工業(yè)膠粘劑在電子制造業(yè)中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢
發(fā)布時(shí)間：2022-11-04 15:08:39 點(diǎn)擊次數(shù)：
在當(dāng)今科技迅速發(fā)展的時(shí)代，尤其是消費(fèi)電子產(chǎn)品日新月異，對材料、工藝、產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、功能等都提出了越來越高的要求。為此，工業(yè)粘合劑作為產(chǎn)品組裝過程中不可或缺的工業(yè)物料之一，也迎來了全新的發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)。
工業(yè)膠粘劑在電子制造業(yè)中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢
在當(dāng)今科技迅速發(fā)展的時(shí)代，尤其是消費(fèi)電子產(chǎn)品日新月異，對材料、工藝、產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、功能等都提出了越來越高的要求。為此，工業(yè)粘合劑作為產(chǎn)品組裝過程中不可或缺的工業(yè)物料之一，也迎來了全新的發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)。
德國在漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上首先提出工業(yè)4.0的概念，其后的2015年5月8日中國政府提出了《中國制造2025規(guī)劃》。隨著德國《工業(yè)4.0》和《中國制造2025規(guī)劃》的提出與推進(jìn)，以消費(fèi)電子、汽車制造、精密機(jī)械、醫(yī)療器械等為首的制造業(yè)急需產(chǎn)業(yè)升級。此次產(chǎn)業(yè)升級是全面的升級，包括從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到工藝革新，從品質(zhì)優(yōu)化到市場定位。此次產(chǎn)業(yè)升級也是現(xiàn)代制造型企業(yè)具有核心競爭力的必由之路。以品質(zhì)優(yōu)化為例：FPC基材是電子制造業(yè)中十分重要的材料之一，其目前的線寬/線距公差一般認(rèn)為在10微米，但未來幾年這一要求將逐漸提高到5微米，甚至?xí)_(dá)到3微米。僅僅這一微小的要求改變，對相應(yīng)的原材料尺寸的穩(wěn)定性、銅箔厚度波動(dòng)控制以及后續(xù)的SMT工藝、自動(dòng)化系統(tǒng)和測試系統(tǒng)都有全面的提升要求。
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這種對新設(shè)計(jì)、新材料、新工藝的不斷追求，為工業(yè)粘合劑，即工業(yè)膠水行業(yè)的迅猛發(fā)展提供了前所未有的機(jī)遇。以我們耳熟能詳?shù)氖謾C(jī)為例，我們做了一個(gè)粗略的統(tǒng)計(jì)，一個(gè)普通的智能手機(jī)上，大概就會(huì)有超過160個(gè)用膠點(diǎn)。如果全球每個(gè)手機(jī)多增加一個(gè)主攝像頭，那么單單這一個(gè)改變，就會(huì)增加至少15噸的用膠量！
再以汽車產(chǎn)業(yè)為例，一輛常規(guī)的汽車在2000年前后整車的用膠量大概在15公斤左右，而這一數(shù)字在2016年增加到40-50公斤。這其中汽車的電控化、智能化貢獻(xiàn)都比較大，汽車電子元器件的成本從上世紀(jì)70年代的2%增加到現(xiàn)在的20%以上，包括電加熱座椅、座椅記憶功能，自動(dòng)巡航等。目前，一個(gè)汽車?yán)锩嬗玫降腇PC面積大概為近0.8平方米左右，所有的FPC與PCB加起來有超過100個(gè)。
