高動態(tài)溫度控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種成型系統(tǒng)的加熱/冷卻模塊(10)，包括限定部分模腔(17)的模具表面(18)、冷卻單元(14)和層狀加熱器(16)。所述冷卻單元(14)設(shè)置為與所述模具表面(18)相鄰、用于冷卻所述模具表面(18)。所述層狀加熱器(16)設(shè)置為與所述模具表面(18)相鄰、用于加熱所述模具表面(18)。
【專利說明】高動態(tài)溫度控制系統(tǒng)
相關(guān)申請交叉引用
[0001]本申請要求申請?zhí)枮?1/540，704、申請日為2011年9月29日的臨時申請的權(quán)益，在此通過引用包括其全部內(nèi)容。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及成型系統(tǒng)，并且，尤其涉及成型系統(tǒng)的模具或加熱器。
【背景技術(shù)】
[0003]本部分中的陳述僅提供本發(fā)明相關(guān)的背景信息，并且可能不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。
[0004]用于塑料和增強塑料的成型系統(tǒng)通常包括模具和用以加熱塑料材料的加熱系統(tǒng)。所述模具限定了具有與待制造的塑料部件對應(yīng)的形狀的模腔。對于某些成型工藝，需要將限定了模腔的模具表面快速升溫和冷卻。這種工藝被稱為變模溫成型工藝，除了其他之外，提供了以極高的流道-壁截面比制造成型零部件，成型零部件有功能性的微米和納米結(jié)構(gòu)表面，尤其是以熱固塑料或人造橡膠等的交聯(lián)反應(yīng)來活化。
[0005]可以用例如傳熱介質(zhì)來完成模具表面的加熱和冷卻，所述傳熱介質(zhì)被控制在所述模腔表面附近的多個通道中。在典型的變模溫成型系統(tǒng)中的主要問題是:使用了包括低動態(tài)成型周期的傳輸介質(zhì)，能源利用效率低，在所述模具表面缺少溫度選擇性，在模腔和其他的成型工具之間缺少溫度分離。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在本發(fā)明的一種形式中，提供了一種成型系統(tǒng)的加熱/冷卻模塊。所述加熱/冷卻模塊包括模具表面、冷卻單元和層狀加熱器。所述模具表面限定了部分模腔。所述冷卻單元設(shè)置在模具表面附近，用于冷卻所述模具表面。所述層狀加熱器設(shè)置在模具表面附近，用于加熱所述模具表面。
[0007]在另一種形式中，提供一種成型系統(tǒng)的加熱/冷卻模塊，其包括設(shè)置在模具內(nèi)并包括模具表面的模襯。冷卻單元限定了多個冷卻劑通道，以允許冷卻劑流動，其中所述冷卻單元冷卻模具表面。層狀加熱器設(shè)置在模襯和冷卻單元之間、用于加熱所述模具表面，所述層狀加熱器通過熱噴涂形成在模襯和冷卻單元之一上。
[0008]在另一種形式中，用于加熱和冷卻目標(biāo)的加熱/冷卻模塊包括設(shè)置在所述目標(biāo)附近的加熱/冷卻表面，層狀加熱器通過加熱/冷卻表面對所述目標(biāo)進(jìn)行加熱，并且冷卻單元通過加熱/冷卻表面對所述目標(biāo)進(jìn)行冷卻。所述層狀加熱器與所述冷卻單元一體成形為集成單元。所述加熱/冷卻表面是層狀加熱器和冷卻單元之一的表面。
[0009]本發(fā)明的其它方面的一部分是顯而易見的，另一部分將在下面指明。但應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的各個方面可以獨立或相互組合地實施。還應(yīng)當(dāng)理解，詳細(xì)描述和附圖，雖然表示了本發(fā)明的某些示例性的形式，但僅僅用于舉例說明的目的，不應(yīng)被理解為限制本發(fā)明的范圍?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0010]本文中所描述的附圖僅用于舉例說明目的，并且不以任何方式來限制本發(fā)明的范圍。
[0011]圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的成型系統(tǒng)的加熱/冷卻模塊的示意性剖視圖；
[0012]圖2是圖1的層狀加熱器的頂部透視圖；
[0013]圖3是其上形成有層狀加熱器的冷卻單元的示意性剖視圖；
[0014]圖4是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的加熱/冷卻模塊的示意性剖視圖；
[0015]圖5是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的加熱/冷卻模塊的示意性剖視圖；
[0016]圖6是根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的加熱/冷卻模塊的示意性剖視圖；
