本文簡(jiǎn)要介紹了UV LED 紫外光固化技術(shù)以及該項(xiàng)技術(shù)在電子行業(yè)粘合和涂裝應(yīng)用領(lǐng)域的諸多優(yōu)勢(shì)。產(chǎn)品制造商、設(shè)備制造商和化學(xué)制劑配制商閱讀本文后可以了解 UV LED 紫外光固化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)并知道如何在制造工藝過程中應(yīng)用 UV LED 紫外光固化技術(shù)。本文以下章節(jié)展示的具體示例包括制造商如何使用UV LED 紫外光固化技術(shù)制造觸摸屏、移動(dòng)電話、微型揚(yáng)聲器和磁盤驅(qū)動(dòng)器等產(chǎn)品。

背景

紫外線（UV）光固化技術(shù)是通過利用紫外線能量將液體變?yōu)楣腆w的一種光致聚合作用過程。如圖1所示，吸收了紫外線能量之后，光引發(fā)劑（PI）將產(chǎn)生自由基，該自由基通過聚合反應(yīng)過程引發(fā)與粘合劑（單體和低聚物）的交聯(lián)反應(yīng)，從而固化或凝固油墨、涂料或粘合劑，而上述整個(gè)過程通常只需在短短數(shù)秒鐘內(nèi)就可以完成。

圖1 - 紫外線光固化技術(shù)光聚合作用過程

自1960年最初推出之后，今天眾多制造商已經(jīng)在各應(yīng)用領(lǐng)域廣泛使用紫外線光固化技術(shù)， 包括平面藝術(shù)印刷到汽車前照燈涂層等等。事實(shí)上，紫外線光固化技術(shù)市場(chǎng)仍將不斷增長(zhǎng)，且由于其具備更高的生產(chǎn)效率、更優(yōu)異的質(zhì)量和性能，以及更好的環(huán)境效益價(jià)值，因此取代了水基和溶劑基熱干燥工藝技術(shù)。

傳統(tǒng)上而言，大多數(shù)的紫外線光固化技術(shù)通過在離子化氣體（通常為汞）室內(nèi)產(chǎn)生電弧以 激發(fā)原子，然后原子發(fā)生衰變，從而產(chǎn)生能夠生成紫外線能量的弧光燈，向外發(fā)射光子。發(fā)射的光子涵蓋范圍廣泛的光譜，包括一些紅外線和可見光，如圖2所示。但是，通常只有 約20％的光譜對(duì)于紫外線光固化工藝過程來說是有用的。

圖2 - 汞燈與紫外線 LED 燈的光譜分布比較

UV LED 紫外光固化技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)

UV LED是一種針對(duì)紫外線固化技術(shù)應(yīng)用的發(fā)光二極管，這種二極管能以一種完全不同的方式產(chǎn)生紫外線能量。當(dāng)電流或電子移動(dòng)通過稱為二極管的半導(dǎo)體器件時(shí)，它將以光子的 形式向外發(fā)射能量。二極管中使用的具體材料決定了這些光子的波長(zhǎng)。如果使用紫外線發(fā) 光二極管，其輸出波長(zhǎng)范圍通常很窄+/-10nm。上圖2中顯示了一臺(tái)395nm紫外線LED燈與一臺(tái)典型的汞燈的波長(zhǎng)輸出比較情況。值得注意的是，圖2中顯示的紫外線LED燈和汞燈在 輸出強(qiáng)度和波長(zhǎng)之間的差異對(duì)于理解紫外線光固化工藝過程是十分關(guān)鍵的。

UV LED 紫外光固化技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用已有超過十多年的歷史。然而，其獨(dú)特的輸出特性要求配方設(shè)計(jì)師制備出新型的紫外線化學(xué)制劑，從而便于充分利用 UV LED 紫外光固化技術(shù)的諸多優(yōu)勢(shì)。為了使油墨、涂料或粘合劑的紫外線光固化過程更有效果和效率，配方設(shè)計(jì)師在尋求通過 PI 的光譜吸收來交疊紫外燈的波長(zhǎng)輸出。針對(duì)典型的汞燈固化工藝過程而開發(fā)的許多現(xiàn)有的紫外線配方制劑使用的是廣譜性 PI。通常在 UV LED 固化工藝輸出范圍內(nèi)能夠吸收一些光譜，但是大部分 PI 吸收波長(zhǎng)范圍被白白浪費(fèi)。因此，為了獲得更有效的固化效果，可以專門針對(duì) UV LED 固化工藝技術(shù)研制一種新型配方制劑，使 PI 能夠吸收的長(zhǎng)波紫外線波長(zhǎng)范圍得以擴(kuò)大。

