指紋模組生產(chǎn)中高溫除泡設(shè)備的改進

林 波，耿 濤，魏海燕

(中電科風華信息裝備股份有限公司，山西 太原 030024)

1 概述

除泡設(shè)備在平板顯示行業(yè)應用十分廣泛，從最初的玻璃與偏光片貼合后的除泡，隨后應用到模組貼合，保護膜貼合后的除泡，到現(xiàn)在流行的OLED與曲面玻璃的貼合。隨著手機中指紋按鍵的廣泛應用，為對應指紋模組邊框膠氣泡的問題，特別研制出高溫除泡設(shè)備。該設(shè)備在應用中很好的消除了指紋模組邊框膠中的氣泡。具有產(chǎn)能大、效率高、不良品率低等特點。同時實現(xiàn)了分段升溫升壓，分段降溫降壓的功能，滿足了生產(chǎn)工藝要求。

2 事例及工藝流程改進

2.1 事例介紹

指紋模組由陶瓷基板(基板表面制作電路)和貼附于表面的玻璃蓋板組成，通過OCA膠貼合后在兩者結(jié)合邊緣處點邊框膠。邊框膠起到防潮防塵的作用。邊框膠若自然固化需要等待一天以上的時間且在膠體內(nèi)部的氣泡無法去除。

通過高溫脫泡設(shè)備可大大縮短邊框膠的固化時間，并且能夠除掉膠體中的氣泡，提高良品率。150 ℃(溫度均勻性±5 ℃)的高溫烘烤可去除掉膠體中的水分加速膠水的固化，0.6 MPa的壓力可將膠內(nèi)的氣泡壓碎并排除。通過增加冷卻系統(tǒng)實現(xiàn)了分段升、降溫功能。

2.2 指紋模組除泡工藝要求及流程圖

指紋模組除泡工藝要求見表1，生產(chǎn)流程對比圖見圖1。

表1 除泡工藝要求表

圖1 生產(chǎn)流程對比圖

3 關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)的改進

3.1 冷卻系統(tǒng)

冷卻系統(tǒng)由氣冷管路和水冷管路兩套組成。冷卻系統(tǒng)管路設(shè)置于除泡設(shè)備夾套內(nèi)，在其中通入冷卻氣體和冷卻水達到降低設(shè)備內(nèi)部溫度的效果。管道布局見圖2。

圖2 管道布局圖

氣冷管路啟動：除泡設(shè)備排氣同時氣冷管道閥門開啟，通入0.2 Mpa的壓縮空氣。通過設(shè)置在設(shè)備底部的4個進氣孔將壓縮空氣引入夾套內(nèi)部。壓縮空氣流過腔體內(nèi)壁外側(cè)可將設(shè)備內(nèi)部的熱量帶走并從頂部的排氣孔排出，從而起到降溫的效果。此過程持續(xù)約15 min可將溫度從110 ℃降至95 ℃。

根據(jù)熱量計算公式Q=C×M×(t2-t1)，

Q：熱量

M：物體的比熱

t2：物體最后溫度

t1:物體最后溫度

將設(shè)備溫度從95 ℃降至50 ℃時Q總=Q空氣+Q筒體，

Q空氣=5 000*1.29*45=290250J Q筒體=0.5*600*45=13500J

需要降溫的總熱量為303750J。

水冷管路啟動：當設(shè)備溫度降至95 ℃時氣冷管道關(guān)閉，水冷管道開啟。冷卻水從進水口進入管道后到達設(shè)備頂部水冷噴淋管如圖3。噴淋管由兩根φ20銅管制作長度850 mm，銅管側(cè)壁打兩排φ4噴淋孔。冷卻水從噴淋孔中均勻的噴灑到腔體內(nèi)壁外側(cè)頂部后流經(jīng)整個設(shè)備腔體壁，從下部排水口排出，起到降溫的作用。當設(shè)備溫度降至設(shè)定值3后停止冷卻，并在此狀態(tài)下保持Z分鐘。

圖3 水冷噴淋管

保持時間完成后設(shè)備排氣水冷管道再次開啟，等待設(shè)備內(nèi)壓力達到大氣壓力，溫度達到50℃時整個流程結(jié)束方可開門取出產(chǎn)品。