[0017]圖7是根據(jù)本發(fā)明的第五實施例的加熱/冷卻模塊的示意性剖視圖；
[0018]圖8是根據(jù)本發(fā)明的第六實施例的加熱/冷卻模塊的示意性剖視圖；
[0019]圖9是圖8的層狀加熱器的示意性剖視圖；
[0020]圖10是根據(jù)本發(fā)明的第七實施例的加熱/冷卻模塊的示意性剖視圖；
[0021]圖11是根據(jù)本發(fā)明的第八實施例的加熱/冷卻模塊的示意性剖視圖；
[0022]圖12是根據(jù)本發(fā)明的第九實施例的加熱/冷卻模塊的示意性剖視圖；
[0023]圖13是根據(jù)本發(fā)明的第十實施例的加熱/冷卻模塊的示意性剖視圖；
[0024]圖14是根據(jù)本發(fā)明的第十一實施例的加熱/冷卻模塊的示意性剖視圖；
[0025]圖15是根據(jù)本發(fā)明的第十二實施例的加熱/冷卻模塊的示意性剖視圖；
[0026]圖16是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的冷卻單元的一種變形的示意性剖視圖；
[0027]圖17是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的冷卻單元的另一種變形的示意性剖視圖；
[0028]圖18是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的加熱器一種變形的示意性剖視圖；以及
[0029]圖19是使用了兩個控制器并且以本發(fā)明的原理構(gòu)建的用于控制熱噴涂加熱器的溫度的系統(tǒng)的示意圖。
[0030]應(yīng)當(dāng)理解的是，在整個附圖中，相應(yīng)的附圖標(biāo)記指代相同或相應(yīng)的部件和特征?！揪唧w實施方式】
[0031]下面的描述本質(zhì)上僅僅是示例性的，并非用來限制本發(fā)明或本發(fā)明的應(yīng)用或用途。
[0032]第一實施例
[0033]參考圖1，示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的成型系統(tǒng)(未示出)的加熱/冷卻模塊10。所述成型系統(tǒng)可以是注塑成型系統(tǒng)；用于形成纖維增強復(fù)合材料的系統(tǒng)，例如樹脂傳遞模塑(RTM)，反應(yīng)注塑成型(RM)或使用以熱固性塑料或熱塑性塑料為基體材料并且使用以玻璃纖維、碳纖維或芳綸纖維為增強材料的預(yù)浸材料；熱成型系統(tǒng)；光盤成型系統(tǒng)或本領(lǐng)域已知的利用加熱模具的任何成型系統(tǒng)。
加熱/冷卻模塊10包括模襯12，冷卻單元14和設(shè)置在模襯12和冷卻單元14之間的層狀加熱器16。
[0034]模襯12用于如塑料零部件或光學(xué)零部件的產(chǎn)品的成形。當(dāng)成型系統(tǒng)是光盤成型系統(tǒng)時，模襯12可以是用于模制光盤的壓模。模襯12包括模具表面18，并且與多個模具部件15配合，以限定模腔17。模襯12的模具表面18與容納在模腔17內(nèi)的熔融樹脂直接接觸。當(dāng)模具表面18被顯不為平坦的表面時,模具表面18可具有取決于應(yīng)用的不同形狀。模具表面18可以是宏觀的表面結(jié)構(gòu)、微結(jié)構(gòu)表面、納米表面結(jié)構(gòu)或拋光的表面，等等。加熱/冷卻模塊10提供加熱和冷卻，并用作回火單元，用于調(diào)整模襯12的模具表面18的溫度。
[0035]冷卻單元14，它可以采用冷卻塊的形式，包括基底20和多個用于在其中引導(dǎo)熱傳遞介質(zhì)的通道22，所述熱傳遞介質(zhì)例如水、油和鹽水。傳熱介質(zhì)可以是液體、蒸汽或氣體形式?？梢允褂美鏑O2，碳氟化合物或蒸汽(霧化系統(tǒng)的蒸發(fā))以及珀耳帖元件等的傳熱介質(zhì)的相變。冷卻單元14用于通過模襯12的模具表面18從模腔17散熱。通道22可以通過鉆孔，深孔鉆，選擇性激光燒結(jié)，釬焊等形成。
[0036]參考圖2，層狀加熱器16可以通過分層工藝形成在所述冷卻單元14上。如本文所使用的術(shù)語“層狀加熱器”應(yīng)理解為包括包含至少一個功能層(例如粘合涂層、介電層、電阻加熱層、保護(hù)層、外涂層，等等)的加熱器，其中，所述層通過在基底或另外一層上施加或堆積材料形成，使用的工藝和厚膜、薄膜、熱噴涂或溶膠-凝膠等相關(guān)聯(lián)。這些工藝也被稱為“分層工藝”，“成層工藝”或“層狀加熱器工藝”。這些類型的層狀加熱器之間的主要區(qū)別在于該層的形成方法。例如，用于厚膜加熱器的層通常使用諸如絲網(wǎng)印刷，施加貼花，或薄膜印刷頭等工藝形成。用于薄膜加熱器的層通常使用沉積工藝形成，如離子鍍、濺射、化學(xué)氣相沉積(CVD)和物理氣相沉積(PVD)等。另外區(qū)別于薄膜和厚膜技術(shù)的一系列工藝是那些被稱為熱噴涂的工藝，該工藝可以包括例如火焰噴涂、等離子噴涂、電弧噴涂和HVOF (高速氧燃料)等。