近年來，新能源汽車和無人駕駛技術(shù)是汽車產(chǎn)業(yè)最為活躍的兩個(gè)亮點(diǎn)。新能源汽車中的電池組件的生產(chǎn)組裝需要大量用到工業(yè)膠水，而其中的檢測單元、保護(hù)系統(tǒng)以及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，也都離不開工業(yè)膠水的保護(hù)、灌封等；未來的無人駕駛汽車將會(huì)有無數(shù)多的傳感器，包括16個(gè)以上的高清攝像頭，這些單元的組裝和正常工作都離不開工業(yè)膠水。所以，工業(yè)膠水在汽車行業(yè)的用量將會(huì)保持快速增加的態(tài)勢。
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工業(yè)粘合劑即工業(yè)膠水作為一種連接方式，具有如下特點(diǎn)：
輕：它不同于繁冗的機(jī)械連接，比如鉚接、螺紋連接、焊接，而是采用樹脂類型的粘接，能有效地減輕產(chǎn)品的重量，讓設(shè)計(jì)更加簡潔而實(shí)用；
微：機(jī)械連接、物理連接不能達(dá)到的區(qū)域，工業(yè)膠水完全勝任這個(gè)挑戰(zhàn)，粘接面積可以是幾平方毫米，粘接縫隙可以是微米級別， 對狹小縫隙的填充、密封以及保護(hù)作用，都可以完美實(shí)現(xiàn)；
快：UV紫外粘接，幾秒，甚至是1秒直接實(shí)現(xiàn)高效固化，適合大量的消費(fèi)類電子產(chǎn)品，同時(shí)能耗相對較少；
強(qiáng)：粘接工藝的內(nèi)應(yīng)力小，多數(shù)情況下是面結(jié)合，同時(shí)工業(yè)膠水通過材料內(nèi)聚力和表面粘接力，提供強(qiáng)有力的粘接效果；
雜：金屬與金屬，塑料與塑料，金屬與塑料，都可以實(shí)現(xiàn)粘接緊固，還可以使用膠水達(dá)到填充、包封、保護(hù)、固定等作用；
正是由于工業(yè)粘接工藝的上述優(yōu)勢，它在現(xiàn)代制造業(yè)中必將更廣泛地替代傳統(tǒng)工藝而發(fā)揮越來越大的作用，如消費(fèi)電子的小喇叭和攝像模組幾乎全部是用工業(yè)粘合劑粘接起來的，再如目前討論比較多的醫(yī)療行業(yè)的球囊內(nèi)窺鏡，工業(yè)粘合劑在其中發(fā)揮了不可或缺的作用。
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工業(yè)膠水屬于精細(xì)化工行業(yè)，但它使用面廣很廣，幾乎無處不在，而且膠水種類多、品牌雜，甚至是一家供應(yīng)商旗下就會(huì)有好幾百款產(chǎn)品。另外，膠水選型需要有專業(yè)的知識(shí)和背景，它涉及到材料、化工、表面處理、電化學(xué)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝等諸多方面，會(huì)影響到生產(chǎn)效率、良率、成本以及產(chǎn)品功能、品質(zhì)等。而且，膠水的正確使用與生產(chǎn)工藝息息相關(guān)，是一個(gè)多學(xué)科交叉的任務(wù)；最后，膠水的運(yùn)輸和存儲(chǔ)有嚴(yán)格的規(guī)定要求。
正是由于工業(yè)膠水的這些特殊性，很少有企業(yè)能真正把它用好；而且很多企業(yè)就是因?yàn)樵谑褂霉I(yè)膠水上出了問題，導(dǎo)致項(xiàng)目拖延，產(chǎn)品良率不高，生產(chǎn)效率低下，甚至影響企業(yè)的競爭力與生存空間。
粘接工藝在現(xiàn)代制造業(yè)中起什么作用？
