流動對縫合線的影響融膠流動對縫合線的影響 縫合線對塑件強度降低的效應縫合線對塑件強度降低的效應 分子鏈配向性 q高分子塑膠是由長鏈高分子所組成，在流動狀態下，長鏈高分高分子塑膠是由長鏈高分子所組成，在流動狀態下，長鏈高分 子會被模具中流道的流場所排向，排向之所以造成，由上圖可子會被模具中流道的流場所排向，排向之所以造成，由上圖可 看出，靠近模壁的融膠流速因熱被冷模壁所帶走，以能量的觀看出，靠近模壁的融膠流速因熱被冷模壁所帶走，以能量的觀 點來看能量較低，相對中段的熱融膠的溫度較高，所以能量也點來看能量較低，相對中段的熱融膠的溫度較高，所以能量也 較高，所以由此觀點

13、可知靠模壁的融膠流速較低，所以對一長較高，所以由此觀點可知靠模壁的融膠流速較低，所以對一長 鏈高分子鏈而言，靠近模壁的部分速度較低，靠近中段的部分鏈高分子鏈而言，靠近模壁的部分速度較低，靠近中段的部分 速度較高，此一速度差就是造成分子鏈排向的主因速度較高，此一速度差就是造成分子鏈排向的主因。 分子鏈排向性的趨勢分子鏈排向性的趨勢 q就整體流場而言，分子鏈大就整體流場而言，分子鏈大 體沿主要流動方向排列。體沿主要流動方向排列。 q在厚度方向，由於中間層剪在厚度方向，由於中間層剪 切率最低切率最低(速度變化最小速度變化最小)， 排向性最差，分子鏈凌亂分排向性最差，分子鏈凌亂分 布。布。 q靠近模壁

14、部分，速度變化最靠近模壁部分，速度變化最 大，簡切率最高，分子鏈配大，簡切率最高，分子鏈配 向性較激烈，排向較為整齊向性較激烈，排向較為整齊 。 分子鏈排向性的效應分子鏈排向性的效應 x y 塑件在流動方向(y)收縮率較高 纖維配向性的效應 因為纖維的剛性,可使塑件在流動方向得收縮率降低 纖維配向性對結合線的影響 產品設計階段應掌握的設計原則產品設計階段應掌握的設計原則 均勻肉厚的概念 q在產品設計時要盡力維持塑件肉厚的一致性，由於肉在產品設計時要盡力維持塑件肉厚的一致性，由於肉 厚較厚處的流動阻力較大，而肉厚較薄處的流動阻力厚較厚處的流動阻力較大，而肉厚較薄處的流動阻力 較小，若再同一結構中

15、肉厚的差異性大，就會發生融較小，若再同一結構中肉厚的差異性大，就會發生融 膠會在某些部分流動良好，而某些部分流動不佳，就膠會在某些部分流動良好，而某些部分流動不佳，就 會造成充填密度不均一，進而造成變形、翹曲等不良會造成充填密度不均一，進而造成變形、翹曲等不良 後果。所以產品設計時要盡力維持塑件肉厚的一致性後果。所以產品設計時要盡力維持塑件肉厚的一致性 ，若產品不可避免必須有肉厚上的變化，那就需盡力，若產品不可避免必須有肉厚上的變化，那就需盡力 避免肉厚在變化時有太劇烈的落差產生。避免肉厚在變化時有太劇烈的落差產生。 均勻肉厚的概念均勻肉厚的概念 肉厚對結構的影響 結構突出塊的設計結構突出塊的

16、設計-均勻肉厚的影響均勻肉厚的影響 結構肋設計-均勻肉厚的影響 在產品設計階段評估-使用模流分析軟體 設計階段模流分析重點： 模擬分析模型的認識 充填階段流動波前流動平衡 充填保壓階段壓力、溫度分布均衡 縫合線位置 變形量的要求 模擬分析模型的認識 q2.5維模流分析軟體 2.5維是指利用面積來建構模型，而這個面積再指定一個 厚度參數來模擬融膠在模穴中流動的情形，基於板殼理 論的基礎來進行分析，假設長與寬的尺寸必須十倍於高 的尺寸， 一般大型塑膠件來說較符合板殼理論的假設，而以連接 器的塑膠件來說，由於尺寸都很小，而且越是細間距的 連接器，其插槽處的尺寸的長寬高都會很接近，所以利 用模流分析軟

17、體來分析連接器塑膠件，必須有一定的經 驗來建構模型，方能有較正確的分析結果 國內一般所採用的模流分析軟體有Moldflow、Moldex。 2.5D 模流分析 3D 模流分析 2.5D Vs 3D 模流分析的差異 Flow/Pack理論模型基本假設 n塑件厚度(z)遠小於其他方向(x,y)尺寸,且融膠粘度高, 因此忽略厚度方向之流動(cross flow);壓力在厚度方向 不變 n塑料融膠粘度高,粘滯力遠高於慣性力及體作用力,動量 方程中的非線性慣性項與體作用力項可予以忽略.忽略 融膠粘彈效應(viscoelastic effect) n塑料流動方向(x,y)的熱傳導項與熱對流項相較而言可 予

18、以忽略 n忽略融膠前緣噴泉流動(fountain flow)效應 充填階段流動波前流動平衡 q在充填階段流動波前能均勻是產在充填階段流動波前能均勻是產 品設計最首要的目標，流動波前品設計最首要的目標，流動波前 若能平衡，代表融膠在充填過程若能平衡，代表融膠在充填過程 中所受的阻力差異不大，不會造中所受的阻力差異不大，不會造 成局部流動過慢而產生包封等問成局部流動過慢而產生包封等問 題，而且亦代表著，熱能在充填題，而且亦代表著，熱能在充填 過程中，能夠順利被傳遞，而不過程中，能夠順利被傳遞，而不 會在某個區域造成積熱，而對結會在某個區域造成積熱，而對結 構產生內應力，更甚而造成翹曲構產生內應力，

19、更甚而造成翹曲 變形。變形。 充填99% 流動波前不均衡-產生包封現象 充填保壓階段壓力、溫度分布均衡 溫度分布 壓力分布 良好的流動平衡亦會使在 充填過程中壓力降能夠均 勻分布，降低內應力。 充填保壓階段溫度的均勻分布 表示熱能被帶到模具中的每一 個區域，對塑件而言可以降低 對結構內應力的生成。 縫合線位置 在塑件中縫合線的生成是無可避免的，然而要適當地控制縫在塑件中縫合線的生成是無可避免的，然而要適當地控制縫 合線的位置，是設計階段的一個重要課題。一般而言，設計合線的位置，是設計階段的一個重要課題。一般而言，設計 者不希望縫合線發生在結構需承受較強應力的地方，如者不希望縫合線發生在結構需承受較強應力的地方，如 Latch插入處插入處 結構會有較大應力發生，若有較明顯的縫合線結構會有較大應力發生，若有較明顯的縫合線 發生，就可能發生端子或發生，就可能發生端子或Latch插入後塑件破裂的情況。插入後塑件破裂的情況。 變形量的要求 q塑