[0037]例如，加熱/冷卻模塊10的層狀加熱器16可通過熱噴涂形成。層狀加熱器16可包括電阻加熱層28，其可以配置為形成蛇形、螺旋形或任何其它形狀。層狀加熱器16限定了中央有源加熱區(qū)域24和周圍的無源加熱區(qū)域26，所述有源加熱區(qū)域24中形成有電阻加熱層28，所述無源加熱區(qū)域26沒有形成電阻加熱層28。如圖1所示，中央有源加熱區(qū)域24的面積至少和模具表面18的面積一樣大，以均勻加熱模具表面18。
[0038]參考圖3，所述層狀加熱器16通過分層工藝直接在冷卻單元20的基底20上形成。層狀加熱器16可選地包括通過熱噴涂沉積在基底20的頂面32上的粘合涂層31和通過熱噴涂沉積在該粘合涂層31上的第一介電層30。應(yīng)該理解，粘合涂層31可以被取消，并且所述第一介電層30可以通過例如熱噴涂的分層工藝直接形成在冷卻單元20的基底20上，這不脫離本發(fā)明的范圍。所述電阻加熱層28，其包括導(dǎo)電材料，可以用例如熱噴涂的分層工藝形成在第一介電層30上。電阻加熱層28可以通過在第一介電層30的整個頂表面上熱噴涂電阻材料形成，隨后通過蝕刻或激光切割將所述電阻材料形成預(yù)定的形狀(例如，螺旋形或蛇形)。第二介電層34，其功能是充當(dāng)保護(hù)層，通過熱噴涂沉積在第一介電層30和電阻加熱層28上。
[0039]可選地，頂部涂層36可通過熱噴涂形成在第二介電層34上。頂部涂層36可以包括具有良好的導(dǎo)熱性的金屬，以促進(jìn)熱從所述電阻加熱層28傳遞到模具表面18或從模具表面18傳遞到冷卻單元14。具有由多個介電層隔開的多個加熱層的多層結(jié)構(gòu)也是可行的?？梢酝ㄟ^垂直互連接入(VIA)來形成端部和不同層的相應(yīng)連接。垂直互連接入是在印刷電路板中常見的不同導(dǎo)體層之間的垂直電氣連接。所述垂直互連接入是有金屬化孔的襯墊，所述孔在電路板的不同層上的導(dǎo)體之間提供電氣連接。這些孔通過電鍍或填充有圓環(huán)或小鉚釘而導(dǎo)電。為了形成頂部涂層36，可在第二介電層34上沉積超量的用于頂部涂層36的材料。然后，將頂部涂層36加工成預(yù)定的尺寸/厚度，例如，通過研磨和拋光等。
[0040]在所述層狀加熱器16形成在冷卻單元14的頂部表面32上之后，集成的層狀加熱器16和冷卻單元14通過任何常規(guī)的連接方式(如夾緊、物理結(jié)合或化學(xué)結(jié)合)連接到模襯12。如圖1所示，連接界面40設(shè)置在層狀加熱器16和模襯12之間。連接界面40可通過機械夾緊來形成，包括但不限于，利用螺釘、夾持器、閉合力、磁力、真空或彈簧力等。連接界面40可以通過物理或化學(xué)結(jié)合而形成，包括但不限于釬焊、膠粘、焊接、熱噴涂、壓焊、激光焊接。通過夾緊或物理或化學(xué)結(jié)合將模襯12、集成的層狀加熱器16以及冷卻單元14連接，來確保在模襯12、集成的層狀加熱器16以及冷卻單元14之間的高的熱傳遞、均勻的熱傳遞以及均勻的機械傳遞。
[0041]當(dāng)冷卻單元14的頂部表面32被示為平坦的表面時，應(yīng)該理解和明白的是，所述頂面32可以具有三維結(jié)構(gòu)。
[0042]第二實施例
[0043]參考圖4，根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的加熱/冷卻模塊50包括模襯12、冷卻模塊52和設(shè)置在它們間的層狀加熱器16。本實施例的層狀加熱器16設(shè)置在冷卻模塊52的凹部54中。為了在冷卻單元52上形成所述層狀加熱器16，首先形成凹部54，例如，通過研磨或蝕刻等。凹部54具有的大小等于待形成的層狀加熱器16的大小。接著，形成層狀加熱器16的不同的功能層的材料，例如通過熱噴涂沉積在凹部54中。在本實施例中的層狀加熱器16具有類似于第一實施例的結(jié)構(gòu)。因此，不同的功能層可以包括如前所述的粘合涂層31、第一介電層30、電阻加熱層28、第二介電層34，以及頂部涂層36。在圖3中已清楚地示出了這些層，為了明晰起見故未在圖4中示出。在層狀加熱器16被沉積在凹部54中之后，可以加工層狀加熱器16的頂部涂層30，使其與冷卻單元52的頂面32齊平。集成的冷卻單元52和層狀加熱器16通過如前文所述的夾緊、物理結(jié)合或化學(xué)結(jié)合連接到模襯12。類似地，層狀加熱器16的中央有源加熱區(qū)域的面積與模襯12的模具表面18是大致相同的，以在模具表面18上提供均勻的加熱。
[0044]第三實施例