通過實際操作冷卻系統(tǒng)運行平穩(wěn)流暢可滿足多溫度段的工作要求。

3.2 加熱攪拌系統(tǒng)的改進

因加熱系統(tǒng)位于設(shè)備后端，工作時勢必形成在加熱管附近熱量聚集溫度過高的情況，這樣就會損壞放置在后部的產(chǎn)品。為避免上述情況發(fā)生同時改善溫度均勻性，通過改進加熱攪拌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)使設(shè)備內(nèi)部的空氣流動加強。

通過大量的實驗數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，在保證加熱效率的同時進行了兩點改進：

1) 改進了擋流板的結(jié)構(gòu)及攪拌風扇的形狀

通過查表可知風扇直徑大小，風扇轉(zhuǎn)速和空氣流量的關(guān)系。流量越大熱交換效果越好，設(shè)備的溫度均勻性越好。

將原有風扇直徑加大20 mm,高度加高10 mm，葉片由原有的焊接方式變?yōu)椴迤绞?。擋流板的開孔尺寸適當調(diào)整，比風扇直徑小5 mm。擋流板安裝位置更接近風扇進風口。

2) 加熱棒附近增加了測溫熱偶

在加熱棒附近安裝測溫熱偶目可更加直觀、迅速的監(jiān)控加熱情況。并且設(shè)定一個上限溫度值，當此位置溫度超過上限值時即加熱管工作異常，設(shè)備會迅速停止工作流程，并發(fā)出聲、光報警信號，避免因溫度過高而損壞產(chǎn)品。

改進前后在設(shè)備內(nèi)部相同位置點ABCD四處放置熱偶測得溫度數(shù)據(jù)對比表見表2。

表2 溫度數(shù)據(jù)對比表

通過以上兩點的改進，當加熱至130 ℃時，測量設(shè)備內(nèi)部溫度均勻性小于±5 ℃滿足使用要求。

3.3 防燙傷及保溫措施的改進

設(shè)備整個工作流程中最高溫度達到150 ℃。因所有承壓部件均采用SUS304，在保證設(shè)備安全承壓的情況下也帶來了設(shè)備表面溫度過高的問題。為解決此問題在設(shè)備的前、中、后三段即前段的碟形封頭增加30 mm厚度的隔熱層，中段的筒體直段部分和后段的橢圓形封頭部分增加50 mm厚度的隔熱層。隔熱層的填充材料采用巖棉隔熱層，外部使用SUS304薄板包附。

未包裹巖棉保溫層時，設(shè)備工作中表面溫度最高可達到150 ℃，在包裹保溫層后表面溫度最高達到70 ℃。有效降低了溫度隔絕了熱量，保護了操作人員的安全,同時減少了設(shè)備對工作車間溫度環(huán)境的影響。

3.4 程序的優(yōu)化

根據(jù)用戶的使用要求，優(yōu)化程序?qū)崿F(xiàn)了多段溫度、壓力功能。由于生產(chǎn)過程的使用溫度很高所以在安全防護方面做了充分考慮。冷水直接接觸溫度高于100 ℃的設(shè)備內(nèi)表面會產(chǎn)生蒸氣，體積迅速膨脹形成壓力會對設(shè)備和人員造成傷害。所以在程序中限定了設(shè)備內(nèi)部溫度大于95 ℃時冷卻只能使用氣冷，當溫度降至95 ℃時才能通入冷卻水冷卻。當溫度達到50℃時設(shè)備才能夠開門取出產(chǎn)品。

4 結(jié)束語

指紋模組生產(chǎn)中高溫除泡設(shè)備改進，具有以下優(yōu)點：

1) 生產(chǎn)效率提高，一個流程可處理產(chǎn)品數(shù)量約2K。良品率可達99%以上。

2) 溫度均勻性改善，滿足最高溫度與最低溫度點相差小于±5 ℃。

3) 增加了冷卻系統(tǒng)和保溫層后實現(xiàn)了溫度的多段控制，同時在流程結(jié)束后將設(shè)備溫度降至安全值以下，避免了操作人員燙傷。

現(xiàn)高溫除泡設(shè)備已售出近百臺，廣泛應用于生產(chǎn)當中，用戶反映良好，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟價值。