胶水快速固化的新技术——激光固化
2008-03-10 15:23
一、胶水市场概况
1、胶水应用领域市场概况：目前胶水在工业加工领域的应用相当广泛，应用主要有侵渗、密封、粘合、灌装、涂覆等领域。应用行业那就没有专属性，但主要还是在微电子、精密光学器件、微机械领域等。如电路板的组装、芯片粘结粘合、激光模块密封胶水、电子/电气模块封装、硬盘磁头粘合胶水固化等等，应用具体领域太多，繁多复杂，市场广泛庞大。
2、胶水的种类：从应用来分有密封、粘合、灌装、涂装等用途；从固化方法上来分有热固化、光固化、潜伏固化和水及潮湿面固化；从成分上来分有环氧树脂胶、硅树脂胶、紫外胶、聚氨酯胶、加银胶等；从用途上来讲有粘合、导热、填充、导电、绝缘、密封等。应该说每种胶由于具体的应用环境、方法和用途不一样，使它们在个性化的特性上存在一定的差别，从而固化的条件也会存在差别。
3、胶水现有固化方式：1、光固化。目前市场上固化的方法有紫外灯照射固化，这个主要针对UV胶水的固化，这种胶水内面含有光引发因子，紫外线光（UV）固化是利用光引发剂（光敏剂）的感光性、在紫外线光照射下光引发形成激发生态分子，分解成自由基或是离子，使不饱和有机物进行聚合、接技、交联等化学反应达到固化的目的；
2、加热固化。按固化的温度可以分为室温固化（＜50℃），中温固化（50℃-120℃），高温固化（＞150℃）；
3、光预固化和热固化。本方法采用紫外辐照预固化，然后进一步加热固化实现完全固化，在
连接部件上施胶之后，粘合剂经过短时间的紫外辐照（10秒钟左右）就可以使各组件固定，紫外光辐照不到的地方将采用热固化，红外线烤箱烘干。
4、市场上目前主要胶水固化设备种类：1、紫外灯固化设备。紫外线（UV）用于工业生产，一般使用的是长波紫外线（UV桝），波长为3 20?00 nm。市场上紫外固化设备一般是1-4通道的光纤传输的点光源固化设备，功率一般在300瓦左右，这个主要适应于UV点胶的快速固化和预固化。2、红外线烤箱加热固化设备。这个适合于大批量固化热固化胶，采用红外线加热，烤箱温度一般在160度左右，加热完全固化时间一般在1小时以上。
二、激光快速固化设备技术原理
1、激光固化工艺介绍。武汉凌云光电科技有限公司与德国合作开发的专利产品多通道激光加热固化设备是采取点光源照射加热的原理，由于激光的波长易被胶水吸收，且能量集中，热影响区域小，在短时间内迅速对胶水进行加热，温度达到160度左右，在一分钟内实现对胶水从里到外，从隐蔽到可见的完全彻底固化。激光加热固化胶水，采取得是加热固化方式，这是相对于红外线烤箱加热的另外一种节能、环保、方便、高效的，从里到外立体式的加热固化模式，这是一种无接触的由胶水自身吸收波长加热的方法。
2、传统固化工艺介绍。传统的硬盘磁头粘合胶水固化的生产工艺就是采用紫外预固化后红外烤箱烘干加热固化工艺，因为硬盘磁头的粘合胶水被磁头所遮蔽，紫外灯照射不到，只能实现表层胶水的预固化，
遮蔽胶水不能实现光固化，要实现完全固化还需要红外烤箱烘干。而红外线烤箱加热主要是通过提升烤箱的空气温度，通过空气传导来加热胶水。现在采用激光固化后，就能实现从内到外完全一次性固化，时间1分钟，效率高，固化质量好，经济效益明显，成品率大幅度提高。
三、激光加热固化替代紫外光固化的比较性分析
激光固化采取的加热固化原理，紫外灯采取的是光固化原理，于是二者的比较主要从工作效率、固化质量、工艺成本方面进行比较，但终究都可以归结到科技含量、制造成本方面的比较。
1、工艺所需胶水成本不一样。激光固化的胶水一般为普通的加热固化胶水，大多以环氧树脂胶水居多，价格较低；而uv胶水是专门添加了紫外线感光因子物质的特殊胶水，成本较高，市场价格一般为环氧胶水的10倍左右，价格相差巨大；这样采用加热固化的环氧树脂胶水的生产成本优势相当明显。