[0045]參考圖5，根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的加熱/冷卻模塊70包括模襯72、冷卻單元74和它們之間的層狀加熱器76。模襯72限定了模具表面78。層狀加熱器74直接沉積在模襯72上的與模具表面78相對的表面上。層狀加熱器74與第一和第二實施例中的層狀加熱器16具有相似的結(jié)構(gòu)，并且可以通過熱噴涂形成。類似地，集成的層狀加熱器76和模襯72通過如前所述的夾緊、物理結(jié)合或化學(xué)結(jié)合連接到冷卻單元74。連接界面80在層狀加熱器76和冷卻單元74的頂面82之間形成。
[0046]第四實施例
[0047]參考圖6，根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的加熱/冷卻模塊90包括模襯92、冷卻單元94和它們之間的層狀加熱器96。本實施例不同于第三實施例，僅在于層狀加熱器96沉積在模襯92的凹部98中。在模襯92的凹部98中形成層狀加熱器96的方法類似于第二實施例中的在冷卻單元52的凹部54中形成層狀加熱器16的方法。因此，為了清晰起見省略了對它們的說明。
[0048]第五實施例[0049]參考圖7，根據(jù)本發(fā)明的第五實施例的加熱/冷卻模塊110包括冷卻單元112和層狀加熱器114。層狀加熱器114通過熱噴涂沉積在冷卻單元112的基底118的頂部表面116上。層狀加熱器114通過類似于第一實施例中所描述的方法來沉積。層狀加熱器114具有限定了模具表面120的頂面。因此，層狀加熱器114也起到模襯的作用。層狀加熱器114被直接沉積在冷卻單元112上。在加熱/冷卻模塊110中沒有形成夾持或連接界面。
[0050]第六實施例
[0051]參考圖8，根據(jù)本發(fā)明的第六實施例的加熱/冷卻模塊130包括模襯132、冷卻塊134和層狀加熱器136。模襯132包括模具表面137。模襯132、冷卻單元134和層狀加熱器136獨立形成。如圖9所清楚示出，層狀加熱器136包括基底138、第一介電層139、電阻加熱層140、第二介電層142?？蛇x地，頂部涂層144可以形成在第二介電層139上?？梢岳缤ㄟ^熱噴涂沉積這些層139、140、142、144。層狀加熱器136通過如前所述的夾緊、物理結(jié)合或化學(xué)結(jié)合連接到冷卻單元134的頂表面146。層狀加熱器136的基底138被設(shè)置為靠近模襯132。在層狀加熱器136和冷卻單元134之間形成第一連接界面148。模襯132通過如前所述的夾緊、物理結(jié)合或化學(xué)結(jié)合連接到所述層狀加熱器136。第二連接界面149形成在模襯132和層狀加熱器136之間，具體地，形成在模襯132和層狀加熱器136的基底138之間。
[0052]雖然在附圖中未示出，層狀加熱器136可被定向，以使層狀加熱器136的基底138被設(shè)置在冷卻單元134附近。
[0053]第七實施例
[0054]參考圖10，根據(jù)本發(fā)明的第七實施例的加熱/冷卻模塊150包括層狀加熱器152和冷卻單元154。層狀加熱器152類似于第六實施例的層狀加熱器136，并獨立于冷卻單元154形成。層狀加熱器152包括基底156和沉積在其上的多個功能層(未示出)。所述多個功能層可以包括介電層和電阻加熱層，其通過熱噴涂沉積于基底156上。層狀加熱器152的基底156包括模具表面158。因此，層狀加熱器152同時起到加熱器和模襯的作用。層狀加熱器152通過如先前所描述的夾緊、物理結(jié)合或化學(xué)結(jié)合連接到冷卻單元154。在層狀加熱器152和冷卻單元154之間形成連接界面160。
[0055]第八實施例
[0056]參考圖11，根據(jù)本發(fā)明的實施例8的加熱/冷卻模塊170包括冷卻單元172和層狀加熱器174。冷卻單元172包括限定了模具表面178的基底176。層狀加熱器174是獨立于冷卻單元172的部件，并包括基底180和多個通過熱噴涂沉積在基底180上的功能層。層狀加熱器174具有類似于圖9所示的層狀加熱器136的結(jié)構(gòu)。層狀加熱器174通過如前所述的夾緊、物理結(jié)合或化學(xué)結(jié)合連接到冷卻單元172的模具表面178的末端側(cè)。層狀加熱器174通過冷卻單元172的基底172將熱傳遞到模具表面178。
[0057]應(yīng)當(dāng)理解，該層狀加熱器174可以直接沉積在冷卻單元172上的模具表面178的末端側(cè)，以形成加熱/冷卻模塊170。因此，冷卻單元172同時提供加熱和冷卻，并且還用作模襯。
[0058]第九實施例
