触摸屏硬对硬真空贴合工艺的研究和应用 触摸屏全贴合工艺
时间：2020-03-11 07:28:30 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：在电容式触摸屏Cover lens和ITO sensor贴合的过程中，容易产生气泡和位置的偏差，针对以上缺陷产生的原因，对贴附机构做出了对应的设计，采用真空贴合、专用模具等方法，有效地消除了不良品产生的原因，显著提高了产品的良品率。
关键词： 硬对硬；真空贴合；模具
中图分类号：TN949.199 文献标识码：B
Research and Application of Hard to Hard Vacuum Laminating on the Laminating Technology of the Touch Screen
SUN Bei-bei, LV Dong-mei, YU Bai-ling, XU Jiang-chao, LU Zhi-juan
(CETC No.2 Research Institute, Taiyuan Shanxi 030024, China)
Abstract: In the laminating process of the capacitive touching screen Cover lens and ITO sensor, there is a bubble easily and the deviation of position. In the view of the above causes, we should make the corresponding design to the attached agencies and use vacuum laminating and dedicated mold method. In this way, we can eliminate the defect cause effectively and improve the products yield.
Keywords: hard to hard; vacuum laminating; mold
引 言
触摸屏的贴附流程是触摸屏生产流程中的一个重要环节，其中ITO导电玻璃或面板（ICON SHEET）与玻璃盖板（Cover lens）之间的贴附又是贴附流程的一个关键组成部分，其贴附后的精度与外观都直接影响着产品质量和合格率，贴合组件示意图如图1所示。
目前Cover lens和ITO sensor之间贴合用的介质主要有两种，一种是固态光学透明胶，另一种是液态光学透明胶。现在绝大多数厂家采用的是固态光学透明胶作为介质的贴合方式，本文所涉及的硬对硬真空贴合方式也是针对固态光学胶作为介质的贴合。
1 硬对硬贴附机构总体设计
气泡和位置的偏差是Cover lens和ITO sensor之间贴合时最常见的问题。气泡常见的原因是，贴合时两层之间封闭有较多气体无法排出，贴合过程中两板受力不均等原因；位置的偏差主要是由于机械结构的稳定性不好、动作的误差、调节机构的不方便等因素造成。
设计的关键是兼顾机构的稳定性、良好的调节性和使用的方便性。在真空环境下，通过专用模具的准确定位，对贴合速度、压入量和贴合温度等因素的精确控制，保证产品在贴附后的精度及气泡的减少。
1.1 确定总体结构
整体结构主要是由真空腔体部件和平台部件两大部分组成，如图2所示。其中真空腔体部件是由真空腔体和滚压机构（滚压机构在真空腔体内部，详见图3）组成。真空腔体的真空度通过压力开关检测，由PLC控制电磁阀通断来控制真空泵的工作，从而保证了真空设定值的大小；滚压机构是由伺服电机+精密滚珠丝杠驱动，对贴合产品进行滚压，胶辊滚压的压力由手动精密调压阀调节控制，滚压机构胶辊与贴合产品的平行可以通过滚压机构的调节机构进行调节。平台部件的Cover lens模具可以上下移动，保证了贴合时Cover lens上表面高于模具面，使胶辊能完全接触到Cover lens。平台的温度由温度控制仪调节控制，通过热电耦检测反馈来控制温度。
工作原理：先将ITO sensor放到平台部件的ITO sensor专用模具凹槽里，然后再将Cover lens放到ITO sensor上面的Cover lens模具凹槽里。ITO sensor和Cover lens放好之后，腔体部件下降与平台部件组成一个密闭腔体，并开始抽真空，当真空值达到设定值后，滚压部件的胶辊由气缸驱动下降，开始贴合滚压，贴合完成后，真空腔体开始泄真空，当气压平稳后，腔体上升复位，同时滚压部件也复位。
1.2 腔体部件的设计
腔体部件的设计要保证真空腔体的安全可靠和滚压机构的运动平稳、调节方便等因素。腔体内部结构示意图如图3所示。
1.2.1 真空腔体的强度设计及密封设计
