電子部品の焼蝋鋳造 

焼蝋鋳造技術：電子部品の規格

焼成ワックス鋳造 (国際的にはインベストメント鋳造または「ロストワックス鋳造」として知られるプロセス) は、高精度エレクトロニクス用のハウジングとヒートシンクを製造する唯一の方法です。砂鋳造や冷間鋳造とは異なり、この技術を使用すると、重要な領域を後から機械加工することなく、複雑な内部形状と表面粗さ Ra 1.6 ～ 3.2 ミクロンの部品を製造できます。エレクトロニクス分野にとって、これは液体冷却チャネルをアルミニウムまたは銅のハウジング構造に直接統合できることを意味し、複合ソリューションと比較して熱抵抗を 30 ～ 45% 削減できます。

当社の生産ラインは、IT14 ～ IT15 (GOST) 公差および DIN ISO 8062 CT5 ～ CT7 規格に準拠した 50 ～ 5000 ユニットのバッチの生産に特化しています。当社では、主に AK シリーズのアルミニウム合金 (AlSi10Mg、AlSi7Mg) および銅合金 (BrAZh、BrKh) を扱っています。これらの材料は、コンポーネントを小型化する際に導電性と機械的強度の間で必要なバランスを提供するためです。この方法の主な利点は、金型のパーティング ラインがないため、密閉されたセンサー ハウジングや電源モジュールの内部に金属の削りくずが入るリスクがなくなることです。この問題は、初期のプロジェクトで従来の射出成形を使用したときによく発生しました。

完全な生産サイクル: 3D モデルから仕上げまで

ロストワックス鋳造法による電子ケースの製造工程では、各段階の温度条件を厳守する必要があります。クラスターモデルを組み立てる段階であっても技術に違反すると、後処理では除去できない「アンダーフィル」やガスホールなどの欠陥が発生します。以下は、一貫したバッチ品質を確保するために使用される詳細なアルゴリズムです。

1. ゲーティングシステムの開発と3Dモデリング。この段階で、エンジニアは特定の合金の金属収縮を計算します (アルミニウムの場合は通常 1.3 ～ 1.5%、銅の場合は最大 2.1%)。収縮率の計算に誤差があると、取り付け穴がプリント基板と一致しなくなります。当社では ProCAST ソフトウェアを使用して金型充填をシミュレーションし、金属の滞留領域を事前に特定することができます。重要:熱放散の方向を考慮せずにゲート システムを設計しないでください。フィーダーの配置が間違っていると、局所的な過熱や薄肉ハウジング要素の歪みが発生します。
2. 射出成形によるワックス模型の製作。将来の部品のワックスのコピーは、圧力をかけながらシリコンまたは金属の型に鋳造されます。ワックスの温度は 65 ～ 70°C の範囲に維持する必要があります。この閾値を超えると、材料のレオロジー特性が変化し、形状の変化につながります。各モデルはフラッシュの目視検査を受けています。よくある間違い:予備の濾過や脱気を行わずにリサイクルワックスを使用すると、鋳造品の表面に微細孔が発生しますが、これは密閉された IP67 エンクロージャにとって非常に重要です。
3. クラスターの組み立てとセラミックシェルの適用。ワックスモデルは「ツリー」（クラスター）に組み立てられ、耐火性フィラー（エレクトロコランダム、ジルコン）とバインダーの懸濁液に繰り返し浸漬されます。シェルの厚さが 6 ～ 8 mm になるまで、このプロセスを 6 ～ 9 回繰り返します。層間の乾燥は、湿度を制御して行われます。少なくとも 1 層の乾燥段階を省略すると、金属を流し込むときに爆発的な蒸発が発生し、金型が破壊されます。このルールは、2023 年にセラミックの微小亀裂が原因で 200 件の通信機器ケースが拒否された事件の後に知りました。
4. ワックスを燃やし、型を焼成します。クラスターはオートクレーブに入れられ、加圧下の熱蒸気でワックスが除去され、その後、型が 850 ～ 950°C の温度で 2 ～ 4 時間焼成されます。この手順により、炭素残留物が除去されるだけでなく、セラミック材料の焼結が活性化され、金型に必要な強度が与えられます。アニーリングが不十分な金型は、700°C を超える温度の溶融金属と接触すると亀裂が入る可能性があります。残留炭素含有量 (0.05% 未満) の管理は、注入前の必須のステップです。
5. 金属の注入と熱処理。溶融金属は、重力または真空/圧力下 (薄壁への充填を改善するため) のいずれかによって、加熱された金型に注入されます。冷却後、セラミックシェルは油圧または化学エッチングによって除去されます。部品には内部応力を緩和するための熱処理（硬化＋時効処理）が施されています。最終段階では、スプルーの取り外しとショットブラストが行われます。 AK7ch タイプの合金の時効レジームを無視すると、温度変化の条件下での動作中に寸法が不安定になります。