[0059]參考圖12，根據(jù)本發(fā)明的第九實施例的加熱/冷卻模塊200包括模襯202、模襯保持器204、層狀加熱器206和冷卻單元208。層狀加熱器206被直接沉積在冷卻單元208的頂部表面上。模襯保持器204限定了用于在其中接收模襯202的開口 210。層狀加熱器204包括中央有源加熱區(qū)域212和周圍無源加熱區(qū)域214。周圍無源加熱區(qū)域214的面積與任何前述的實施例相比相對大，以便提供足夠的用于夾緊的面積。螺釘孔216可形成在周圍的無源加熱區(qū)域214中，并與模襯保持器204的螺孔216對齊。螺釘(未示出)可以插入到螺孔216，以將所述模襯保持器204連接到集成的層狀加熱器206和冷卻單元208。模襯202通過如前所述的夾緊、物理結(jié)合或化學(xué)結(jié)合連接到所述層狀加熱器206的中央有源加熱區(qū)域212。
[0060]第十實施例
[0061]參考圖13，根據(jù)本發(fā)明的第十實施例的加熱/冷卻模塊220包括模襯222、模襯保持器224、層狀加熱器226和冷卻單元228。模襯保持器224通過螺釘230連接到冷卻單元228。模襯保持器224限定了用于在其中容納模襯222和層狀加熱器226的開口 232。層狀加熱器226通過熱噴涂沉積在冷卻單元228上。層狀加熱器226通過如前所述的夾緊、物理結(jié)合或化學(xué)結(jié)合連接到模襯222。
[0062]第H實施例
[0063]參考圖14，根據(jù)本發(fā)明的第十一實施例的加熱/冷卻模塊240包括模襯242、冷卻單元244和熱噴涂在冷卻單元244上的層狀加熱器246。模襯242包括限定了模具表面249的中央部分248和圍繞中央部分248的周圍部分250。螺釘孔252形成于冷卻單元244、層狀加熱器246的周圍無源加熱區(qū)域252和模襯242的周圍部分250中。因此，模襯242和集成的冷卻單元244和層狀加熱器246可以通過將螺釘插入螺釘孔252而連接。此外，該模襯242通過如前所述的夾緊、物理結(jié)合或化學(xué)結(jié)合連接到所述層狀加熱器246。
[0064]第十二實施例
[0065]參考圖15，根據(jù)本發(fā)明的第十二實施例的加熱/冷卻模塊260包括模襯262、冷卻單元264和熱噴涂在冷卻單元上的層狀加熱器266。層狀加熱器266包括中央有源加熱區(qū)域268和周圍無源加熱區(qū)域270。螺孔272形成于冷卻單元272、層狀加熱器266的中央有源加熱區(qū)域274，以及剛好在模具表面276下方的模襯262的一部分上。模襯262通過螺紋連接和夾緊、物理結(jié)合或化學(xué)結(jié)合之一固定到集成的層狀加熱器266和冷卻單元264。
[0066]參考圖16，根據(jù)本發(fā)明的一個變形的冷卻單元280包括基底282、絕熱層286和多個形成在基底282中的通道284。層狀加熱器、模襯、或者它們以如第一到十二實施例中的任一描述的任何形式的組合形成在基底282的頂表面288上。隔熱層286設(shè)置在冷卻單元280的基底282和成型系統(tǒng)的相鄰部件(未示出)之間。隔熱層286阻礙了冷卻單元282和相鄰部件之間的熱傳遞，以提高能效或冷卻速度。隔熱層286可以包括具有較差導(dǎo)熱性的材料。冷卻單元280可以用于第一至第十二實施例中的任意一個。
[0067]參考圖17，根據(jù)本發(fā)明的另一個變形的冷卻單元300包括基底302、形成在所述基底282上的多個通道304和沿除了基底302的頂部表面308之外的周圍表面的多個開口部分306。層狀加熱器、模襯、或者它們以在第一至第十二實施例中的任一描述的任何形式的組合形成在基底302的頂部表面308上。開口部分306減小了冷卻單元300的基底302和成型系統(tǒng)的相鄰部件(未示出)之間的接觸面積，從而減少了它們之間的熱傳遞。此外，形成在開口部分306中的空氣間隙也有助于降低冷卻單元300和相鄰部件之間的熱傳遞。冷卻單元300可以用于第一至第十二實施例中的任意一個。[0068]參考圖18，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個變形的層狀加熱器400。層狀加熱器400可以包括基底402和由分層工藝設(shè)置在基底402上的多個功能層404。所述多個功能層404包括粘合層406、基底介電層408、加熱層410、頂部介電層412、第一金屬頂部涂層414和第二金屬頂部涂層416。
[0069]粘合層406設(shè)置在基底402上。粘合層406與基底402相接觸，并且可以包括提高基底402附著力的材料。粘合層406可以是耐腐蝕的，以防止基底402被腐蝕。
[0070]基底介電層408例如通過熱噴涂形成在粘合層406上。加熱層410設(shè)置在基底介電層408上。加熱層410可以通過在基底介電層408上熱噴涂熱電阻材料形成，隨后通過激光蝕刻將所述熱電阻熱材料制成預(yù)定的圖案。在加熱層410中可形成一個或多個槽418。頂部介電層412例如通過熱噴涂設(shè)置在加熱層410上和槽418中。
