多點點陣式微噴嘴點膠系統(tǒng)研發(fā)*

仝崇樓 任 飛 趙 靜 李春風 李 勇

(①西京學院機械工程學院，陜西 西安 710123；②承德石油高等?？茖W校工業(yè)技術(shù)中心，河北 承德067000；③寶雞機床集團有限公司，陜西 寶雞721013)

近年來，屏顯及觸控裝備在半導體、計算機、通信、交通運輸及醫(yī)療器械等領域的應用越來越廣泛[1-6]，這就促使了面板的觸控靈敏度、可視性與結(jié)構(gòu)等得到提升，從而對觸控面板的透光率及表面阻抗提出了更高的要求。

觸控面板由表層玻璃與導電玻璃重疊結(jié)合而成，通常的結(jié)合方式是膠合，即在導電玻璃上涂一層光學膠，再將表層玻璃與之粘合，隨后將光學膠固化[7]。若兩塊玻璃中間的光學膠中混有氣泡，因空氣的折射率差異會導致畫面產(chǎn)生像差，因此光學膠厚度是否均勻尤為重要。

目前點膠系統(tǒng)主要分為接觸式和非接觸式兩大類[8-11]，點膠系統(tǒng)還是以人工操作及自動化機械手臂為主，但為了減少人工操作的不確定因素影響與成本考慮，點膠涂布系統(tǒng)已經(jīng)向自動化方向發(fā)展，使自動化設備漸漸代替了人工操作[12-15]。自動化設備雖然點膠速度高、吐膠路徑精準度高，卻無法同時兼具高速度及高精度，而且對于點陣式膠點點膠工藝，需要一個膠點滴一次膠，耗時太長，使點膠效率降低無法完全發(fā)揮機械自動化的優(yōu)點。為此，開發(fā)高效、高精度的點膠系統(tǒng)是勢在必行。

本硏究研發(fā)了點陣式點膠機，設計了多噴嘴吐膠系統(tǒng)，并規(guī)劃了五步式點膠法，按照中密外疏的膠點排列方式進行點膠實驗，并分析了氣泡形成機理，可有效避免粘合時氣泡形成。本技術(shù)適用于觸控面板的表層玻璃與導電玻璃膠合及LED多晶封裝點膠等。

1 點膠系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計

開發(fā)點陣式微噴嘴點膠機三維模型如圖1所示，點膠機包括底板、立柱、支撐板、噴嘴護板、氣缸、載物臺、補膠箱和膠泵等幾個主要部分。通過電動推桿精確控制膠泵的擠膠量，給點陣式微噴嘴供膠，可一次完成多點點膠。短行程氣缸驅(qū)動4組直線軸承及精密導柱支撐的載物臺，可使載物臺快速地平行升降，可使其快速完成點膠工作。

點陣點膠裝置平面圖如圖2所示，為精確定位光學玻璃，載物臺上設計一個與待點膠玻璃大小相同的矩形凹槽，使玻璃面板能精確精密定位于載臺的凹槽內(nèi)，利用點陣噴嘴，一次點膠即可完成高密度點膠。點陣噴嘴與噴嘴護板配合形成存儲光學膠的密封空間，二者的結(jié)合面通過密封圈密封形成整體并安裝在支撐板的矩形孔中，玻璃放入點陣噴嘴正下方的載物臺的定位凹槽中。光學膠從噴嘴護板正上方的孔中進入，再通過點陣噴嘴擠出，滴在正下方的玻璃板上，形成點陣膠點。

2 點膠實驗

利用圖3所示自主研發(fā)的點陣式點膠系統(tǒng)進行點膠實驗，設計的點陣噴嘴為中密外疏分布，噴嘴孔徑為φ1 mm，待點膠的玻璃板為尺寸55 mm×100 mm的透光性較好的ITO導電玻璃，光學膠選用杜邦DBA1000光學膠。

圖4所示為五步式點膠法動作順序圖，首先將待點膠的玻璃放入載物臺的矩形凹槽內(nèi)，再控制氣缸推動載物臺上升至距噴嘴3 mm處，然后控制電動推桿推動膠泵擠膠，使光學膠從點陣噴嘴擠出，最后控制電動推桿與氣缸同時退回，完成一次點膠工作用時15 s。電動推桿退回過程使光學膠吸回，有效在膠體滴到玻璃板后，快速干凈地斷膠，從而有利于防止膠體中殘存氣泡，且使光學膠因表面張力作用出現(xiàn)內(nèi)凹，不會使多余的膠滴落于玻璃板及載物臺上。

圖5為噴嘴形狀及對應的膠點形貌圖，圖5a和d分別為Type-1和Type-4噴嘴點出的膠點形貌，從圖中可見Type-1和Type-4噴嘴擠出的膠點不是規(guī)則的圓形，Type-1噴嘴點出的膠點甚至出現(xiàn)拉絲現(xiàn)象，表明滴膠過程中膠體受到了微孔內(nèi)的氣泡影響導致膠滴四周受力不均勻，從而膠滴下落時發(fā)生偏移；圖5b和c分別為Type-2和Type-3噴嘴點出的膠點形貌，滴膠位置準確，膠點圓度較好且間距均勻無氣泡，只是Type-2噴嘴擠出的膠點偏大，膠量偏多，表明Type-2和Type-3噴嘴的膠滴能垂直準確滴落無氣泡干擾。綜上，Type-3噴嘴點膠膠點圓度最小且位置準確。

3 氣泡形成機理

圖6所示為導電玻璃粘合后宏觀形貌，左半部分和右半部分分別為Type-1噴嘴和Type-3噴嘴點膠后粘合的導電玻璃宏觀形貌，由左半圖可見粘合后的兩層玻璃中間分布著許多氣泡，表明Type-1噴嘴點的膠點不圓以及拉絲導致了兩片玻璃粘合時空氣沒完全排出；右半部粘合的兩片導電玻璃中間無氣泡，表明Type-3噴嘴點的膠點位置準確、為規(guī)則圓形，有利于兩片玻璃粘合時氣泡排出。

圖7為膠點排氣通道模型，兩片玻璃粘合時，上層玻璃片接觸膠點后，在膠點之間會形成排氣通道，隨著上層玻璃下壓，膠點擴展，排氣通道內(nèi)的空氣被擠壓排出，中密外疏的膠點排列規(guī)則有利于玻璃中心空氣首先排出，避免玻璃中心空氣被密封在內(nèi)部，這就需要膠點大小一致并且、呈規(guī)則的圓形并且不得存在拉絲，否則不規(guī)則的膠點會在兩片玻璃擠壓過程中首先接合，密閉排氣通道，導致兩片玻璃中出現(xiàn)排不出的氣泡。選用的光學膠的折射率一般和玻璃一致，做為顯示屏用時不會出現(xiàn)圖像失真，如果玻璃中間存在氣泡，因氣泡折射率與玻璃不一致則會導致圖像失真。

4 結(jié)語

設計并制作了多點點陣微噴嘴點膠機，并針對開發(fā)的4種點膠噴嘴進行點膠實驗，并研究了粘合時氣泡形成機理，得出緒論如下：

(1)本點膠機能夠在15 s內(nèi)同時完成21個膠點的點膠工作。

(2)Type-3型噴嘴能夠保證膠點具有較小的圓度、保證膠點無拉絲。

(3)膠點的圓度越小，越有利于兩玻璃片間的膠點受擠壓時同步擴大，有利于保證排氣通道暢通，從而保證粘合的玻璃片間無氣泡滯留。