粘接最基本的作用就是連接作用。但在現(xiàn)代制造業(yè)中，隨著科技的發(fā)展，人們對膠水的性能要求、對膠水所起的作用的期盼，以及對膠水應(yīng)用范圍和適應(yīng)范圍的期待都越來越高。下面我們就分別梳理一下工業(yè)膠水在制造業(yè)中的作用。機(jī)械及物理連接，這是膠水最基本的功能?？梢詮膬蓚€(gè)方面考慮：一方面是承受荷載并傳遞外力；在此，膠水的主要作用就是把兩個(gè)零部件緊緊地固定在一起，并且能把外力從一個(gè)零部件傳遞到另一個(gè)零部件，比如電鋸的刀片和盤芯，就是靠膠水粘接起來，并把電鋸工作過程中的力（扭矩）傳遞到刀片上去的。另外，電機(jī)轉(zhuǎn)子與軸的鏈接也是同樣的道理。一般而言，對于承受荷載類型的膠水而言，它應(yīng)當(dāng)具有極高的粘接強(qiáng)度和很好的抗沖擊性，同時(shí)，又具有很好的施膠工藝性和快速固化等特點(diǎn)；
對于起物理連接作用的膠水，主要是產(chǎn)品組裝過程中，把不同材質(zhì)的零部件或元器件，尤其是尺寸比較微小的零部件，往往很難或者不可能用其他機(jī)械連接的方式組裝，故而采用工業(yè)膠水進(jìn)行組裝。這類膠水往往要有很好的點(diǎn)膠控制性，即可以實(shí)現(xiàn)精密施膠，而且固化速度快、粘接后可靠性高。
保護(hù)作用是膠水除了連接作用以外的又一重要作用。隨著人們生活水平的提高，電子產(chǎn)品，尤其是消費(fèi)電子產(chǎn)品在我們的日常生活中越來越扮演著不可或缺的角色。電子產(chǎn)品中有大量的元器件，它們分別以不同的方式組裝在PCB板或FPCB板上，而且隨著產(chǎn)品設(shè)計(jì)越來越微型化、輕量化，電子元器件也不斷地更加趨于集成化，電路也更加趨于緊湊，使得元器件之間的空隙和器件本身的pin腳間距越來越小。同時(shí)，這些元器件往往會(huì)暴露在惡劣的環(huán)境中，比如十分潮濕的衛(wèi)生間或粉塵很大的特殊場合，甚至人們希望在游泳的時(shí)候還能用手機(jī)拍照或聽歌。所有這些改變和要求都使得整個(gè)電路板或者多數(shù)元器件必須被保護(hù)起來，而不會(huì)在惡劣的環(huán)境下遭受短路、受腐蝕或受外力擠壓而失效！膠水在這種保護(hù)中起到了不可或缺的作用，比如我們常說的三防膠和corner bonding膠，再比如智能卡的包封膠等。一般來說，對這類膠水的要求是固化速度快，腐蝕性離子含量低，與不同材質(zhì)粘接牢度高，抵抗外力強(qiáng)。
膠水的多重功能是膠水行業(yè)進(jìn)步的重要標(biāo)志之一，如在實(shí)現(xiàn)物力連接的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)起到導(dǎo)電的作用。這里，還包括了替代焊錫功能的導(dǎo)電和實(shí)現(xiàn)接地（grounding）功能的導(dǎo)電。焊錫是傳統(tǒng)的把導(dǎo)線連接起來，使其實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通的連接方式，但它的不足之處是往往焊點(diǎn)比較大，所占空間高，在電子元器件越來越輕薄的情況下，使用便受限了。另外，它實(shí)現(xiàn)連接要靠高溫熔化，所以產(chǎn)品有經(jīng)受高溫的過程，對于那些無法承受高溫的元器件或產(chǎn)品，則無發(fā)實(shí)現(xiàn)。為此，導(dǎo)電膠就可以代替焊錫，即克服了它的不足，又實(shí)現(xiàn)了連接和導(dǎo)電的雙重作用。當(dāng)然，導(dǎo)電膠按其固化方式可以分為加熱固化、常溫固化甚至是Panacol公司推出了UV固化類型的導(dǎo)電膠。即便是加熱固化，一般導(dǎo)電膠的固化溫度也不會(huì)超過150度。近年來甚至市面上出現(xiàn)了低溫固化的導(dǎo)電膠，其加熱溫度不超過80度，這使得導(dǎo)電膠的應(yīng)用將更加廣泛。一般而言，對于接地功能的導(dǎo)電膠，往往也要求粘接牢度高，固化速度快，因?yàn)槠鋵?dǎo)電顆粒含量不高，所以成本也會(huì)比較低。而要求實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通的導(dǎo)電膠，目前來說成本是制約其推廣的重要因素。如何研發(fā)出低電阻率、低成本、粘接強(qiáng)度高的導(dǎo)電膠則是各供應(yīng)商努力的方向。