[0071]第一金屬頂部涂層414被設(shè)置在頂部介電層412上。第一金屬頂部涂層414可以是導(dǎo)電層，并且也可以用在粘合層406的側(cè)表面420、基底介電層408和頂部介電層412上。因此，第一金屬頂部涂層414和基底402將粘合層406、基底介電層408、加熱層410和頂部介電層412包圍在其內(nèi)。因此，第一金屬頂部涂層414可通過以下方式形成，例如，熱噴涂、濺射、噴涂、薄膜工藝或厚膜絲網(wǎng)印刷等。僅作為示例，第一金屬頂部涂層414可具有約100微米的厚度。
[0072]第二金屬頂部涂層416設(shè)置在第一金屬頂部涂層414上，并且可以是電鍍的鎳層。第二金屬頂部涂層416可通過熱噴涂法、選擇性激光燒結(jié)、釬焊、電鍍處理或厚膜絲網(wǎng)印刷等來形成。第二金屬頂部涂層412具有的厚度大于所述第一金屬頂部涂層410的厚度。為了形成第二金屬頂部涂層416,可以在第一金屬頂部涂層414的頂部表面421和側(cè)表面422上沉積用于第二金屬頂部涂層416的過量的材料。僅作為示例，所述第二金屬頂部涂層416可沉積為厚度為約100微米到5毫米。此后，第二金屬頂部涂層416被加工成預(yù)定的尺寸/厚度，例如，通過研磨和拋光等。
[0073]如果第二金屬頂部涂層416是由一種類似電鍍的電化學(xué)工藝來施加的，那么第一金屬頂部涂層414是沉積形成的。第一金屬頂部涂層414形成導(dǎo)電層，以利于通過電化學(xué)電鍍工藝形成第二金屬頂部涂層416。如果第二金屬頂部涂層416是由電化學(xué)工藝之外的工藝形成，那么可以去除所述第一金屬頂部涂層414。如之前所描述的，第二金屬頂部涂層416 (以及可選地，第一金屬頂部涂層414)提高了層狀加熱器400和模襯(未示出)之間的熱傳遞，所述模襯設(shè)置為與層狀加熱器400相鄰。層狀加熱器400可以是與冷卻單元(未示出)或模襯(未示出)獨立的部件，并且可以用在第一到第十二實施例中描述的任何形式連接到冷卻單元和/或模襯。層狀加熱器400可以通過如第一實施例中描述的夾緊、物理結(jié)合或化學(xué)結(jié)合連接到冷卻單元和/或模襯。
[0074]可選地，層狀加熱器400的基底402可以是所述冷卻單元的一部分，例如，是所述冷卻單元的冷卻塊。因此，層狀加熱器404是通過首先將粘合層406沉積在基底402上而直接沉積在所述冷卻單元上。功能層404的剩余層通過如前面描述的形成集成層狀加熱器和冷卻單元的分層工藝沉積在粘合層406上?？蛇x地，所述第二金屬涂層416的頂部表面424可以被配置為用于接觸樹脂的模具表面。因此，層狀加熱器400用作加熱器、冷卻單元和模襯。當(dāng)基底402被顯示為具有平坦頂部表面426，在平坦頂部表面426上形成了層狀加熱器400時，應(yīng)理解和明白，所述基底402的頂部表面426可以具有三維結(jié)構(gòu)。[0075]現(xiàn)在參考圖19，示出了另外一種形式的控制熱噴涂加熱器的溫度的方法。根據(jù)該方法，采用了至少兩個控制器，第一控制器430用于控制和限制熱噴涂加熱器10的加熱層432的溫度，并且第二控制器440用于控制靠近加熱層432的介質(zhì)433的溫度。第一控制器430，在一種形式中，是雙線控制器，并且熱噴涂加熱器10的加熱層432具有足夠TCR(電阻溫度系數(shù))特性，以用作加熱元件和溫度傳感器。在美國專利號7，196，295中示出和描述了這種用于和層狀加熱器一起使用的雙線控制器，它通常與本申請一起轉(zhuǎn)讓，并且在本文中通過引用包括其全部內(nèi)容。
[0076]為了控制介質(zhì)的溫度，可以采用多種類型的控制器，并且可以用離散溫度傳感器(未示出)檢測介質(zhì)的溫度，舉例來說，所述離散溫度傳感器是諸如熱電偶、熱電阻(RTD)或熱敏電阻。
[0077]第一雙線控制器用于檢測加熱層的溫度，其中，層狀加熱器包括具有足夠TCR特性的電阻加熱層，以用作加熱元件和溫度傳感器。具有離散溫度傳感器的第二控制器位于加熱目標(biāo)附近，并且與所述第一雙線控制器進(jìn)行通訊，其中，第二控制器通常用所述離散溫度傳感器控制所述加熱目標(biāo)的溫度，并且在發(fā)生快速過熱情況時，例如加熱目標(biāo)具有的重量較低時，由第一雙線式控制器檢測所述過熱情況，并且所述第一雙線控制器與第二控制器進(jìn)行通訊，以防止過熱。
[0078]在一種情況下，實際的加熱層溫度低于雙線控制器430的設(shè)定點溫度。通過在所述第二控制器440中的算法來接通和切斷(例如，加熱器開/關(guān)復(fù)位信號)所述加熱器的電源信號。在另一種情況下，實際加熱層的溫度高于所述的雙線控制器430的設(shè)定點溫度，以降低過熱情況的風(fēng)險。在這種模式下，所述第二控制器440的開/關(guān)復(fù)位信號被傳送給第一控制器430，使得在雙線控制器430接收了關(guān)閉復(fù)位信號后，不對所述加熱器供電。
