電容式觸摸屏點膠貼合技術與設備研究

段青鵬，劉永立，趙乃輝

(中國電子科技集團公司第二研究所，山西太原030024)

目前在電容式觸控面板上主要采用了四種技術，包括 G+G、In-cell、On-cell、OGS。其中 G+G 是傳統TFT LCD加外掛式投射電容觸控面板(合計4片玻璃基板)；內嵌投射電容觸控的TFT LCD(合計3片玻璃基板)；AMOLED加On-cell投射電容觸控面板及保護玻璃(合計3片玻璃基板)；TFT LCD加外掛式OGS投射電容觸控面板 (合計3片玻璃基板)。其中In-cell與OGS觸控技術因為可以作到更輕薄，成為手機行業最受關注的兩大顯示技術。

無論采用何種技術，玻璃基板之間都需要進行貼合工藝，它主要是以水膠或光學膠將顯示面板、觸摸屏、保護玻璃以無縫隙的方式完全粘貼在一起，是非常關鍵的工藝流程。電容式觸摸屏點膠貼合設備采用的是水膠貼合的方式，應用在硬對硬貼合的材質，它可以完成觸摸屏和保護蓋板之間的貼合，也可以完成觸摸屏和顯示屏TFT LCD之間的貼合。

1 兩種電容式觸摸屏貼合工藝比較

在觸摸屏貼合工藝中，主要有兩種貼合方式，一種是OCA膠帶，另一種是水膠工藝。OCA工藝，采用OCA（Optical clear Adhesive）光學透明膠帶或無基材光學膠帶進行貼合，簡單地說，就是采用高透光性的雙面膠帶進行貼合。該膠帶材料的主要成分是以壓克力(Acrylic)為主，具有高黏性、高透光性(＞90%)、耐候性佳(抗UV)等優點，最適合應用于透明材質的貼合。OCA工藝需要二次貼合,主要有網板和真空兩種貼合方法；水膠工藝，使用液態光學透明膠貼合透明光學元件，利用波長250～400 nm的紫外線照射液態光學透明膠使其固化，進行貼合。此種光學膠無色透明、透光率極高，通過可見光、UV、中高溫、潮氣等方式固化，具有粘接強度良好、固化收縮率小、耐黃變、硬度偏軟等特性。

在這兩種貼合工藝中，水膠貼合總體來說優于OCA貼合。水膠貼合工藝難以有效地控制溢膠是其最大的缺點，而且不適用于軟對硬的貼合，但是水膠貼合具有高透光率和良品率，尤其對于中大尺寸和高靈敏度電容屏的貼合，其成本價格優于OCA，使得硬對硬貼合中使用液態水膠已經成為行業趨勢。另外液態光學水膠貼合取代固態OCA貼合的一個很重要的原因是它更能適應高度差和表面不平整的問題，也就能更好地解決氣泡問題。本文所述是新近開發研究的采用水膠貼合的工藝設備。

2 點膠貼合設備的主要工作原理和工藝流程

點膠貼合設備采用人工手動完成上下料，銷定位、真空吸附固定。通過將上基板涂布水膠，翻轉后下基板上升，在上升過程中擠壓水膠，由于液態水膠具有流動性，使得上下基板之間的水膠均勻地擴散流平，當整個擴散流平完成后，對其進行預固化完成貼合流程。對貼合位置精度要求高的場合，可以通過CCD圖像識別系統和精確的平臺運動機構將其矯正對位。工藝流程見圖1所示。

圖1 點膠貼合設備工藝流程圖

3 主要技術難點

電容式觸摸屏點膠貼合，一種是觸摸屏和保護蓋板之間的貼合，一種是已經貼合的觸摸屏和顯示面板模組（簡稱LCM）之間的貼合。這兩種貼合都需要精確的點膠量控制，以及很高的位置精度和厚度精度要求，否則會對將來的觸控和顯示帶來影響，很多TP廠商都對貼合提出了嚴格的要求：

貼合位置精度要求：±0.05 mm。

貼合厚度精度要求：總厚度±10%。

另外，貼合過程中贓物、異物和溫度對產品的良率影響很大，對此類設備提出了較高的要求。

4 設備整體解決方案

針對這些工藝難點，通過與用戶的交流，以及對點膠貼合整個工藝過程的了解，經過大量工藝實驗和數據分析，找到了造成電容式觸摸屏產品良率低下的原因，制定出設備需要提供的工藝環境工作流程，結合用戶現場的實際生產情況、人員操作情況、工作效率等多種因素，確定了設備的整體解決方案。本文所述設備包括點膠系統、上、下平臺貼合系統及測厚系統、CCD視覺對位系統、電氣控制系統。為了滿足貼合工藝要求，減小贓物、異物等影響，需要將設備安裝在無塵室中，設備頂部安裝FFU凈化單元，可有效提高產品的良率。