電子產(chǎn)品的不斷高度集成化、微型化、多功能化、大功率化使得能耗/熱量管理越來越成為突出的問題！這些高度集成的元器件不但要牢靠地裝配在PCB板上，而且其工作產(chǎn)生的熱量要很快被散發(fā)掉；有時(shí)為了降溫，還要額外把一個(gè)散熱器裝配在元器件表面。在這種情況下，導(dǎo)熱膠就是不二的選擇。膠水的導(dǎo)熱可以從兩個(gè)不同的方面來理解：排走熱量和吸收熱量，如粘接散熱片的膠水應(yīng)當(dāng)能迅速把熱量排走；而保護(hù)NTC溫度傳感器的導(dǎo)熱膠應(yīng)當(dāng)迅速把熱量吸收過來，傳給芯片。這其實(shí)是同一問題的兩個(gè)方面，因此，導(dǎo)熱膠最大的問題就是不斷追求的高導(dǎo)熱系數(shù)和粘接牢度的矛盾；還有就是為實(shí)現(xiàn)導(dǎo)熱而加入的導(dǎo)熱顆粒材料對施膠工藝以及膠水流變學(xué)性能的影響。
電子產(chǎn)品的失效模式有多種，其中一種就是由于受到較大的外力作用，導(dǎo)致其元器件脫離主板，或者是PIN腳開裂等而無法正常工作，如FPC在彎折后與主板相連處由于FPC的彈性而存在長期的剝離力，在這種剝離力的長期作用下，實(shí)現(xiàn)連接的導(dǎo)電ACF就會(huì)產(chǎn)生開膠。再如大的電容在跌落過程中由于受到很大的瞬間沖擊力而致使PIN腳開裂。為此，對可能產(chǎn)生失效的部位都要進(jìn)行加固，最簡單有效的辦法就是使用膠水進(jìn)行加固，這包括FPC的補(bǔ)強(qiáng)、大的電子器件如電容的加固、大芯片的四角綁定等。這類膠水一般都要有很快的固化速度，較好的觸變性，很高的粘接強(qiáng)度和很好的耐沖擊性和抗震動(dòng)性能。
通過以上分析可見，膠水作為一種最為傳統(tǒng)的連接方式，在現(xiàn)代制造業(yè)中的作用越來越趨于多元化、多功能化，而這種趨勢給膠粘劑這個(gè)行業(yè)注入了無限的活力與生命，同時(shí)也提出了全新的挑戰(zhàn)！
工業(yè)粘合劑會(huì)迎來什么樣的發(fā)展趨勢及機(jī)遇？
綠色環(huán)保和高效節(jié)能已經(jīng)無可爭辯的成為這個(gè)時(shí)代的主旋律，尤其膠水行業(yè)作為化學(xué)行業(yè)的一個(gè)分支，更無法回避綠色環(huán)保的要求！
各個(gè)國家和地區(qū)都紛紛出臺(tái)了不同的法律法規(guī)，要求相關(guān)企業(yè)生產(chǎn)制造出綠色環(huán)保、低排放、無溶劑、鹵素達(dá)標(biāo)的產(chǎn)品，甚至有的企業(yè)已經(jīng)在考慮希望膠水供應(yīng)商提供超低鹵素含量的膠水。所以，作為膠水的供應(yīng)商，今后在新產(chǎn)品開發(fā)中，都必須高度關(guān)注這些法律法規(guī)，尤其是如果國內(nèi)企業(yè)也要走出去，走向國際化、更應(yīng)該關(guān)注其他國家和地區(qū)的環(huán)保要求。
高效節(jié)能也是綠色環(huán)保的另一面。不斷提高的生產(chǎn)節(jié)拍既符合降低成本，提高效率的生產(chǎn)要求，也與節(jié)能減排的環(huán)保要求相吻合，如UV固化的膠水，現(xiàn)在需要的光照能量越來越少，甚至可以是60mW/cm²@2S.這個(gè)變化的意義不僅在于可以提高固化的速度，也可以用UV膠粘一些透光率極低的塑料，因?yàn)槟z水固化所需的能 量極低，而且也適應(yīng)了近年來不斷發(fā)展的LED紫外固化設(shè)備的迅猛發(fā)展。另外一個(gè)例子就是近年來低溫快速固化的單組份膠水的發(fā)展，市面上已經(jīng)出現(xiàn)了60度45分鐘可以固化的環(huán)氧膠。這種快速低溫固化的單組份環(huán)氧膠的意義也不僅僅是適應(yīng)了無法接受高溫的特殊生產(chǎn)工藝要求，也增加的生產(chǎn)效率，降低了能耗，故而也順應(yīng)了綠色環(huán)保的時(shí)代要求。
