1、 Page:1/31Plastic Warpage Proof BKM-From the customer complaint data 本報告僅從產品設計的角度對防止及改善塑膠翹本報告僅從產品設計的角度對防止及改善塑膠翹曲的方法進行解析曲的方法進行解析,以期對產品設計工程師有所幫以期對產品設計工程師有所幫助助.Page:2/31 CONTENTS一一.Background.二二.Warpage 原因分析原因分析.三三.Warpage BKM.四四.Conclusion.Page:3/31 在連接器設計與制造過程中在連接器設計與制造過程中,塑膠零件會發生塑膠零件會發生Warpage,這樣這樣會
2、導致產品的焊接性及其它的功能性不良會導致產品的焊接性及其它的功能性不良,從而發生客戶的抱從而發生客戶的抱怨並可能造成損失怨並可能造成損失,因此整理此份報告因此整理此份報告,希望能給新進工程師與希望能給新進工程師與相關技術人員在防止相關技術人員在防止Warpage設計中得到一些啟發並能很好的設計中得到一些啟發並能很好的用於產品的設計用於產品的設計.一：一：BackgroundBackground以下是以下是2004年年1月到月到2005年年7月各個月各個BU的相的相關客訴的整理分類：關客訴的整理分類：Page:4/312004.12005.7之華東各BU之客訴資料.一：一：BackgroundB
3、ackground Page:5/31二：二：Warpage Warpage 原因分析原因分析注：注：此報告僅對與產品結構設計有關的客訴進行分析此報告僅對與產品結構設計有關的客訴進行分析產生時機產生時機定義：定義：Warpage(Warpage(翹曲翹曲)是指塑膠件在成型是指塑膠件在成型/加工加工/組配組配/應用過程應用過程中中,零件的內應力克服結構強度產生結構變形的過程零件的內應力克服結構強度產生結構變形的過程(以達成新以達成新的受力平衡的受力平衡)。模內成型模內成型塑件脫模塑件脫模組配組配過過IRIR收縮不均導致內應力不平衡收縮不均導致內應力不平衡頂出受力不均產生內應力頂出受力不均產生內應
4、力組配受力不均產生內應力組配受力不均產生內應力原材料原材料,逃料逃料,結構強度結構強度,成型條件，成型條件，模具結構模具結構結構強度結構強度,逃料逃料,拔模角拔模角,模具結模具結構及拋光構及拋光,成型條件成型條件幹涉方式幹涉方式,結構強度結構強度,原材料原材料內應力釋放內應力釋放原材料原材料,結構強度結構強度,幹涉方式幹涉方式產產 生生 原原 因因改改 善善 方方 向向 Page:6/31成成品品翹翹曲？曲？成型條件成型條件產品設計產品設計設備設備模具設計模具設計組配設計組配設計結構強度結構強度Key Point:本文主要研究與產品設計有關內容！本文主要研究與產品設計有關內容！逃料設計逃料設計
5、二：二：Warpage Warpage 原因分析原因分析原料選用原料選用輔助矯正輔助矯正脫模設計脫模設計 Page:7/31BKM輔助矯正輔助矯正逃料設計逃料設計結構強度結構強度針型逃料針型逃料L型逃料型逃料城堡逃料城堡逃料加圓角加圓角加肋加肋加倒角加倒角加金屬片加金屬片加塞子整形加塞子整形Key Point:後面會對每一細節做詳細討論後面會對每一細節做詳細討論三：三：Warpage BKM Warpage BKM 改善方法解析改善方法解析原料選用原料選用吸濕性吸濕性熔點熔點玻纖含量玻纖含量流動性流動性結晶性結晶性收縮率收縮率脫模設計脫模設計拔模角拔模角對稱性對稱性組配設計組配設計Shell糾
6、正糾正端子倒刺設計端子倒刺設計幹涉設計幹涉設計加熱加熱加夾具加夾具模具反補償模具反補償 Page:8/31三：三：WarpageWarpage BKMBKMCrystalline Amorphous Filled Amorphous-常用的熱塑性塑料分類：常用的熱塑性塑料分類：PP(PP(聚丙烯聚丙烯)、PE(PE(聚乙烯聚乙烯)、PAPA(尼龍尼龍)、POM(POM(聚醛聚醛)、PBTPBT、PET(PET(聚酯聚酯)熱熱塑塑性性塑塑料料非非結結晶晶型型結結晶晶型型半結晶材料，比非晶態材半結晶材料，比非晶態材料更容易收縮及翹曲。料更容易收縮及翹曲。ABSABS、PCPC(聚碳酸酯聚碳酸酯)、
