林 波，耿 濤，魏海燕

(中電科風(fēng)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(yīng)用十分廣泛，從最初的玻璃與偏光片貼合后的除泡，隨后應(yīng)用到模組貼合，保護(hù)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(jī)中指紋按鍵的廣泛應(yīng)用，為對(duì)應(yīng)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(yīng)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(diǎn)。同時(shí)實(shí)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(jìn)

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(diǎn)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(shí)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(shí)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(shí)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(duì)比圖見圖1。

表1 除泡工藝要求表

圖1 生產(chǎn)流程對(duì)比圖

3 關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

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(dá)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(dòng)：除泡設(shè)備排氣同時(shí)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(gè)進(jìn)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(jì)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(shí)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(dòng)：當(dāng)設(shè)備溫度降至95 ℃時(shí)氣冷管道關(guān)閉，水冷管道開啟。冷卻水從進(jìn)水口進(jìn)入管道后到達(dá)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(zhǎng)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(gè)設(shè)備腔體壁，從下部排水口排出，起到降溫的作用。當(dāng)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(shí)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(dá)到大氣壓力，溫度達(dá)到50℃時(shí)整個(gè)流程結(jié)束方可開門取出產(chǎn)品。

通過實(shí)際操作冷卻系統(tǒng)運(yùn)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(jìn)

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

通過大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，在保證加熱效率的同時(shí)進(jìn)行了兩點(diǎn)改進(jìn)：

1) 改進(jìn)了擋流板的結(jié)構(gòu)及攪拌風(fēng)扇的形狀

通過查表可知風(fēng)扇直徑大小，風(fēng)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(fēng)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(dāng)調(diào)整，比風(fēng)扇直徑小5 mm。擋流板安裝位置更接近風(fēng)扇進(jìn)風(fēng)口。

2) 加熱棒附近增加了測(cè)溫?zé)崤?/p>

在加熱棒附近安裝測(cè)溫?zé)崤寄靠筛又庇^、迅速的監(jiān)控加熱情況。并且設(shè)定一個(gè)上限溫度值，當(dāng)此位置溫度超過上限值時(shí)即加熱管工作異常，設(shè)備會(huì)迅速停止工作流程，并發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)，避免因溫度過高而損壞產(chǎn)品。

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

表2 溫度數(shù)據(jù)對(duì)比表

通過以上兩點(diǎn)的改進(jìn)，當(dāng)加熱至130 ℃時(shí)，測(cè)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(jìn)

設(shè)備整個(gè)工作流程中最高溫度達(dá)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(shí)，設(shè)備工作中表面溫度最高可達(dá)到150 ℃，在包裹保溫層后表面溫度最高達(dá)到70 ℃。有效降低了溫度隔絕了熱量，保護(hù)了操作人員的安全,同時(shí)減少了設(shè)備對(duì)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(hù)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(huì)產(chǎn)生蒸氣，體積迅速膨脹形成壓力會(huì)對(duì)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(shí)冷卻只能使用氣冷，當(dāng)溫度降至95 ℃時(shí)才能通入冷卻水冷卻。當(dāng)溫度達(dá)到50℃時(shí)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(jìn)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

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

2) 溫度均勻性改善，滿足最高溫度與最低溫度點(diǎn)相差小于±5 ℃。

3) 增加了冷卻系統(tǒng)和保溫層后實(shí)現(xiàn)了溫度的多段控制，同時(shí)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(tái)，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)當(dāng)中，用戶反映良好，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。