[0079]在本發(fā)明的另一種形式中，使用直流電源來控制熱噴涂的加熱器的“閃爍速率”。一般情況下，閃爍被定義為由于電源電壓變化引起的來自人造光源(例如，白熾燈、熒光燈、LED等)的光強度的變化。閃爍的量取決于光源的類型和電壓變化的嚴(yán)重程度。對于阻性負(fù)載開關(guān)，電壓的改變是由源阻抗和開關(guān)負(fù)載的大小引起的。源阻抗越高，負(fù)載越大，電壓的變化就越大。閃爍也依賴于時間，并有多個標(biāo)準(zhǔn)來定義所允許的閃爍量。
[0080]一種用來避免閃爍的方法是使用直流電源為所述加熱器供電，并且通過增加和減少直流電壓電平來控制所述加熱器，而不是通過切換到交流信號。通常，直流電源不能與厚膜加熱器一起使用，因為這些加熱器使用有銀含量的導(dǎo)電膠系統(tǒng)。銀與直流電組合會導(dǎo)致銀遷移，形成“晶須(whisker)”，它會造成電氣短路。因此，通過使用熱噴涂，直流電源可以用來解決閃爍的問題。
[0081]本發(fā)明提供了一種加熱/冷卻模塊，該模塊是層狀加熱器、冷卻單元和形成模具表面的模襯的集成結(jié)構(gòu)。常用所述集成結(jié)構(gòu)，能夠?qū)岣焖俚貜乃鰧訝罴訜崞鱾鲗?dǎo)到模具表面，或從模具表面?zhèn)鲗?dǎo)到冷卻單元。熱源(或冷卻源)和不在模具表面附近的成型工具之間不需要熱傳導(dǎo)，這與現(xiàn)有技術(shù)中的成型系統(tǒng)相反。因此，可以獲得所述變溫成型工藝的快速熱響應(yīng)，并且減少了形成所述成型零件的周期?？蛇x地，所述層狀加熱器或冷卻單元的表面可用作模具表面，以去除模襯，從而減少了成型系統(tǒng)的組件的數(shù)量。由于層狀加熱器緊湊，采用本發(fā)明的加熱/冷卻模塊的成型系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)的成型系統(tǒng)相比有更緊湊的結(jié)構(gòu)。[0082]雖然本發(fā)明的實施例是結(jié)合成型工藝來描述的，但應(yīng)該理解和明白，所述集成的加熱/冷卻模塊會在不同于成型工藝的領(lǐng)域中找到應(yīng)用。例如，本發(fā)明的集成的加熱/冷卻模塊可應(yīng)用到需要對目標(biāo)進(jìn)行高動態(tài)溫度控制的電子工業(yè)或晶片生產(chǎn)工藝中。如在本發(fā)明中的任何實施例中所描述的模具表面可以成為位于所述目標(biāo)附近的加熱/冷卻表面，并且，在所述目標(biāo)和所述層狀加熱器之間或在所述目標(biāo)和冷卻單元之間的熱傳輸通過所述加熱/冷卻表面來傳導(dǎo)?？蛇x地，當(dāng)集成的加熱/冷卻模塊不是用來加熱模制系統(tǒng)中的樹脂時，可以去除模襯，并且所述加熱/冷卻表面是集成的加熱/冷卻模塊的層狀加熱器或冷卻單元的表面。當(dāng)加熱/冷卻表面是加熱器的層狀表面時，所述加熱/冷卻表面可以是包括金屬的頂部外涂層的表面，以促進(jìn)該加熱/冷卻模塊和所述目標(biāo)之間的熱傳遞。本說明書在本質(zhì)上僅僅是示例性的，并且，沒有背離本發(fā)明要旨的變化將被包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。從本文提供的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其他應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒆兊煤苊黠@。應(yīng)當(dāng)理解，在說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例時，說明和具體的實施例的目的僅在于舉例說明，而不是要限制本發(fā)明的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種成型系統(tǒng)的加熱/冷卻模塊，包括: 限定部分模腔的模具表面； 冷卻單元，其設(shè)置為與所述模具表面相鄰、用于冷卻所述模具表面；以及 層狀加熱器，其設(shè)置為與所述模具表面相鄰、用于加熱所述模具表面的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱/冷卻模塊，還包括模襯，所述模襯包括所述模具表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的加熱/冷卻模塊，其中，所述層狀加熱器設(shè)置在所述模襯和所述冷卻單元之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的加熱/冷卻模塊，其中，所述層狀加熱器通過熱噴涂形成在所述模襯和所述冷卻單元之一上。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的加熱/冷卻模塊，其中，所述層狀加熱器通過熱噴涂形成在所述模襯上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的加熱/冷卻模塊，其中，所述熱噴涂包括多個層，所述層包含頂部涂層，所述頂部涂層包含具有相對高熱導(dǎo)率的材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的加熱/冷卻模塊，其中，所述頂部涂層被加工至預(yù)定的厚度。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的加熱/冷卻模塊，其中，所述模襯被夾緊到所述層狀加熱器。
