FOG邦定生產(chǎn)線中脈沖本壓機(jī)的研制

郭 麗,田 輝，李 想

(中國電子科技集團(tuán)公司第二研究所，太原030024)

FOG生產(chǎn)線是一種用于將TCP或FPC（柔性電路板）與ITO玻璃之間建立穩(wěn)定的機(jī)械和電氣連接的生產(chǎn)設(shè)備，其主要用于LCM（液晶顯示模塊）的生產(chǎn)之中。本生產(chǎn)線是根據(jù)客戶需求，開發(fā)出來的首臺用于正反兩面壓接的設(shè)備。整機(jī)主要完成功能有：自動上料、定位、正面ACF預(yù)貼、正面對位（人工）、正面預(yù)壓、反面ACF預(yù)貼、反面對位（自動）、反面預(yù)壓、主壓、自動下料等。

其中，主壓機(jī)采用的是雙壓頭壓接并脈沖式加熱方式，溫度、壓力控制難度大。

1 主要功能及技術(shù)指標(biāo)

適用基板尺寸：20 mm×20 mm～120 mm×120 mm

適用 FPC尺寸：16 mm×8 mm～50 mm×50 mm

ACF預(yù)貼精度：±0.15 mm（x、y方向）以基板外型為基準(zhǔn)

FPC 壓接精度：±10 μm（x、y方向）從預(yù)壓到主壓的偏移量

本壓壓接精度：±5 μm（x、y方向）

本壓溫度設(shè)定范圍：室溫～450℃

本壓溫度時間曲線：4段控制

升溫速率：100℃/s

2 本壓機(jī)的設(shè)計

本壓機(jī)可單獨(dú)作為一臺設(shè)備來看，是整個流程中的關(guān)鍵，壓接效果將直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。在工藝上的要求是ACF粒子破裂程度均勻，無溢膠、氣泡、白霧等現(xiàn)象。這就要求設(shè)備的壓頭平整度高、升溫降溫迅速、壓力穩(wěn)定。結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由機(jī)架、定位臺組件、壓頭組件、工作臺組件、機(jī)械手組件組成。共有3個工位，包括3套壓頭組件，3套工作臺組件。

圖1 本壓機(jī)機(jī)構(gòu)組成

3 工作原理

工作時上道工序?qū)⒉ＡХ胖炼ㄎ慌_上，定位機(jī)構(gòu)進(jìn)行兩側(cè)定位后由機(jī)械手將玻璃依次搬運(yùn)至本壓機(jī)1、2、3工作臺上，負(fù)壓吸附，工作臺上升移至壓頭下方后下降，壓頭壓接，此時壓頭開始分段升溫，保持一定時間后降溫，待溫度達(dá)到要求的分離溫度時壓接完成，壓頭抬起，工作臺上升并退回初始位置，由機(jī)械手將玻璃搬運(yùn)至下料皮帶上。

3.1 壓頭組件

壓頭組件共有3套，每套對應(yīng)一對上下壓頭，用于雙面壓接。每個壓頭各有一套硅膠帶機(jī)構(gòu)，用于收放硅膠帶，見圖2。

圖2 壓頭組件

工作時，下壓頭固定，上壓頭由汽缸推動整體在導(dǎo)軌的導(dǎo)向下上下移動，上壓頭可以進(jìn)行三個方向的調(diào)節(jié)：左右方向的調(diào)節(jié)，前后及左右方向的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié);下壓頭可以進(jìn)行前后方向的調(diào)節(jié)及平行度的調(diào)節(jié)。

每套壓頭均有散熱裝置及冷卻機(jī)構(gòu)，便于壓頭迅速降溫。

3.2 工作臺組件

工作臺組件可以進(jìn)行上下及前后運(yùn)動。前后運(yùn)動由伺服電機(jī)驅(qū)動同步帶帶動絲杠完成；上下運(yùn)動由汽缸帶動，交叉棍子導(dǎo)軌進(jìn)行導(dǎo)向，兩側(cè)有緩沖器及細(xì)牙限位螺釘，用于精密調(diào)節(jié)高度，見圖3。