各ステージには入出力制御が伴います。完成品は三次元測定機（CMM）を使用して図面と照合されます。電子部品に関しては、リークテスト（ヘリウムリークディテクタ）を追加実施し、内部空洞の粗さ測定を行っております。お客様の設計と当社の機能との互換性を評価するために、お客様の特定の製品のサンプル配線シートをリクエストすることができます。

比較分析: インベストメント鋳造と射出鋳造

電子機器の筐体を製造するためのテクノロジーの選択は、プロジェクトの予算を計画する際の障害となることがよくあります。多くのお客様は、射出成形 (HPDC) のサイクル速度が速いため、常に収益性が高いと誤解しています。しかし、複雑なエレクトロニクスを扱う場合、高精度と多孔性の欠如が要求されるため、鋳造段階での節約はスクラップや再加工に多大なコストをもたらします。電子部品の製造に適用されるこれらの方法の主な違いを見てみましょう。

私たちの実務では、クライアントが射出成形を使用して医療センサー用のハウジングを一括注文してコストを節約しようとしたケースがありました。その結果、バッチの 40% に潜在的な気孔があり、これはシールと圧力試験後に初めて明らかになりました。ロストワックス鋳造技術への移行により、生産単価は 15% 増加しましたが、欠陥や保証修理コストは完全になくなりました。プロジェクトに含まれるユニット数が 3,000 未満である場合、または標準以外のラジエーター形状が必要な場合、インベストメント鋳造が唯一の正しい技術的解決策です。

材料科学: ヒートシンクとシールド用の合金の選択

電子部品は厳しい温度条件下で動作するため、ハウジング材料の選択はシステム全体の信頼性に直接影響します。インベストメント鋳造プロセスでは、幅広い合金を扱っていますが、エレクトロニクスの場合、最も需要が高い材料グループが 3 つあります。それらの特性を理解することは、設計ミスを避けるのに役立ちます。

アルミニウム合金（AK7ch、AlSi10Mg、AlSi7Mg）。これは、低密度と良好な熱伝導率 (150 ～ 180 W/mK) の組み合わせにより、最も一般的な選択肢です。 AK7ch合金（シルミン）は流動性に優れており、厚さ1mm以上の薄い放熱フィンへの充填が可能です。ただし、純粋なアルミニウムは、特別な表面処理を行わないとはんだ付けが困難です。パワー エレクトロニクス パッケージの場合、チタンとホウ素を含む改良合金の使用をお勧めします。これにより、延性が向上し、鋳造時の高温割れのリスクが軽減されます。鋳造アルミニウムの熱伝導率は、粒子構造の特性により、変形可能なアルミニウムの熱伝導率よりも常に低いことに留意することが重要です。

銅合金（BrAZh、BrKh、CuCrZr）。放熱要件が極端な場合（レーザー ダイオードや高出力マイクロ波増幅器など）、アルミニウムでは不十分です。銅は最大 380 W/mK の熱伝導率を提供します。銅のロストワックス鋳造は、融点が高く酸化しやすいため、技術的により困難です。当社では、鋳造中に保護雰囲気（窒素またはアルゴン）を使用して、鋳造内部の酸化膜の形成を防ぎます。主な欠点は重量とコストが高いことです。さらに、銅ケースには腐食を防止しリード線のはんだ付け性を確保するためにニッケルメッキまたは錫メッキが必要です。

特殊合金および複合材料。電磁適合性 (EMC) アプリケーションでは、セラミック基板に適合する磁気特性または特定の熱膨張係数 (CTE) を備えたパッケージが必要となる場合があります。このような場合には、鉄ベースの合金または特殊なアルミニウム複合材料が使用されます。たとえば、シリコンに近い CTE を持つ合金は、繰り返し加熱中にチップが本体から剥がれるのを防ぎます。このような材料の選択には、個別の計算と試行溶解が必要です。