7、PS(PS(聚苯乙烯聚苯乙烯)、PMMA(PMMA(有機玻璃有機玻璃)LCPLCP液液態態結結晶晶型型原料選用原料選用 Page:9/31模具內塑膠之配向性不同：模具內塑膠之配向性不同：1.1.貼近模壁表面層，塑膠固化快，來不及配向既固化，配向性差。貼近模壁表面層，塑膠固化快，來不及配向既固化，配向性差。2.2.次表面層，固化較慢，且剪切應力大，纖維按照流体流動方向取向。次表面層，固化較慢，且剪切應力大，纖維按照流体流動方向取向。3.3.趨向橫截面的中央部位，剪切應力變低，配向性又變差，中間處纖維趨向橫截面的中央部位，剪切應力變低，配向性又變差，中間處纖維取向最混亂。取向最混亂。速度分布速度分
8、布 剪切力分布剪切力分布 分子鏈配向分子鏈配向 流動方向流動方向表面層配向性差表面層配向性差表面層內層配向性最佳表面層內層配向性最佳分子鏈配向性遞減分子鏈配向性遞減中心處無剪切力無配向性中心處無剪切力無配向性三：三：WarpageWarpage BKMBKM原料選用原料選用 Page:10/31玻璃纖維增強材料與未增強材料之收縮性不同：玻璃纖維增強材料與未增強材料之收縮性不同：Unfilled MaterialsFiber-Filled MaterialsFlowDirectionFiberOrientation未增強材料：流動方向的收縮未增強材料：流動方向的收縮大於大於垂直方向（定向分子鏈收
9、縮）。垂直方向（定向分子鏈收縮）。玻維增強材料：流動方向的收縮玻維增強材料：流動方向的收縮小於小於垂直方向（受定向玻維影響）。垂直方向（受定向玻維影響）。三：三：WarpageWarpage BKMBKM原料選用原料選用 Page:11/31選用低翹曲的原材料選用低翹曲的原材料原材料的收縮率、流動性及玻纖含量、耐溫等對產品的翹曲都有原材料的收縮率、流動性及玻纖含量、耐溫等對產品的翹曲都有影響。應選用適用於薄壁低翹曲的原材料。影響。應選用適用於薄壁低翹曲的原材料。DS 4 IN 1 CARD0.05mm0.15mm翹曲翹曲LCPPA9T原料原料實例：實例：三：三：WarpageWarpage B
10、KMBKM原料選用原料選用 Page:12/31“逃料逃料”定義：定義：從逃料形狀來分類從逃料形狀來分類,主要分為三類：主要分為三類：u 城堡型逃料城堡型逃料u L L型逃料型逃料u 針型逃料針型逃料在產品中去除多余的材料在產品中去除多余的材料,使產品的壁厚較為均勻使產品的壁厚較為均勻,從而在成型過程中材從而在成型過程中材料流動平衡料流動平衡,減少應力、縮水、翹曲等不良減少應力、縮水、翹曲等不良.三：三：WarpageWarpage BKMBKM逃料設計逃料設計 Page:13/311.城堡型逃料城堡型逃料-因其逃料形狀類似城堡而得名因其逃料形狀類似城堡而得名（1）NB 3 In 1 Memo
11、ry Card改善案例改善案例改善前：兩隻腳翹曲改善前：兩隻腳翹曲 0.15mm改善後：兩隻腳翹曲改善後：兩隻腳翹曲0.08mm（2）PCI Express 240 Pin 改善案例改善案例逃料逃料翹曲從翹曲從0.25mm降到降到0.10mm（3）WK-S6P改善案例改善案例翹曲從翹曲從0.25mm降到降到0.06mm三：三：WarpageWarpage BKMBKM逃料設計逃料設計 Page:14/31L L角在收縮時角在收縮時,因不對稱會發生內縮變形因不對稱會發生內縮變形,因此應避免因此應避免L L角角,可使用可使用L L形形逃料法逃料法.2.L2.L型逃料型逃料三：三：WarpageWa
12、rpage BKMBKM逃料設計逃料設計 Page:15/31其主要應用於當交叉筋中間的厚度太厚的時侯其主要應用於當交叉筋中間的厚度太厚的時侯,如下圖所示採用針孔型如下圖所示採用針孔型逃料逃料:3.3.針孔型逃料針孔型逃料-此因產品空間有限而使用的一種方法此因產品空間有限而使用的一種方法針孔逃料針孔逃料三：三：WarpageWarpage BKMBKM逃料設計逃料設計 Page:16/31為減小脫模時的變形，需設置適當拔模角及便於脫模的結構設計。為減小脫模時的變形，需設置適當拔模角及便於脫模的結構設計。柵格及城堡逃料拔模要加大：柵格及城堡逃料拔模要加大：一般一般:4545度度P4mm:5P4m
