大綱

為了擁有更輕薄的產品，和碩聯合科技團隊挑戰將平板后背蓋的總厚度從1.5mm調整至1mm，并導入0.5mm的金屬件做為嵌入件(圖一)。薄件成型挑戰高，容易有流動平衡問題，且產品的結構強度也必須被納入考慮。和碩利用Moldex3D仿真軟件優化模具設計及改善收縮變形，并透過FEA功能整合結構分析軟件，以驗證產品強度。

圖一 本案例產品為含金屬嵌件之薄件

挑戰

• 流動短射

• 包封

• 厚度段差造成大變形

解決方案

藉由Moldex3D幫助，和碩團隊分析產品翹曲的原因，成功減少Z方向變形92%，并透過整合ANSYS結構分析軟件來確保產品達到所需的強度。

效益

• 成功減少23%厚度，達到預期產品厚度1mm

• 降低翹曲量92%

• 減少壓力損失8.3%

• 節省廢料體積 13%

• 透過嵌件成型，節省6%以上生產成本

案例研究

在電子組件的成型過程中，冷卻是影響最終產品質量的一項關鍵因素。一般常使用風扇作為散熱工具，但在一些無法使用風扇的案例中，則只能以鋁制或銅制導熱板作為嵌件。金屬板越厚或越寬，冷卻效率就越佳。在本案例中，由于規格限制，產品Z方向的厚度是固定的，因此若金屬嵌件的厚度增加，產品的厚度就必須縮減。同時產品結構也必須要維持足夠的強度。

和碩團隊首先以現有模具進行含有金屬嵌件的產品導熱測試，發現加入嵌件后可得到較佳的散熱效果。因此他們決定據此修改原始的模具和產品設計(圖二)。接下來再分為三個階段，針對制程、產品質量和結構強度來進行修正。

圖二 原始設計(左)與修改后的設計(右)

透過Moldex3D射出模塊，和碩發現因薄件導致澆口壓力過大，達到135MPa。因此他們決定考慮縮短澆口長度，并使用Moldex3D驗證原始及修改后的設計(圖三)，結果發現Case 3的產品設計，壓力損失減少了8.3%，廢料也減少13%，因此和碩決定采用Case 3作為較優化的設計。

圖三 不同澆口長度之產品設計的澆口壓力結果比較

接下來和碩嘗試改善產品翹曲。Moldex3D仿真結果顯示產品Z方向翹曲值為8.12mm，超過了規格1.0mm。此外翹曲結果也指出產品的收縮效應大于熱效應(圖四)。為了改善此問題，和碩團隊嘗試在材料中添加不同比率的玻纖，并以Moldex3D驗證翹曲結果。他們發現添加玻纖之后，纖維配向會沿著流動方向(X軸方向)，可抵抗產品收縮，有效減少翹曲，使產品符合所需的規格(圖五)。

圖四 原始材料的翹曲結果

圖五 添加不同玻纖比率的材料之翹曲結果比較

最后階段中，和碩進行產品結構強度的檢驗。他們使用Moldex3D FEA接口來進行應力分析，并考慮成型過程中產生的各項變因。結果發現進行壓力和扭曲分析時，加入嵌件及玻纖材料均可有效減少產品位移(圖六)。

圖六 不同產品設計、及添加不同比率玻纖材料，進行壓力測試和扭曲測試之結果

最后和碩針對模擬結果進行實驗驗證，并發現二者呈現相同的趨勢。在平坦度驗證中，不同玻纖比率材料的模擬結果也與實驗結果相符(圖七)。

圖七 平坦度分析結果與實際射出結果相符

結果

和碩團隊透過Moldex3D 進階模塊有效改善產品和模具設計。過程中不但找到產品翹曲的主因，也找出可透過更改材料的方法來解決翹曲問題，最后產品在實際射出時，也成功達到所需的結構強度及可接受的位移范圍。