材料を選択するときは、熱物理学だけでなく動作条件も考慮してください。デバイスが過酷な環境 (海水、化学物質の蒸気) で動作する場合、アルミニウムケースには高品質の陽極酸化処理 (層の厚さ 20 ～ 25 ミクロン) が必要になります。これは、ロストワックス法を使用して得られた表面に確実に付着します。当社は各熱のスペクトル分析を実施し、ISO 9001:2015 規格の要件に準拠したテストレポートをバッチとともに提供します。

Wuxi Kaisheng LLC の経験: エネルギーから精密エレクトロニクスまで

高精度電子ハウジングの製造に必要な非鉄および高融点金属の取り扱いに関する深い専門知識は、重工業分野での長年の経験に基づいています。そのような能力の顕著な例は、同社の活動です無錫開勝電力石油化学設備有限公司。複雑な熱伝達装置の設計と製造を専門とする同社は、チタン、銅ニッケル合金 (C70600 など)、C46400 マリン真鍮、高合金鋼の鋳造と加工において独自の専門知識を開発してきました。

チタン製シェルアンドチューブ熱交換器、316 ステンレス鋼波形チューブ束、空気冷却器などの無錫開盛の製品は、最も厳格な国際 ASME および PED 規格の認証を取得しています。これらの規格では、完璧なシール、極度の圧力や温度に対する耐性、最高の耐食性が求められます。これらの品質は、過酷な環境で動作する現代の電子機器にとっても重要です。石油精製、造船、海水淡水化用のコンポーネントの作成で開発された品質管理技術は、現在、小型コンポーネントの製造にうまく応用されています。バージン合金を使用し、二次不純物が存在しないことを保証する規制に準拠することで、工業グレードの信頼性とマイクロエレクトロニクスに必要な精度を組み合わせたソリューションを提供できます。

GOSTおよびISOに準拠した品質管理と認証

エレクトロニクス供給業界では、信頼は文書と結果の再現性によって築かれます。当社の製造は ISO 9001 品質管理システムに従って認証されており、熱番号から特定の作業者までの各鋳造品の追跡可能性が保証されています。ただし、EAEU 市場で活動し、ヨーロッパに輸出するには、業界標準の詳細を考慮する必要があります。

エレクトロニクス業界にとって重要な文書は、GOST R IEC 60068 (環境への影響をテストするための一連の規格) です。当社のエンクロージャは、これらの規格に従って耐振動性と熱衝撃性がテストされています。内部の清浄度の監視には特に注意が払われます。 IPC-A-610 の要件に基づく内部規制によれば、表面汚染レベルは塩化物イオン 10 µg/cm2 を超えてはなりません。このしきい値を超えると、金属の移動や電圧下での短絡が発生します。

当社では重要なバッチに対して非破壊検査 (NDT) を使用しています。 X 線検査 (RT) を使用すると、視覚的には検出できない身体の大きな部分の内部にある隠れた穴や亀裂を特定できます。超音波検査 (UT) は、厚さの移行ゾーンの壁の完全性をチェックするために使用されます。統計によると、重要なバッチに対する全数 X 線検査の導入により、苦情の数が 98% 減少しました。当社のクライアントの 1 つである航空電子機器メーカーは、目視検査では見逃されたハウジング内の微小亀裂が原因でジャイロスコープの故障に直面しました。このシリーズのすべての製品に必須の RT が導入されてから、インシデントは停止しました。

すべての製品には、合金グレード (化学組成の内訳を含む)、機械的試験の結果 (引張強さ、相対伸び)、硬度データ、および気密性レポートを示す品質証明書が付属しています。関税同盟加盟国への輸出納品の場合、CU TR への適合宣言が発行されます。また、弊社のプロセスが社内の品質基準を満たしていることを確認するために、貴社の技術部門を監査することも喜んで行います。

費用対効果と納期

インベストメント鋳造の注文コストの計算には、形状の複雑さ、金属の重量、合金の種類、バッチ サイズなどのいくつかの変数が含まれます。コストのほとんどが高価なスチール製工具にかかる射出成形とは異なり、ここではコストがより均等に配分されます。ワックスモデルを作成するためのシリコン型のコストは、スチール製の型に比べて 10 ～ 15 分の 1 であり、この方法は開発作業 (研究開発) や小規模生産に最適です。

最初のパイロットバッチの生産時間は 14 ～ 20 営業日です。この期間には、3D モデリング、マスター モデルの作成、シリコン型の作成、ワックスの鋳造、セラミックの構築、および実際の鋳造にかかる時間が含まれます。定期配送の場合、マスターモデルとテクノロジーがすでに開発されているため、サイクルは 7 ～ 10 日に短縮されます。完成品の物流は、静電気防止保護、衝撃吸収、湿度管理などの電子機器パッケージングの要件に従って行われます。

