胶粘剂对光学指纹传感器摩尔纹的影响

2019-11-28孙建成

商品与质量 2019年45期

孙建成

上海箩箕技术有限公司上海 201206

1 胶粘剂的介绍

胶粘剂是粘结两种不同物体的材料，光学胶粘剂从形态上来分主要分为水胶，OCA（Optically Clear Adhesive）和片胶三种状态。本文主要介绍一下光学水胶胶粘剂对光学指纹传感器在温度变化时产生摩尔纹的影响。随着电子产品和信息化的迅速发展，越来越多的产品会用到光学指纹传感器，比如手机，智能门锁，汽车等等。其中水胶胶粘剂是光学指纹传感器组装过程中必不可少的材料之一。光学指纹传感器存在因温度或者环境变化而产生摩尔纹问题，因为摩尔的形状和指纹的形状非常类似，软件无法准确区分识别，因此会影响光学指纹传感器的正常工作，降低其性能。如何解决或者减轻摩尔纹是光学指纹传感器的重要课题之一。

光学用水胶的从材料来区分，可以分为三类：

（1）有机硅胶体系胶水。

（2）环氧体系胶水。

（3）丙烯酸酯体系胶水。每种体系的胶水具有其自身优点。

有机硅胶不会产生黄变、雾化等不良。无刺激性气味，表面的浸润能力比较好，粘度大但流动性好，贴合后扩散快，不需要加热，收缩率小，热稳定性极佳，不容易吸收空气，所以使用过程中不易产气泡。吸震性较好，做钢珠测试，产品不易产生破裂。

环氧胶粘剂有多种极性基团和环氧基，它在使用的过程中能够产生巨大的内聚强度，使物体能够很好的胶合在一起。环氧胶粘剂主要成分是环氧树脂，它无毒无公害，能够起到环保的作用。环氧胶粘剂具有良好的耐腐蚀性和介电性，有着良好的使用效果。环氧胶粘剂的成本较低，而且能够大批量的生产和制造，价格便宜。

丙烯酸酯胶水高强度、耐冲击，耐候性佳，可油面粘接，使用方便、抗冲击及剪切力强，固化速度快。

2 光学指纹传感器模组的介绍

光学指纹传感器就像一部微型照相机：当你按压手指的时候，它就对你的指纹进行拍照。这样你的指纹就采集好了，然后再传递给后端的处理器处理。

当你把手指放上去的时候，采集头发射出来的光线会被你的手指挡回来。由于指纹上有脊（凸起的部分）有谷（凹下的部分），光线遇到它们后会发生不同的折射和反射，导致返回的光线有明暗之分。反射回来的光线再经过准直器的滤光处理，打在感光元件上，就可以成像。

准直器：通常光线是发散的，即开始相邻的两条光线传播后会相离越来越远。准直通俗说就是保持光线之间是平行的。就是让发散的光变成准直的光的器件。

光学指纹传感器模组主要有两部分组成，光学指纹传感器元件和光学准直器。两者之间使用水胶贴合粘结在一起。因为光学指纹传感器的分辨率和准直器单元大小接近，所以在光传输下来的时候会产生摩尔纹现象。摩尔纹在常温下可以通过软件处理消除。但是装到产品上以后，因为使用环境温度等条件的变化，光学指纹传感器和准直器之间会产生微小的相对移动，导致常温下消除的摩尔纹在高温或者低温条件下复现。光学指纹传感器和准直器空间匹配变化是导致摩尔纹复现的主要原因。

3 水胶对光学指纹模组高低温摩尔纹的影响

水胶作为粘结两者之间的材料，其性能对高低温摩尔纹复现有着极其重要的影响。通过上面对三种不同材料的胶水特性对比，可以知道硅胶体系的胶水具有低收缩率和热稳定性优良的特点。为了解决温度变化导致的位移问题，我们选择有机硅体系胶水作为研究的重点。我们通过筛选对比测试，发现胶水的Tg温度转变点，杨氏模量，邵氏硬度对高低温摩尔纹有着重要的影响。下面分别介绍这三个变量是如何影响高低温摩尔纹的。

Tg点：玻璃转化温度，单位为摄氏度。水胶在Tg点两侧的热膨胀系数不同。如果Tg点刚好在客户要求的光学指纹模组使用温度范围内（-20摄氏度到60摄氏度），胶水就可能会出现两种状态，导致胶水，光学指纹传感器，准直器无法同步膨胀和收缩，由此产生空间匹配失位，从而产生摩尔纹。因此水胶的Tg点必须高于60摄氏度，或者低于零下20摄氏度。例如一款水胶的Tg点是30摄氏度，低于30摄氏度时的热膨胀系数是279ppm，高于30摄氏度时的热膨胀系数是155ppm。当光学指纹传感器指纹模组在室温25摄氏度处理掉摩尔纹以后，使用者在高于30度的环境下使用，那么胶水的热膨胀系数相比处理摩尔纹时变小，三种物体不能同步膨胀收缩，因此会产生空间相对位置发生变化，导致处理掉的摩尔纹复现。

杨氏模量：是表征在弹性限度内物质材料抗拉或抗压的物理量，它是沿纵向的弹性模量。在物体的弹性限度内，应力与应变成正比，比值被称为材料的杨氏模量。杨氏模量的大小标志了材料的刚性，杨氏模量越大，越不容易发生形变。因此未来减轻摩尔纹应该选择高杨氏模量的水胶。通过大量测试数据，杨氏模量需要>0.6GPa以上才能很好的解决光学指纹传感器模组的高低温摩尔纹问题。

邵氏硬度：是指用邵氏硬度计测出的值的读数，它的单位是“度”。其测量原理是在特定的条件下把特定形状的压针压入塑料、橡胶与玻璃等非金属试样而形成压入深度，再把压入深度转换为硬度值。邵氏硬度度数越大表示材料越硬，度数越小表示材料越软。邵氏硬度太大，水胶就无法有上下两层的器件一起膨胀和收缩，因此并不是邵氏硬度越大对减轻摩尔纹越有利。邵氏硬度太小，在模组受到外力时又容易产生形变，同样导致光学指纹传感器和准直器的失位，产生摩尔纹。因此邵氏硬度是有一个最佳范围的，通过测试得知，当邵氏硬度在50D到70D之间时，光学指纹传感器模组的高低温摩尔纹最轻微。