孫建成

上海籮箕技術(shù)有限公司 上海 201206

1 膠粘劑的介紹

膠粘劑是粘結(jié)兩種不同物體的材料，光學(xué)膠粘劑從形態(tài)上來分主要分為水膠，OCA（Optically Clear Adhesive）和片膠三種狀態(tài)。本文主要介紹一下光學(xué)水膠膠粘劑對光學(xué)指紋傳感器在溫度變化時產(chǎn)生摩爾紋的影響。隨著電子產(chǎn)品和信息化的迅速發(fā)展，越來越多的產(chǎn)品會用到光學(xué)指紋傳感器，比如手機，智能門鎖，汽車等等。其中水膠膠粘劑是光學(xué)指紋傳感器組裝過程中必不可少的材料之一。光學(xué)指紋傳感器存在因溫度或者環(huán)境變化而產(chǎn)生摩爾紋問題，因為摩爾的形狀和指紋的形狀非常類似，軟件無法準(zhǔn)確區(qū)分識別，因此會影響光學(xué)指紋傳感器的正常工作，降低其性能。如何解決或者減輕摩爾紋是光學(xué)指紋傳感器的重要課題之一。

光學(xué)用水膠的從材料來區(qū)分，可以分為三類：

（1）有機硅膠體系膠水。

（2）環(huán)氧體系膠水。

（3）丙烯酸酯體系膠水。每種體系的膠水具有其自身優(yōu)點。

有機硅膠不會產(chǎn)生黃變、霧化等不良。無刺激性氣味，表面的浸潤能力比較好，粘度大但流動性好，貼合后擴散快，不需要加熱，收縮率小，熱穩(wěn)定性極佳，不容易吸收空氣，所以使用過程中不易產(chǎn)氣泡。吸震性較好，做鋼珠測試，產(chǎn)品不易產(chǎn)生破裂。

環(huán)氧膠粘劑有多種極性基團(tuán)和環(huán)氧基，它在使用的過程中能夠產(chǎn)生巨大的內(nèi)聚強度，使物體能夠很好的膠合在一起。環(huán)氧膠粘劑主要成分是環(huán)氧樹脂，它無毒無公害，能夠起到環(huán)保的作用。環(huán)氧膠粘劑具有良好的耐腐蝕性和介電性，有著良好的使用效果。環(huán)氧膠粘劑的成本較低，而且能夠大批量的生產(chǎn)和制造，價格便宜。

丙烯酸酯膠水高強度、耐沖擊，耐候性佳，可油面粘接，使用方便、抗沖擊及剪切力強，固化速度快。

2 光學(xué)指紋傳感器模組的介紹

光學(xué)指紋傳感器就像一部微型照相機：當(dāng)你按壓手指的時候，它就對你的指紋進(jìn)行拍照。這樣你的指紋就采集好了，然后再傳遞給后端的處理器處理。

當(dāng)你把手指放上去的時候，采集頭發(fā)射出來的光線會被你的手指擋回來。由于指紋上有脊（凸起的部分）有谷（凹下的部分），光線遇到它們后會發(fā)生不同的折射和反射，導(dǎo)致返回的光線有明暗之分。反射回來的光線再經(jīng)過準(zhǔn)直器的濾光處理，打在感光元件上，就可以成像。

準(zhǔn)直器：通常光線是發(fā)散的，即開始相鄰的兩條光線傳播后會相離越來越遠(yuǎn)。準(zhǔn)直通俗說就是保持光線之間是平行的。就是讓發(fā)散的光變成準(zhǔn)直的光的器件。

光學(xué)指紋傳感器模組主要有兩部分組成，光學(xué)指紋傳感器元件和光學(xué)準(zhǔn)直器。兩者之間使用水膠貼合粘結(jié)在一起。因為光學(xué)指紋傳感器的分辨率和準(zhǔn)直器單元大小接近，所以在光傳輸下來的時候會產(chǎn)生摩爾紋現(xiàn)象。摩爾紋在常溫下可以通過軟件處理消除。但是裝到產(chǎn)品上以后，因為使用環(huán)境溫度等條件的變化，光學(xué)指紋傳感器和準(zhǔn)直器之間會產(chǎn)生微小的相對移動，導(dǎo)致常溫下消除的摩爾紋在高溫或者低溫條件下復(fù)現(xiàn)。光學(xué)指紋傳感器和準(zhǔn)直器空間匹配變化是導(dǎo)致摩爾紋復(fù)現(xiàn)的主要原因。