13、m:5度以上度以上u 一般拔模角：一般拔模角：1212度以上度以上u最小拔模角：最小拔模角：0.50.5度度u功能處極限拔模角功能處極限拔模角:0.25:0.25度度u外觀面：要加大拔模角外觀面：要加大拔模角u咬花面：依咬花規格而定咬花面：依咬花規格而定優化優化模仁反向，脫模扭曲模仁反向，脫模扭曲模仁同向，脫模均衡模仁同向，脫模均衡三：三：WarpageWarpage BKMBKM拔模設計拔模設計 Page:17/311.對於壁厚不均勻的部位應採用斜角或圓角過度對於壁厚不均勻的部位應採用斜角或圓角過度,且遵循以下原則且遵循以下原則:1).決不用尖銳的內角決不用尖銳的內角2).內圈半徑至少是壁厚
14、的內圈半徑至少是壁厚的0.5倍倍,最好是最好是0.6-0.75倍倍.3).角的壁厚度應盡可能均勻角的壁厚度應盡可能均勻.4).外圈半徑應等於內圈半徑加壁厚外圈半徑應等於內圈半徑加壁厚.不好的設計不好的設計過得去過得去,但由於厚度但由於厚度增加而有變形的危險增加而有變形的危險好的設計好的設計常用常用值值三：三：WarpageWarpage BKMBKM結構強度結構強度 Page:18/310.06mm改善前改善前IR後灌膠切片後灌膠切片改善後改善後IR後灌膠切片後灌膠切片0.02mm改善結果改善結果產品強度不夠產品強度不夠,在過在過IR時時,端子釋放的應力使塑膠翹曲端子釋放的應力使塑膠翹曲,塑膠
15、框口底部塑膠框口底部加加C角以增加強度角以增加強度.實例：實例：底部增加底部增加 C 角角三：三：WarpageWarpage BKMBKM結構強度結構強度 Page:19/312.對於結構強度不足處對於結構強度不足處,可以增加可以增加“龍骨龍骨”(肋肋)增加強度增加強度,設計設計時遵循以下原則：時遵循以下原則：增強剛度辦法是加肋增強剛度辦法是加肋,而不是增加壁厚而不是增加壁厚.其厚度應為壁厚的其厚度應為壁厚的50%-75%.在肋與壁的結合處加圓角可以改善強度在肋與壁的結合處加圓角可以改善強度.圈角半徑應是肋厚度的圈角半徑應是肋厚度的40%-60%.肋根厚度不宜超過壁厚的肋根厚度不宜超過壁厚的
16、25%.肋的高度不應超過肋厚度的肋的高度不應超過肋厚度的5倍倍.肋的拔模斜度不應小於肋的拔模斜度不應小於0.5度度.三：三：WarpageWarpage BKMBKM結構強度結構強度 Page:20/31槽底部逃料處增加筋槽底部逃料處增加筋兩頭翹曲兩頭翹曲0.15mm翹曲從翹曲從0.15mm降到降到0.06mm實例：實例：NB QL01603-D604 三：三：WarpageWarpage BKMBKM結構強度結構強度 Page:21/31不翹曲的零件不翹曲的零件裝配裝配翹曲的成品翹曲的成品翹曲的零件翹曲的零件不翹曲的成品不翹曲的成品裝配裝配 零件的裝配設計對於產品的翹曲也起重要作用。零件的裝
17、配設計對於產品的翹曲也起重要作用。翹曲的成品翹曲的成品不翹曲的成品不翹曲的成品過過IR 設計時需注意裝配及過設計時需注意裝配及過IR會發生翹曲變化會發生翹曲變化三：三：WarpageWarpage BKMBKM組配設計組配設計 Page:22/31(1)在採用硬幹涉方式的組配中在採用硬幹涉方式的組配中,因兩者之間的相互作用因兩者之間的相互作用,會產生內應力會產生內應力,特別是數量大排列整齊的端子特別是數量大排列整齊的端子,幹涉設計不當就會使產品翹曲幹涉設計不當就會使產品翹曲;D1 D2 D3 D4插端子插端子,IR 前前插端子插端子,IR 後後翹曲翹曲offset1.端子與塑膠配合的倒刺交差設
18、計端子與塑膠配合的倒刺交差設計D三：三：WarpageWarpage BKMBKM組配設計組配設計 Page:23/31(2).解決方案：設計相鄰的插針幹涉位置錯開並對稱解決方案：設計相鄰的插針幹涉位置錯開並對稱,使相互之間的應力使相互之間的應力平衡平衡;1.端子與塑膠配合的倒刺交差設計端子與塑膠配合的倒刺交差設計ABA=B三：三：WarpageWarpage BKMBKM組配設計組配設計 Page:24/311.端子與塑膠配合的倒刺交差設計端子與塑膠配合的倒刺交差設計(3).實例案件：實例案件：料號：料號：WK*-S6P-TRD原原IR后翹曲約后翹曲約0.25mm，改善後小於，改善後小於0.