隨著電子產(chǎn)品的多功能化、微型化的發(fā)展，電路板上的電子元器件呈高密度的發(fā)展勢態(tài)。這就給元器件的組裝和后續(xù)的生產(chǎn)工藝提出了更高的精度要求，如對元器件的保護(hù)，有的地方希望膠水的外溢不超過0.5毫米，甚至是0.3毫米。
在這種工藝需求的推動(dòng)下，各種高精密的施膠設(shè)備和工藝近年來蓬勃發(fā)展。各類高精密的點(diǎn)膠設(shè)備又對膠水提出了新的要求，如噴膠閥就要求膠水中不能添加研磨性高的填料，否則對閥的損耗就很大；另外，膠水的粘度也要適中，否則就有噴膠不暢的風(fēng)險(xiǎn)；這也就要求在設(shè)計(jì)配方的時(shí)候，也應(yīng)考慮其對膠水流變性能的影響。
市場需求是行業(yè)發(fā)展最好的驅(qū)動(dòng)力！膠水行業(yè)亦是如此！往往行業(yè)客戶對某一特定類型的膠水已經(jīng)接受，但隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，他們希望膠水在某方面的特性能不斷地得到改善，這也對膠水行業(yè)帶來新的機(jī)遇。以UV膠為例，雖然人們都了解UV膠的耐溫是120度，但市場對UV膠耐更高溫度的需求從來就沒有停止過，所以，近幾年，也出現(xiàn)了耐更高溫度的UV膠，已經(jīng)有公司能把UV膠的耐溫提升到150度，市場還在期待耐溫180度的UV膠。另外，在一些特殊的場合，比如灌封和保護(hù)等應(yīng)用中，需要硬度極低的UV膠。有公司已經(jīng)研發(fā)出了硬度非常低的甚至是00-X級別的UV膠。也有希望環(huán)氧膠有超高的粘接強(qiáng)度和快的固化速度，或者超高的粘接強(qiáng)度和好的抗跌落性能；更有極端者，會(huì)提出一些相互矛盾的需求，比如良好的導(dǎo)熱性與高的粘接強(qiáng)度，高導(dǎo)電性與低成本，低流淌性與好的毛細(xì)現(xiàn)象，高粘接牢度與可重工性等等。這些林林總總的需求其實(shí)反應(yīng)出膠水行業(yè)客戶的“定制化需求”的特點(diǎn)。這就給那些研發(fā)能力強(qiáng)，比較靈活的中小企業(yè)提供了非常好的市場機(jī)遇。
產(chǎn)品功能的提升和設(shè)計(jì)的不斷優(yōu)化，也要求生產(chǎn)企業(yè)不斷采納新的材料，尤其是新的功能優(yōu)異的各種工程塑料，如LCP、PBT、PEEK、PA、PP、POM等。其中有些材料在強(qiáng)度、耐溫性能、尺寸穩(wěn)定性等方面都具有明顯優(yōu)勢，卻具有比較低的表面能，因而不利于膠水粘接。作為膠水供應(yīng)商，就必須展開基礎(chǔ)性研究，開發(fā)出各種適合此類材料的工業(yè)膠水，這也是膠水企業(yè)努力的方向之一?？傊S著電子制造業(yè)的迅猛發(fā)展，工業(yè)粘合劑在此行業(yè)中發(fā)揮著越來越多元化的不可替代的作用，而技術(shù)的不斷進(jìn)步，又給工業(yè)粘合劑行業(yè)提出了各種更高的要求，這恰恰給行業(yè)帶來了非常好的機(jī)遇。
膠水是一個(gè)百億級的市場，市場潛力十分巨大！目前高端市場還主要受國際巨頭壟斷，可喜的是國內(nèi)的一批膠水生產(chǎn)企業(yè)，經(jīng)過最近十幾年的發(fā)展和經(jīng)驗(yàn)積累，研發(fā)實(shí)力有了明顯提升，也逐漸在向高端市場進(jìn)軍。但中國的工業(yè)粘合劑行業(yè)仍然任重而道遠(yuǎn)，我們面臨的不僅僅是研發(fā)實(shí)力提升的問題，還有原材料受制于人的問題。所以，有遠(yuǎn)見卓識(shí)的企業(yè)家下一步應(yīng)該考慮走出去，一方面進(jìn)行企業(yè)并購，收購一些國外有特色的同行或者上游原材料企業(yè)，以提升自己的總體研發(fā)實(shí)力，另一方面也要在海外開拓高端市場，以促進(jìn)其在國內(nèi)高端市場的占有率。
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