当社のワークショップの最小注文数量 (MOQ) は 50 個から始まります。これは、窯を立ち上げてセラミック材料を準備するという経済的な実現可能性によるものです。 500 個を超える個数を注文すると、クラスター内のモデルのレイアウトの最適化と一部の後処理段階の自動化により、割引率が段階的に 20% に達します。当社は不必要なサービスを課すことはありません。お客様のプロジェクトに砂型鋳造で十分な場合は、正直に説明し、お客様をパートナーにリダイレクトします。ただし、精密エレクトロニクスの場合は、長期的には当社のオファーが最も費用対効果が高くなります。

よくある質問

電子パッケージの成形で達成できる最大の寸法精度はどれくらいですか?

インベストメント鋳造の標準精度は、長さの最初の 25 mm が ±0.05 mm、その後の 1 ミリメートルごとに ±0.002 mm です。コネクタ用のスロットが重要な電子部品の場合は、重要なベースにのみ 0.2 ～ 0.3 mm の加工代を設け、残りの表面は鋳造状態のままにすることをお勧めします。より高い公差 (IT12 以上) を達成することは可能ですが、特殊なセラミック化合物の使用が必要となり、プロセスのコストが 30 ～ 40% 増加します。

アルミニウムケースを鋳造後すぐに電気メッキすることは可能ですか?

はい、ロストワックス技術を使用して得られた鋳物の表面は、粗さが低く気孔がないため、電気めっきに最適です。ただし、亜鉛、ニッケル、クロムを塗布する前に、脱脂、エッチング、ジンケート処理（亜鉛下地層の塗布）などの表面処理が必要です。ジンケート下層がないと、アルミニウムへのコーティングの接着力が弱く、熱サイクル中に剥がれ始めます。前処理工程をすべて自社で行い、格子カット法により10MPa以上の密着力を保証します。

住宅の壁の最小厚さにはどのような制限がありますか?

技術的には、アルミニウム合金の場合は 0.5 mm まで、銅合金の場合は 1.0 mm までの厚さの壁を鋳造することが可能です。ただし、実際には、信頼性とアンダーフィルがないことを確保するために、アルミニウムの場合は 1.5 ～ 2.0 mm、銅の場合は 2.5 ～ 3.0 mm 未満の壁を設計することをお勧めします。ゲートシステムの設計を変更せずにこれらの値よりも厚さを減らそうとすると、スクラップの増加につながります。設計に超薄肉が必要な場合は、分割パーツまたは拡散溶接の使用を検討してください。

シリコンワックス型の寿命はどのくらいですか？

1 つのシリコン型のリソースでは、構成の複雑さと動作モードの積極性に応じて、平均 50 ～ 70 回のワックス射出サイクルが可能です。この後、フォームを交換する必要がありますが、これには 2 ～ 3 日かかります。 1000 個を超える長期プロジェクトの場合、複数の複製金型を作成するため、ダウンタイムなしで連続生産が可能になります。金型は変形を防ぐため、特別な容器に入れて室温で保管します。

顧客が供給した原材料を使用しますか?

当社は、各溶融物に対して品質証明書が提供され、入力スペクトル分析が当社の実験室で実行される場合にのみ、お客様が提供する原材料を受け入れます。 。ただし、インゴットの起源 (一次アルミニウム/銅) と、鋳造特性を損なう可能性のある二次不純物がないことを保証するため、当社の材料を使用することを強くお勧めします。当社の原材料の使用により、供給契約の枠組み内で最終製品の機械的特性が完全に保証されます。

焼成ワックス鋳造を使用した電子パッケージの製造は、材料科学と熱力学の広範な専門知識を必要とする複雑なエンジニアリングプロセスです。設計段階で適切なテクノロジーを選択すると、何か月ものデバッグにかかる​​時間を節約し、多額の資金を節約できます。お客様のプロジェクトについて話し合い、製造可能性に関する図面の無料分析を実施し、バッチの正確なコストを計算する準備ができています。

今すぐお問い合わせください一流の技術者からアドバイスを得て商業オファーをリクエストします。当社は、3D モデリングから完成品の納品までの作業サイクル全体を、付属ドキュメントの完全なパッケージとともに提供します。エレクトロニクス成形オプションの詳細をご覧ください.