優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)的汞燈相比，UV LED 紫外光固化技術(shù)使用紫外線 LED 燈具備的眾多極其顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，其中包括更環(huán)保（無臭氧或汞排放），降低基材熱量，以及更高的能源效率。除了這些優(yōu)勢(shì)之外，UV LED 紫外光固化技術(shù)非常適合用于電子產(chǎn)品制造領(lǐng)域，因?yàn)樵擁?xiàng)技 術(shù)具備更高的一致性和可靠的過程控制性能，且能夠降低產(chǎn)品的停機(jī)時(shí)間，這是滿足最終 用戶嚴(yán)格需求的必要條件。UV LED 紫外光固化技術(shù)還能提供更精確的粘合效果，這是因 為該項(xiàng)技術(shù)可以確保更精確地定位和對(duì)齊元器件，然后在短短數(shù)秒鐘內(nèi)使粘合劑固化。

通常，在使用 UV LED 紫外光固化技術(shù)之后，電子產(chǎn)品制造商可以看到制造效率提高了 5-20％。在大多數(shù)情況下，相對(duì)于傳統(tǒng)的水基或溶劑基化學(xué)制劑而言，紫外線化學(xué)過程可以提供改 進(jìn)的固化性能和功能。例如，紫外線涂料具有優(yōu)異的抗劃傷性，在電子顯示屏粘合和涂裝 應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，它還具備杰出的光學(xué)性能，如能夠減少反射并改進(jìn)易讀性，即使是在 太陽光照射的條件下。

鑒于 UV LED 紫外光固化燈優(yōu)異的外形、體積小和重量輕等優(yōu)點(diǎn)，它非常容易設(shè)計(jì)用于制造設(shè)備，并且通過使用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 PLC 接口還可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易控制。在大多數(shù)情況下，由于它固化速度較快，制造商可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化批量處理，從而顯著提高生產(chǎn)效率。另外，由于許多電子元件體積都非常小，所以 UV LED 紫外光固化燈的聚光燈和光導(dǎo)管非常適合于直徑達(dá) 10 毫米的固化區(qū)域。

圖片：UV LED 紫外光固化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

化學(xué)制劑

針對(duì)電子應(yīng)用領(lǐng)域的紫外線化學(xué)制劑通常包含丙烯酸酯、硅酮或環(huán)氧制劑，其中丙烯酸酯由于具備更快的固化速度，因此為制造商之首選。許多配方制劑都是單組分形式，因此其處理和涂覆非常方便。大部分的紫外線制劑都是 100％固體形式，不會(huì)產(chǎn)生溶劑的排放問題，并且可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求提供各種不同等級(jí)的粘度。這些配方制劑的保質(zhì)期從 6 個(gè)月到數(shù)年不等。對(duì)于某些紫外線配方制劑而言，特別是那些用于粘合或封裝的配方制劑，其中紫外線能量由于存在陰影區(qū)域而無法到達(dá)任意位置，因而需要使用雙重固化原理來獲得較好的固化效果，例如紫外線加熱或潮濕固化。紫外線膠粘劑可以通過使用注射器精密點(diǎn)涂來粘附不同的材料，例如金屬、玻璃和塑料。

在膠粘劑和涂料中的應(yīng)用

眾多不同的電子產(chǎn)品在其制造過程中都使用了 UV LED 紫外光固化技術(shù)。在這里，本文僅對(duì)以下已有顯著增長(zhǎng)的四個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行介紹，增長(zhǎng)原因主要是深受廣大消費(fèi)者喜愛的移動(dòng)電子產(chǎn)品得以開發(fā)，元器件的微型化，以及制造商對(duì)于更高生產(chǎn)率的需求。

觸摸屏

由于在智能電話、平板電腦、電子書閱讀器、移動(dòng)游戲控制器和車載導(dǎo)航系統(tǒng)的廣泛使用，觸摸屏市場(chǎng)將保持持續(xù)性的增長(zhǎng)。亞太地區(qū)已經(jīng)發(fā)展成為觸控屏制造領(lǐng)域規(guī)模最大、增長(zhǎng)最快的區(qū)域市場(chǎng)。相對(duì)于弧光燈而言，UV LED 紫外光固化燈在觸摸屏制造領(lǐng)域提供了具有更高一致性和可靠性的工藝流程，不會(huì)造成熱敏感元件損壞或變色的情況。