9.根據(jù)權(quán)利要求 1所述的加熱/冷卻模塊，其中，所述冷卻單元被夾緊到所述層狀加熱器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱/冷卻模塊，其中，所述冷卻單元包括在所述冷卻單元的周圍表面上的多個開口部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱/冷卻模塊，其中，所述冷卻單元包括在所述冷卻單元的周圍表面上的隔熱層。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱/冷卻模塊，其中，所述冷卻單元包括基底和在所述基底中的多條通道。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱/冷卻模塊，其中，所述層狀加熱器在獨立的基底上形成。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的加熱/冷卻模塊，其中，所述層狀加熱器包括設(shè)置在所述獨立的基底上的粘合層。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱/冷卻模塊，還包括形成在所述冷卻裝置周圍的隔熱層。
16.根據(jù)權(quán)利要求6所述的加熱/冷卻模塊，其中，所述頂部涂層包含第一金屬頂部涂層和第二金屬頂部涂層。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的加熱/冷卻模塊，其中，所述第一金屬頂部涂層和第二金屬層頂部涂層中的至少一個是電鍍鎳層。
18.—種控制權(quán)利要求1所述的加熱/冷卻模塊以減少過熱風(fēng)險的方法，該方法包括: 采用至少兩個控制器: 用于檢測所述加熱層溫度的第一雙線控制器，其中，所述層狀加熱器包括具有足夠TCR特性的電阻加熱層，以用作加熱元件和溫度傳感器；以及 具有離散溫度傳感器的第二控制器，其設(shè)置在加熱目標(biāo)附近并且與所述第一雙線控制器進(jìn)行通訊，其中，所述第二控制器通?？刂凭哂兴鲭x散溫度傳感器的加熱目標(biāo)的溫度，并且在發(fā)生快速過熱情況時，例如所述加熱目標(biāo)具有的重量較低，通過第一雙線控制器檢測所述過熱情況，并且所述第一雙線控制器與所述第二控制器進(jìn)行通訊，以防止過熱。
19.一種用于加熱和冷卻目標(biāo)的加熱/冷卻模塊，包括: 設(shè)置在所述目標(biāo)附近的加熱/冷卻表面； 通過所述加熱/冷卻表面加熱所述目標(biāo)的層狀加熱器；以及 通過所述加熱/冷卻表面冷卻所述目標(biāo)的冷卻單元， 其中所述層狀加熱器與所述冷卻單元一體成形為集成單元，并且所述加熱/冷卻表面是所述層狀加熱器和所述冷卻單元之一的表面。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的加熱/冷卻模塊，其中，所述冷卻單元包括基底和在所述基底中的多個通道。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的加熱/冷卻模塊，其中，所述層狀加熱器通過分層工藝形成在所述冷卻單元的基底上，并與所述基底接觸。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的加熱/冷卻模塊，其中，所述層狀加熱器包括沉積在所述冷卻單元的基底上的第一介電層、沉積在所述第一電介層上的電阻加熱層，以及沉積在所述層上的第二介電層。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的加熱/冷卻模塊，所述模塊還包括形成在所述第二介電層上的頂部涂層，其中所述頂部涂層包括金屬。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的加熱/冷卻模塊，其中，所述加熱/冷卻表面是所述頂部涂層的表面。
【文檔編號】H05B3/26GK103959900SQ201280058645
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月29日
【發(fā)明者】馬丁·瓦林格, 格哈德·謝夫班科爾, 沃爾夫?qū)ょ晔? 赫爾諾特·安東什, 萊因哈特·萊納特, 邁克爾·庫布勒, 奧古斯特·布爾 申請人:沃特洛電氣制造公司