腔体部件的真空室属于盒形壳体，查阅真空设计手册（P686）得知，盒形壳体的厚度可以按矩形平板计算，计算公式为：
S――壳体实际厚度，单位cm；
So――壳体计算壁厚，单位cm；
C――壁厚附加量，单位cm；
B――矩形板的窄边长度，单位cm；
[σ]――弯曲时的许用应力，单位[Mpa]；
C――一般是由材料最大负公差引起的壁厚附加量。
其适用条件是板周围固定，受外压小于0.1Mpa。真空贴合所需要的真空是-60～90Kpa左右，按外压为0.1Mpa换算，以一个标准大气压作为零线，则腔体内的真空大小是-0.1Mpa，也就是-100Kpa，满足公式计算的要求。
腔体所选用的材料是2A12，这是一种高强度硬铝。2A12力学性能：
抗拉强度σb(MPa)：≥390
条件屈服强度σs(MPa)：≥255
（1） 按抗拉强度确定许用应力
nb是材料的抗拉安全系数，有色金属及合金的值取3。
（2） 按屈服极限确定许用应力
ns是材料的屈服安全系数，有色金属及合金的值取1.5。
矩形板的窄边尺寸B为17.6cm。
S=So+C，此计算只考虑由板材的最大负公差引起的壁厚附加量，选附加量为0.4mm，壁厚应为3.86mm。考虑到腔体安装使用的方便性，腔体的壁厚取12mm，远远大于计算所得的安全壁厚。
腔体的密封也是设计的一个重要方面，腔体板与板的连接都应采取必要的密封措施。我们这里采用的是橡胶密封，设计密封槽时，密封槽的截面面积要求稍小于橡胶密封圈的截面面积。橡胶压缩后的充填因素Φ>1，橡胶的压缩量通常为15%～30%。
腔体的密封槽采用梯形密封槽，查阅真空设计手册（P470）可得知其尺寸，如图4所示。
B约为0.7D，C约为0.9D。选择3mm的O形圈，则B是2.1mm，C是2.7mm。
1.2.2 滚压机构的设计
滚压机构的设计要充分考虑到结构的稳定性、调节的方便性等方面的因素，这样才能保证贴合时的受力均匀，使用的方便快捷，如图5所示。
滚压机构由伺服电机+精密滚珠丝杠+导轨驱动，保证了滚压的平稳。滚压的速度也可以根据贴合的要求控制伺服电机转速实现精确调节。滚压的执行零件是胶辊，胶辊的上下由气缸驱动，通过两个直线轴承保证了胶辊上下运动平稳。滚压的压力可以根据实际生产的要求通过精密调压阀调节气缸的压力来达到理想效果。调节螺钉1和螺钉2可以使胶辊绕转轴做轻微的转动，这样可以调节胶辊和Cover lens的平行度，保证受力的均匀，减少气泡的产生。
1.3 平台部件的设计
平台部件的设计要充分考虑到机构运动的平稳性、贴合产品的位置精确度、使用调节的方便等因素，如图6所示。
模具1是用来放Cover lens的，可以做上下移动，它是通过四个垂直的轴穿过直线轴承做垂直上下移动。调节四个限位螺母的高度后，由于弹簧的伸缩，模具1的高度也随之上升（如图7所示）。模具2是用来放ITO sensor的，它上面有固定的凹槽，ITO sensor只需要准确地放在凹槽里。模具2的上表面在高于凹槽面的上下部分有四个用来支撑Cover lens的软垫，Cover lens放在模具1的凹槽里，下表面由软垫支撑，使得Cover lens和ITO sensor之间留有约0.5mm的间隙（如图8所示）。
工作流程：ITO sensor放入模具2的凹槽里，上下两边紧靠模具2凹槽的挡边，左右紧靠模具1高于模具2凹槽的挡边。Cover lens放入模具1的凹槽里，紧靠模具1凹槽的四周挡边，放好产品后平台加真空，腔体下降，压迫模具1下降，使得Cover lens上表面高于模具1（详见图8），这时腔体抽真空，达到设定的真空值后，胶辊下降，开始对产品进行滚压。由于胶辊滚压是从产品的边缘一侧开始，另一侧在滚压时由于软垫的支撑使得Cover lens和ITO sensor之间存在微小的间隙，方便了两板之间气体的排除，有效地减少了气泡的产生。
2 设计的验证及运用
我们将此硬对硬真空贴附机构移植在现有成熟的真空硬对硬贴附机上，成功地开发出一种新型的贴附机，整机性能在国内外处于领先水平，现已交付用户，设备运行良好，得到客户的高度赞扬。
3 结 论
硬对硬真空贴合技术，解决了Cover lens和ITO sensor贴附的难点，既保证了贴附的精度，又杜绝了“气泡”的产生。设计过程中对机械精度、电气压力控制和使用操作的方便性等问题做了分析，体现了机电一体化设计的理念。随着技术的进步发展，触摸屏贴附也将产生新的工艺，届时必将会出现新的机构、设备去适应技术的变革。
参考文献
[1] 成大先. 机械设计手册[M]. 北京：化学工业出版社，2004.
[2] 祝燮权. 实用五金手册[M]. 上海：上海科学技术出版社，2000.
[3] SMC气动元件（SMC样本）（中文第五版）[Z]. CAT.C01-4L.
[4] 达道安. 真空设计手册（第3版）[M]. 北京：国防工业出版社，2006.省略。
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