圖片：觸摸屏顯示器

一塊觸摸屏是多個(gè)不同層的組合，例如液晶顯示器（LCD）或有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）、玻璃、導(dǎo)電層和非導(dǎo)電層，以及柔性保護(hù)層。每一層都需要涂覆液體光學(xué)透明粘合劑（LOCA）以提供強(qiáng)大的粘合力，需要能隔絕水分滲入的保護(hù)性密封層，理想的光學(xué)性能以及能夠承受陽光照射。

UV LED 固化粘合劑配方通常采用丙烯酸或環(huán)氧樹脂，在 365nm 的紫外線波長(zhǎng)照射下固化而成，具備優(yōu)異的光學(xué)性能，如具有透光性、能減少反射、防霧、耐沖擊及耐擦傷。對(duì) UV LED 固化粘合劑很容易去除，且具備較高的彈性而不會(huì)在層與層之間產(chǎn)生收縮或拉伸，因此不會(huì)導(dǎo)致圖像失真。

組裝成一塊觸摸屏之前，LCD 和 OLED 顯示器的制造商也可以使用 UV LED 紫外光固化技術(shù)。UV LED 固化燈具備較低的熱量輸出，能按需提供固化工藝作業(yè)，因此特別有利于防止敏感性元件損壞，能提供一致性的高速工藝過程。其中，一個(gè)特別的應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)?OLED 的邊緣封裝，該工藝采用環(huán)氧樹脂和局部固化 UV LED 系統(tǒng)以提供精確、高效的固化工藝技術(shù)，從而有效隔絕水分滲入。

微型揚(yáng)聲器

隨著智能電話、平板電腦和其他移動(dòng)電子設(shè)備的普及，微型揚(yáng)聲器的市場(chǎng)也在不斷增長(zhǎng)。該項(xiàng)應(yīng)用的挑戰(zhàn)是需要將不同材料（金屬、紙張、塑料）進(jìn)行粘合，減小溫度對(duì)敏感元件的影響以及高速高精度的要求。UV LED 紫外光固化技術(shù)使用丙烯酸粘合劑和通常為 365nm 的紫外光，可以實(shí)現(xiàn)可靠、高效的生產(chǎn)工藝過程。例如.在音圈與振膜的粘接中，振膜通常由聚酯薄膜、紙張或金屬制造而成，整個(gè)過程僅需 2-3 秒，且 UV LED 紫外光固化燈的“冷固化” 性能不會(huì)損壞嬌柔易損的振膜材料。

圖片：微型揚(yáng)聲器

憑借 UV LED 紫外光固化技術(shù)，微型揚(yáng)聲器的生產(chǎn)速度可高達(dá) 6000 件/每小時(shí)。為了確保提供準(zhǔn)時(shí)交貨服務(wù)，在固化之后可立即通過 OEM 進(jìn)行測(cè)試，從而省去了用于保持現(xiàn)有庫存量的要求。

圖片：移動(dòng)電話

移動(dòng)電話

除了上述提及的觸摸屏和微型揚(yáng)聲器應(yīng)用之外，UV LED 紫外光固化技術(shù)非常適合用于裝配和涂裝移動(dòng)電話的攝 像頭模組、鏡頭、耳機(jī)聽筒、麥克風(fēng)和外殼。UV LED 紫 外光固化燈可以在大批量生產(chǎn)作業(yè)時(shí)長(zhǎng)期保持一致性的 輸出，具備較低的熱量輸出，且能避免敏感性組件損壞， 使 UV LED 紫外光固化技術(shù)成為移動(dòng)電話組件組裝領(lǐng)域的有效解決方案。此外，UV LED 紫外光固化燈具備小尺寸和高功率的特性，可以容易地融入高效的制造工藝過程。