2、固化时间相差无几，都为快速固化。传统的加热固化类胶水的加热固化工艺一般采用红外线烤箱烘干，这一般需要一个小时以上的烘干时间，而采用激光点光源固化后，一般只需一分钟，这样就大大缩短加工时间，提高了生产效率；而工业生产中采用紫外胶水的一个主要原因就是因为紫外胶水能够实现快速固化，固化时间一般在20秒左右，也有超过一分钟的，这个要视具体胶水而定。从固化时间上比较，应该说紫外固化有优势，但是两者的差距已经不大，激光固化同样也属于快速固化的范畴。
3、激光固化设备一台可以多通道同时工作，适应于流水线批量生产。紫外线灯由于本身的技术特点限制，目前市场上一台设备能做到的光纤通道数为1-4个。而激光的技术特点，在实践应用中一台设备的光纤通道数我公司已经做到了25通道同时工作（理论上根据客户实际需求每台设备光纤通道数还可以做到更多），且生产过程中激光设备的每个光纤通道工作功率和性能表现得相当稳定。这样在生产流水线上，同样的机器大小，激光设备可以同时对25个甚至更多的胶点进行同时一次性完全固化；而紫外线灯一次性最多只能固化4个胶点。哪种技术设备的生产效率更高，更适应流水线生产是一目了然。
4、激光光束穿透胶水能力更强，更适合厚层胶水固化，固化质量更好。由于激光光束的穿透能力强，激光光束能量易吸收且集中。也就是说激光照射是胶水立体的全方位的吸收激光能量，被照射胶水能够快速的实现从内到外的均匀加热，均匀固化。而紫外线光的光束穿透能力明显弱于激光，光束属于冷光源，能量携带小，能量吸收能力也弱于激光。因此在对厚层的胶水进行固化时，深层的胶水感光效果会差，发生感光化学反应所需的少量必要能量不够充足，致使最终感光化学反应后的固化不彻底，出现表面粘干和内层胶水不固化的结果。而要对胶水实现从里到外的完全固化，则需要照射更长时间和更大功率，从而不能实现快速固化。
5、激光固化对于隐蔽胶水能够一次性完全固化，无须额外烤箱烘干工艺。由于激光加热固化是由于胶水吸收激光波长后而吸收其携带的能量后升温加热胶水，且激光光束穿透能力强，能量集中易吸收，因
此对于物体隐蔽的胶水，可以通过胶水自身的热传导和激光强力的光束穿透物体能力对隐蔽胶水进行全方位的均匀加热后一次性快速完全固化。而紫外激光在这方面就存在很明显的技术缺陷，由于紫外灯照射是光固化原理，则物体隐蔽的胶水由于不能被照射到，因此就不能完成光固化，如要完全固化，需单独取件后大批量集中用红外线烤箱烘干，烤箱烘干时间一般在1小时以上，这实际上就是分为一个紫外灯预固化后再用烤箱烘干的热固化的两个固化工艺。这样的胶水既要含有固化光引发因子，又要含有热固化引发因子，会增加胶水的制造成本。这个过程还需要打断正常的生产流水流程,单独作业,既不符合现代生产流水线的工艺要求,也耗费大量时间,生产效率低下。
6、激光固化设备成本优势明显。紫外灯1-4通道的一台国产设备市场平均价格在2-3万元左右，进口设备在4-6万元左右；武汉凌云光电科技有限公司生产的25通道的激光加热固化设备按每台市场价格18万元左右，15通道按10万元左右；按通道数换算对比，紫外灯单个通道的平均成本在一万元以上，而激光的单个通道的市场价格在1万元以下，而且单台设备的通道数越多，价格成本优势越明显。直观比较，激光设备每个通道的平均成本比较优势还是相当明显的，这样就会达到少花钱多办事，办好事的效果。
7、半导体激光使用寿命更长，光束质量更稳定。半导体激光器的使用寿命至少在1-2万小时之间，而紫外灯的灯使用寿命一般在2500小时左右，这样工作时间长了，紫外灯的光束质量和功率会不稳定，要到期替换，但是紫外线灯成本很高，一般每只在3500元人民币左
右，满负荷运作一年下来，紫外灯至少更换三次以上，而半导体激光一般在2年的期限内保证稳定工作，也就是说紫外线灯养护成本很高。
