指纹模组生产中高温除泡设备的改进

林 波，耿 涛，魏海燕

(中电科风华信息装备股份有限公司，山西 太原 030024)

1 概述

除泡设备在平板显示行业应用十分广泛，从最初的玻璃与偏光片贴合后的除泡，随后应用到模组贴合，保护膜贴合后的除泡，到现在流行的OLED与曲面玻璃的贴合。随着手机中指纹按键的广泛应用，为对应指纹模组边框胶气泡的问题，特别研制出高温除泡设备。该设备在应用中很好的消除了指纹模组边框胶中的气泡。具有产能大、效率高、不良品率低等特点。同时实现了分段升温升压，分段降温降压的功能，满足了生产工艺要求。

2 事例及工艺流程改进

2.1 事例介绍

指纹模组由陶瓷基板(基板表面制作电路)和贴附于表面的玻璃盖板组成，通过OCA胶贴合后在两者结合边缘处点边框胶。边框胶起到防潮防尘的作用。边框胶若自然固化需要等待一天以上的时间且在胶体内部的气泡无法去除。

通过高温脱泡设备可大大缩短边框胶的固化时间，并且能够除掉胶体中的气泡，提高良品率。150 ℃(温度均匀性±5 ℃)的高温烘烤可去除掉胶体中的水分加速胶水的固化，0.6 MPa的压力可将胶内的气泡压碎并排除。通过增加冷却系统实现了分段升、降温功能。

2.2 指纹模组除泡工艺要求及流程图

指纹模组除泡工艺要求见表1，生产流程对比图见图1。

表1 除泡工艺要求表

图1 生产流程对比图

3 关键部件结构的改进

3.1 冷却系统

冷却系统由气冷管路和水冷管路两套组成。冷却系统管路设置于除泡设备夹套内，在其中通入冷却气体和冷却水达到降低设备内部温度的效果。管道布局见图2。

图2 管道布局图

气冷管路启动：除泡设备排气同时气冷管道阀门开启，通入0.2 Mpa的压缩空气。通过设置在设备底部的4个进气孔将压缩空气引入夹套内部。压缩空气流过腔体内壁外侧可将设备内部的热量带走并从顶部的排气孔排出，从而起到降温的效果。此过程持续约15 min可将温度从110 ℃降至95 ℃。

根据热量计算公式Q=C×M×(t2-t1)，

Q：热量

M：物体的比热

t2：物体最后温度

t1:物体最后温度

将设备温度从95 ℃降至50 ℃时Q总=Q空气+Q筒体，

Q空气=5 000*1.29*45=290250J Q筒体=0.5*600*45=13500J

需要降温的总热量为303750J。

水冷管路启动：当设备温度降至95 ℃时气冷管道关闭，水冷管道开启。冷却水从进水口进入管道后到达设备顶部水冷喷淋管如图3。喷淋管由两根φ20铜管制作长度850 mm，铜管侧壁打两排φ4喷淋孔。冷却水从喷淋孔中均匀的喷洒到腔体内壁外侧顶部后流经整个设备腔体壁，从下部排水口排出，起到降温的作用。当设备温度降至设定值3后停止冷却，并在此状态下保持Z分钟。

图3 水冷喷淋管

保持时间完成后设备排气水冷管道再次开启，等待设备内压力达到大气压力，温度达到50℃时整个流程结束方可开门取出产品。

通过实际操作冷却系统运行平稳流畅可满足多温度段的工作要求。

3.2 加热搅拌系统的改进

因加热系统位于设备后端，工作时势必形成在加热管附近热量聚集温度过高的情况，这样就会损坏放置在后部的产品。为避免上述情况发生同时改善温度均匀性，通过改进加热搅拌系统结构使设备内部的空气流动加强。

通过大量的实验数据和经验，在保证加热效率的同时进行了两点改进：

1) 改进了挡流板的结构及搅拌风扇的形状

通过查表可知风扇直径大小，风扇转速和空气流量的关系。流量越大热交换效果越好，设备的温度均匀性越好。

将原有风扇直径加大20 mm,高度加高10 mm，叶片由原有的焊接方式变为插片方式。挡流板的开孔尺寸适当调整，比风扇直径小5 mm。挡流板安装位置更接近风扇进风口。

2) 加热棒附近增加了测温热偶

在加热棒附近安装测温热偶目可更加直观、迅速的监控加热情况。并且设定一个上限温度值，当此位置温度超过上限值时即加热管工作异常，设备会迅速停止工作流程，并发出声、光报警信号，避免因温度过高而损坏产品。

改进前后在设备内部相同位置点ABCD四处放置热偶测得温度数据对比表见表2。

表2 温度数据对比表

通过以上两点的改进，当加热至130 ℃时，测量设备内部温度均匀性小于±5 ℃满足使用要求。

3.3 防烫伤及保温措施的改进

设备整个工作流程中最高温度达到150 ℃。因所有承压部件均采用SUS304，在保证设备安全承压的情况下也带来了设备表面温度过高的问题。为解决此问题在设备的前、中、后三段即前段的碟形封头增加30 mm厚度的隔热层，中段的筒体直段部分和后段的椭圆形封头部分增加50 mm厚度的隔热层。隔热层的填充材料采用岩棉隔热层，外部使用SUS304薄板包附。

未包裹岩棉保温层时，设备工作中表面温度最高可达到150 ℃，在包裹保温层后表面温度最高达到70 ℃。有效降低了温度隔绝了热量，保护了操作人员的安全,同时减少了设备对工作车间温度环境的影响。

3.4 程序的优化

根据用户的使用要求，优化程序实现了多段温度、压力功能。由于生产过程的使用温度很高所以在安全防护方面做了充分考虑。冷水直接接触温度高于100 ℃的设备内表面会产生蒸气，体积迅速膨胀形成压力会对设备和人员造成伤害。所以在程序中限定了设备内部温度大于95 ℃时冷却只能使用气冷，当温度降至95 ℃时才能通入冷却水冷却。当温度达到50℃时设备才能够开门取出产品。

4 结束语

指纹模组生产中高温除泡设备改进，具有以下优点：

1) 生产效率提高，一个流程可处理产品数量约2K。良品率可达99%以上。

2) 温度均匀性改善，满足最高温度与最低温度点相差小于±5 ℃。

3) 增加了冷却系统和保温层后实现了温度的多段控制，同时在流程结束后将设备温度降至安全值以下，避免了操作人员烫伤。

现高温除泡设备已售出近百台，广泛应用于生产当中，用户反映良好，创造了巨大的经济价值。