當(dāng)前，移動(dòng)電話中的緊湊型相機(jī)模組的組裝都使用 UV LED 紫外光固化技術(shù)來粘合微型元器件。為了將透鏡托架與圖像傳感器連接在一起，UV LED 紫外光固化技術(shù)采用了一種自動(dòng)化系統(tǒng)， 能將紫外粘結(jié)劑精確地涂敷在傳感器外殼上。接著，采用精確的定位系統(tǒng)準(zhǔn)確地將透鏡托架定位在傳感器外殼上。最后，UV LED 紫外光固化燈可以在數(shù)秒內(nèi)使粘合劑固化完畢。由于 UV LED紫外光固化技術(shù)具備較高的效率，因此移動(dòng)電話組件的生產(chǎn)率可高達(dá) 900 件/每小時(shí)。

磁盤驅(qū)動(dòng)器

UV LED 紫外光固化技術(shù)是磁盤驅(qū)動(dòng)器（HDD）元器件的粘合劑固化的理想應(yīng)用技術(shù)，例如懸架、讀/寫磁頭，和磁頭臂組件。UV LED 紫外光固化技術(shù)針對(duì)這些應(yīng)用領(lǐng)域具備更高的可靠性、生產(chǎn)率和產(chǎn)量。紫外線固化膠粘劑具備較低除氣性，在很短的固化時(shí)間內(nèi)可輕松完成滴涂。

懸架部件，即通常所說的磁頭萬向架組件（HGA），用于支撐旋轉(zhuǎn)磁盤表面上的讀/寫磁頭。懸架總成還攜帶著從讀/寫磁頭傳送到磁盤驅(qū)動(dòng)器的電子信號(hào)。由于磁盤驅(qū)動(dòng)器的體積已變得越來越小，懸架和讀/寫磁頭限制在更為嚴(yán)格的設(shè)計(jì)公差范圍內(nèi)。因此，更加難以精確、可靠地定位讀/寫磁頭，從而不能保證安裝懸架的同時(shí)還能保持其導(dǎo)電性。UV LED 紫外光固化技術(shù)則提供一種快速固化黏性，可以將各個(gè)部件組合在一起，同時(shí)，涂覆的導(dǎo)電性粘接劑將暴露在高溫環(huán)境下加以固化。最近，磁頭萬向架組件（HGA）的生產(chǎn)通過利用基于環(huán)氧樹脂或丙烯酸酯化學(xué)組分的導(dǎo)電性 UV LED 紫外光固化技術(shù)固化的配方制劑來消除兩種不同粘合劑的使用需求。這種方法極大地提高了生產(chǎn)產(chǎn)量和生產(chǎn)率。

圖片：磁盤驅(qū)動(dòng)器
 

結(jié)論

UV LED 紫外光固化技術(shù)由于具備一致性和穩(wěn)定性的工藝過程，同時(shí)能減小對(duì)熱敏感元件的損壞，能夠確保電子產(chǎn)品制造商獲得更高的收益率和生產(chǎn)率。由于 UV LED 紫外光固化燈僅需很小的空間，因此可以很容易地將 UV LED 紫外光固化燈集成到較小的空間內(nèi)。UV LED 紫外光固化燈不會(huì)產(chǎn)生臭氧排放或危險(xiǎn)性汞廢物，因此，該技術(shù)被認(rèn)為是目前市場(chǎng)上可行的最環(huán)保、最安全的紫外線光固化技術(shù)方案。

電子膠粘劑和涂料供應(yīng)商都可以使用與 UV LED 紫外光固化技術(shù)相配套的配方制劑，該配方制劑易于精確處理和涂覆，且工藝過程速度很快，因而在電子制造領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。眾多電子產(chǎn)品制造商都已在 UV LED 紫外光固化技術(shù)使用過程中受益匪淺，從而得以改進(jìn)他們的生產(chǎn)工藝流程。觸摸屏、移動(dòng)電話、微型揚(yáng)聲器和磁盤驅(qū)動(dòng)器僅僅是 UV LED 紫外光固化技術(shù)的幾個(gè)具體商業(yè)化應(yīng)用實(shí)例。已在使用弧光燈紫外線固化技術(shù)，或需要提高生產(chǎn)率的電子產(chǎn)品制造商都應(yīng)該著眼于 UV LED紫外光固化技術(shù)。

來源：美國(guó)鋒翔科技

參考文獻(xiàn)

1. Boost Productivity With UV-Curing Adhesives by Martin Kluke and Torsten Uske, August 9, 2013，http://www.assemblymag.com/articles/91449

2. UV curable and electrically conductive adhesive for bonding magnetic disk drive components, US 6942824 B1，http://www.google.it/patents/US6942824