8、生产制造成本比较优势明显。以上我们讨论了激光相对于紫外线在胶水加热固化领域的几个比较优势，但最终都可以归结到制造成本的比较优势上来：胶水价格低可以节约原材料成本；能耗低可以节约能源成本；使用寿命长可以节约养护成本；一次性短时间完全固化可以提高生产效率；一台设备多通道工作可以节约固定资产成本，节约占地空间；生产流水线工作可以提高生产效率和质量；穿透力强，热敏效应小可以提高成品率；成品率提高可以节约原材料、人力成本和提高生产效率。等等这些最终会表现在激光技术应用的经济优势上来。
四、激光加热固化替代红外烤箱加热固化的比较性分析
这两种固化方式都属于加热固化，但激光固化采取的是光吸收加热的方法，红外烤箱采取的是加热空气温度热传导加热的方法。
1、激光固化属于精细加工，热敏效应小，成品率大幅度提高。激光的光斑直径都很小，有的甚至可以做到微米级，激光波长易于快速吸收，能够对细微形态的胶水进行照射，照射点非常精确细微，且能量集中。激光光束携带的能量在照射的范围内被胶水迅速吸收后，在极短的时间内迅速加热固化胶水，且热量基本不向外扩散和传导。而红外烤箱是通过空气传导对所有物体加热，这样就会造成热敏效应区域大，加热温度高，热敏性元器件成品损耗率高的缺陷。如日本某著名
公司采用的武汉凌云光电的激光固化设备对硬盘磁头HGA组件的粘
合胶水的激光快速加热固化，就充分的发挥了这个优点，一次性成品率可以达到90%以上；而目前还采用紫外线照射预固化后再用烤箱烘干生产工艺的生产厂商一次性成本率一般在50%左右，成品率相当低，这样会造成原材料、人力大量浪费，生产效率的低下。在热敏元器件领域的胶水精细加热固化，激光固化设备的应用是技术所向。
2、激光固化更节能，更环保。每根光纤输出激光的单通道设定功率为500毫瓦，一般单通道激光工作功率只需达到150毫瓦左右就能对被照射的胶水进行快速加热，胶水最高温度迅速达到160度左右，在一分钟以内，胶水就能完全彻底固化。即使是多通道（实践中一台机器已经做到25通道）一般总计功率也不会超过15瓦，能量消耗激光的比较优势相当明显。而一个烤箱的功率一般都在2000瓦以上，能耗大，浪费也大。这个和紫外灯的能耗比较优势也很明显，传统紫外线灯单通道固化设备一般功率在300瓦左右，如为多通道（市场上目前最多为4通道），机器功率和能耗会更高，能量损耗大。
3、激光固化更适合生产线流水线生产，生产效率更高。激光固化是在线生产，它是生产流水线上的一个生产环节，是按部就班，依次就绪的生产，进入固化工艺前后，生产流程无需打断，正常按线生产，能够保证生产工序的完整性，连贯性，而且固化时间短，可以多通道同时工作，更符合现代生产流水线的技术要求。而烤箱工艺，在施胶或预固化后，需要离线生产，取件大量集中后放在烤箱内烘干，烘干时间一般在1小时以上，这样生产流水线是被打断的，会影响生产
效率，浪费时间，影响生产质量和成品率。
4、激光和紫外灯是点光源，更适合点胶的固化，这比红外线烤箱有优势；但红外线烤箱加热固化更适合于大面积胶水的固化，激光和紫外灯点光源固化在大面积胶水固化应用也可以做到。相关连接：影响胶水固化时间的若干因素
技术参数：通道数目：10-25 取决于用户需求
波长：810nm/980nm
单通道功率：500mW
单通道功率稳定性：<1%
功率一致性：<5%
光纤芯径：300um，400um
光纤连接器：SMA905
控制：内部控制、外部控制均可
电源：110V/2A或220V/1A
尺寸：450mm X470mm X180mm
冷却：风冷
重量：<12Kg
期望寿命：>10,000小时
产品组成：半导体激光器，控制器，工作台（可选）；
产品特点：可同时进行多点工作，经济效益与工作效率高；
应用领域: 工业生产线上的加热与固化。
联系方式：027******** 龚先生