19、10mm.三：三：WarpageWarpage BKMBKM組配設計組配設計 Page:25/312.端子與塑膠配合的幹涉設計端子與塑膠配合的幹涉設計實例案件：實例案件：料號：料號：WK21923-Z1S-4F采用兩端固定采用兩端固定采用倒刺幹涉采用倒刺幹涉原原IR后開關端子平面度約后開關端子平面度約0.15mm，改善後小於，改善後小於0.10mm.三：三：WarpageWarpage BKMBKM組配設計組配設計 Page:26/31設計金屬卡片與塑設計金屬卡片與塑膠幹涉，糾正內縮膠幹涉，糾正內縮塑膠零件因翹曲或收縮塑膠零件因翹曲或收縮,無法通過改善無法通過改善,可以通過金屬可以通過金屬Sh
20、ell進行糾正進行糾正.內縮內縮3.Shell糾正塑膠的翹曲糾正塑膠的翹曲DS/NB 三合一三合一Memory Card三：三：WarpageWarpage BKMBKM組配設計組配設計 Page:27/311.模具反補償法模具反補償法在模具上採取反補償法在模具上採取反補償法,外張外張0.15mm.當變形尺寸當變形尺寸穩定時穩定時可採用反補償法可採用反補償法.直接在模具上進行反補償直接在模具上進行反補償.實例：實例：DS 1DA61600-DAS1-4F.三：三：WarpageWarpage BKMBKM輔助矯正輔助矯正 Page:28/31此主要適用於面積較大且易發生變形的部分零件！此主要適
21、用於面積較大且易發生變形的部分零件！0.08mm0.14mm翹曲翹曲有有無無鐵片鐵片矯正金屬片矯正金屬片2.塑膠中加入金屬片糾正翹曲塑膠中加入金屬片糾正翹曲實例：實例：DS 4 IN 1Memory Card Conn.三：三：WarpageWarpage BKMBKM輔助矯正輔助矯正 Page:29/31在易收縮的部分增加塞子夾持在易收縮的部分增加塞子夾持,隨產品一同出貨隨產品一同出貨,以防焊板過高溫以防焊板過高溫時翹曲時翹曲.塞子塞子3.3.產品中加入塞子進行糾正翹曲產品中加入塞子進行糾正翹曲(1).料號：料號：DS WK21923-S6P-7F(2).料號：料號：NB 5 In 1 Me
22、mory Card0.09mm0.09mm以下以下0.24mm0.24mm以下以下塞子塞子三：三：WarpageWarpage BKMBKM輔助矯正輔助矯正 Page:30/31例：用例：用PCBPCB替代替代HOUSING,HOUSING,將端子直接焊接於將端子直接焊接於PCBPCB上。上。TAISOL(泰碩）泰碩）5 in 1 cardPCB PCB 三：三：WarpageWarpage BKMBKM其他方法其他方法焊接焊接 Page:31/31四四：ConclusionConclusion產品發生翹曲的原因較為復雜產品發生翹曲的原因較為復雜,本文是從產品設計的角度對其改善本文是從產品設計
23、的角度對其改善方法進行了局部的解析方法進行了局部的解析.一切翹曲都是一切翹曲都是應力不平衡應力不平衡所致所致,產品設計時應遵循產品設計時應遵循壁厚均勻壁厚均勻及及模流平衡模流平衡原原則則,並靈活運用並靈活運用:ItemItemCheck list for Check list for warpagewarpage1 1選用低翹曲的原材料選用低翹曲的原材料2 2壁壁厚厚應應均均勻勻，要要合理合理逃逃料料3 3增加結構強度的最佳方法是加筋增加結構強度的最佳方法是加筋4 4模模流流應應平平衡衡5 5轉轉角角處處盡量盡量採用採用R R角角或或C C角角6 6應應設設置拔置拔模模斜斜度度7 7端端子子等等倒倒刺刺必要必要時時應應採用採用交交錯錯設設計計8 8外加矯正最後的選擇外加矯正最後的選擇