3 水膠對光學(xué)指紋模組高低溫摩爾紋的影響

水膠作為粘結(jié)兩者之間的材料，其性能對高低溫摩爾紋復(fù)現(xiàn)有著極其重要的影響。通過上面對三種不同材料的膠水特性對比，可以知道硅膠體系的膠水具有低收縮率和熱穩(wěn)定性優(yōu)良的特點。為了解決溫度變化導(dǎo)致的位移問題，我們選擇有機硅體系膠水作為研究的重點。我們通過篩選對比測試，發(fā)現(xiàn)膠水的Tg溫度轉(zhuǎn)變點，楊氏模量，邵氏硬度對高低溫摩爾紋有著重要的影響。下面分別介紹這三個變量是如何影響高低溫摩爾紋的。

Tg點：玻璃轉(zhuǎn)化溫度，單位為攝氏度。水膠在Tg點兩側(cè)的熱膨脹系數(shù)不同。如果Tg點剛好在客戶要求的光學(xué)指紋模組使用溫度范圍內(nèi)（-20攝氏度到60攝氏度），膠水就可能會出現(xiàn)兩種狀態(tài)，導(dǎo)致膠水，光學(xué)指紋傳感器，準(zhǔn)直器無法同步膨脹和收縮，由此產(chǎn)生空間匹配失位，從而產(chǎn)生摩爾紋。因此水膠的Tg點必須高于60攝氏度，或者低于零下20攝氏度。例如一款水膠的Tg點是30攝氏度，低于30攝氏度時的熱膨脹系數(shù)是279ppm，高于30攝氏度時的熱膨脹系數(shù)是155ppm。當(dāng)光學(xué)指紋傳感器指紋模組在室溫25攝氏度處理掉摩爾紋以后，使用者在高于30度的環(huán)境下使用，那么膠水的熱膨脹系數(shù)相比處理摩爾紋時變小，三種物體不能同步膨脹收縮，因此會產(chǎn)生空間相對位置發(fā)生變化，導(dǎo)致處理掉的摩爾紋復(fù)現(xiàn)。

楊氏模量：是表征在彈性限度內(nèi)物質(zhì)材料抗拉或抗壓的物理量，它是沿縱向的彈性模量。在物體的彈性限度內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，比值被稱為材料的楊氏模量。楊氏模量的大小標(biāo)志了材料的剛性，楊氏模量越大，越不容易發(fā)生形變。因此未來減輕摩爾紋應(yīng)該選擇高楊氏模量的水膠。通過大量測試數(shù)據(jù)，楊氏模量需要>0.6GPa以上才能很好的解決光學(xué)指紋傳感器模組的高低溫摩爾紋問題。

邵氏硬度：是指用邵氏硬度計測出的值的讀數(shù)，它的單位是“度”。其測量原理是在特定的條件下把特定形狀的壓針壓入塑料、橡膠與玻璃等非金屬試樣而形成壓入深度，再把壓入深度轉(zhuǎn)換為硬度值。邵氏硬度度數(shù)越大表示材料越硬，度數(shù)越小表示材料越軟。邵氏硬度太大，水膠就無法有上下兩層的器件一起膨脹和收縮，因此并不是邵氏硬度越大對減輕摩爾紋越有利。邵氏硬度太小，在模組受到外力時又容易產(chǎn)生形變，同樣導(dǎo)致光學(xué)指紋傳感器和準(zhǔn)直器的失位，產(chǎn)生摩爾紋。因此邵氏硬度是有一個最佳范圍的，通過測試得知，當(dāng)邵氏硬度在50D到70D之間時，光學(xué)指紋傳感器模組的高低溫摩爾紋最輕微。

4 結(jié)語

隨著5G的發(fā)展，智能手機的功能日益強大，智能門鎖的逐漸普及，光學(xué)指紋模組的應(yīng)用和市場前景會越來越廣闊。