圖3 工作臺組件

3.3 機(jī)械手組件

本壓機(jī)械手分為上料機(jī)械手和下料機(jī)械手，分別用于本壓前的上料及本壓后的下料。整體由電機(jī)帶動絲杠運(yùn)動，每個機(jī)械手均可單獨(dú)進(jìn)行上下運(yùn)動。選用大導(dǎo)程的絲杠，機(jī)械手運(yùn)行最高速度可達(dá)1 000 mm/s，見圖 4。

圖4 機(jī)械手組件

4 關(guān)鍵技術(shù)

4.1 壓頭平行度調(diào)整

壓頭平整度的調(diào)節(jié)是基礎(chǔ)，由于是全自動本壓機(jī)構(gòu)，要求3套壓頭組件必須在同一水平面上，且前后位置一致。在本設(shè)備中，采用的是上下壓頭同時加熱壓接的方式，所以在設(shè)計時，考慮到壓頭調(diào)整的方便性與穩(wěn)定性，采用下壓頭固定，上壓頭可調(diào)的方式。調(diào)整時要求將3套壓頭組件逐個打表調(diào)節(jié)壓頭的水平方向（左右，前后）誤差在0.01 mm之內(nèi)。下壓頭固定，上壓頭通過調(diào)整螺釘調(diào)節(jié)完成后鎖死。

4.2 溫度控制

脈沖式本壓機(jī)的溫度控制難度很大，首先是導(dǎo)電材料的選擇，我們選用的是T1鍍金的方式，這種處理方法下導(dǎo)電率最高且不易氧化。在溫度值的設(shè)定上，采用分段控制，并要求在此溫度下粒子的破裂效果最佳，經(jīng)過多次試驗(yàn)得出適合本機(jī)型的具體數(shù)據(jù)。本壓機(jī)的溫度曲線及溫度設(shè)定見圖5及表1。

4.3 壓力控制

本壓機(jī)對壓力的要求很精確，要求壓痕均勻，壓力準(zhǔn)確，ACF導(dǎo)電粒子破碎程度一致；如果壓力不當(dāng)就很可能會出現(xiàn)溢膠、缺膠、氣泡、白霧等缺陷，見圖6。

圖5 本壓機(jī)溫度曲線

表1 溫度設(shè)置 °C

圖6 缺陷照片

因此在控制上，我們采用電氣比例閥進(jìn)行精密控制。針對各個壓頭進(jìn)行實(shí)際的壓力測試，根據(jù)得出的數(shù)值計算分析得出最合適的初始壓力及斜率設(shè)定值。

圖7曲線為實(shí)測壓力計算值與標(biāo)準(zhǔn)值的差，曲線1為未經(jīng)過調(diào)整的壓力曲線，曲線2為調(diào)整中的壓力曲線，曲線3為調(diào)整合適的壓力曲線。由圖可見，經(jīng)過調(diào)整后的壓力曲線偏差范圍大大降低，滿足使用要求。

圖7 實(shí)測壓力計算值與標(biāo)準(zhǔn)值的差值曲線

5 氣路控制系統(tǒng)

主壓機(jī)的氣路原理框圖如圖8所示。

圖8 氣路原理框圖

6 電氣控制系統(tǒng)

電氣原理框圖如圖9所示。

圖9 電氣控制系統(tǒng)

7 結(jié)束語

脈沖式本壓機(jī)實(shí)現(xiàn)了上下壓頭同時壓接的全自動動作，溫度、壓力控制準(zhǔn)確，在運(yùn)行過程當(dāng)中不需要人為干預(yù)，整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省占地面積及操作人員，使整條生產(chǎn)線的自動化程度進(jìn)一步提高。

[1]成大先.機(jī)械設(shè)計手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社 2002.

[2]唐保寧，高學(xué)滿.機(jī)械設(shè)計與制造簡明手冊[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1993.