4.1 點膠系統

點膠系統是完成整個水膠貼合工藝的前提，必須精確地控制點膠量。它主要由一套三軸運動系統和點膠裝置組成，三軸運動控制系統通過伺服電機反饋控制實現。點膠機構運動在上吸附平臺上，主要是對上吸附平臺上固定的玻璃基板表面進行點膠。為了在貼合過程中不產生氣泡，點膠的圖形一般是雙“Y”或畫點型，并且盡量減小交點。

精確控制點膠量，一般靠時間-壓力點膠系統來實現，此類點膠系統主要有針筒控制類型和壓力罐控制類型。針筒控制可以應用在小批量生產過程中，容量在50～120 mL；壓力罐控制一般配合點膠閥使用，適用于大批量的點膠控制，不用經常更換針筒，壓力罐一般在1～2 L。點膠壓力罐設計帶有真空抽氣，能去除水膠在運輸過程中產生的氣泡。

4.2 上、下平臺貼合系統

上、下平臺分別固定待貼合的兩個玻璃基板，都帶有銷定位和真空吸附固定。其中上平臺可通過翻轉電機來實現180°翻轉，下吸附臺可通過伺服電機反饋精確控制升降運動，升降距離是根據測量玻璃的實際厚度后計算出來的數值，這樣保證了產品厚度一致性的要求，避免了玻璃的厚度誤差帶來的膠層厚度的不一致。圖2為上、下吸附平臺在點膠貼合過程中運動的4個步驟。

第一步將上、下兩個玻璃基板利用定位銷分別固定在上、下平臺上，真空吸附固定，點膠系統對位于上平臺上的玻璃基板進行點膠；第二步通過翻轉電機上平臺翻轉180°；第三步對完成翻轉的上平臺機械固定；第四步上平臺緩慢上升，水膠逐漸壓縮擴散至兩個玻璃基板完全貼合。在整個貼合過程中第四步是最為重要的，對上升的距離和貼合的速度都必須精確控制，整個過程要盡可能地減慢，可以分多個速度過程來完成，這樣才可能將氣泡完全排干凈，提高產品的良率。

上、下兩個平臺需要較好的平面度，且之間具有較高的平行度，如此才能保證貼合后產品的厚度精度和均勻性的要求。

圖2 上、下吸附平臺系統在點膠貼合過程中的四個步驟

4.3 貼合后位置精度的數據分析

在貼合完成后，上、下兩個玻璃基板之間是有位置誤差的，有的產品要求精度比較高，需要進行CCD視覺系統進行精確連續對位。圖3中，上玻璃為觸摸屏，下玻璃為保護玻璃，兩個玻璃的長度和寬度方向的距離分別為31.00 mm和31.55 mm，利用本文所述的設備進行水膠貼合作業10次，測得其長度和寬度方向的距離公差為0.11 mm和0.19 mm。通過對大量TP工廠進行測量的數據表明：在不進行CCD視覺對位的情況下，本文所述設備的貼合位置精度為±0.2 mm。對于精度要求不高的產品，可以不采用CCD視覺對位。

利用CCD相機對上、下兩個玻璃基板的MARK點進行拍照并計算，可以將貼合后的產品精確對位。圖4中，本文所述的設備進行水膠貼合作業10次，對圖中上邊距和左邊距的①、②、③、④四個長度進行測試，測試的誤差分別為0.035 mm、0.038 mm、0.037 mm、0.042 mm，通過對大量 TP工廠進行測量的數據表明：在進行CCD視覺對位的情況下，本文所述設備的貼合位置精度為±0.05 mm。對于精度要求高的產品，可以采用CCD視覺對位系統達到±0.05 mm的精度。

圖3 僅利用銷定位進行貼合后位置精度

圖4 利用CCD視覺系統進行貼合后位置精度

4.4 測厚系統

測厚系統主要是為了保證貼合產品厚度的精度要求，主要原理是在上平臺翻轉之前通過上、下平臺光學測厚儀，分別對上、下兩個玻璃基板進行測厚，根據所需要的產品厚度或膠層厚度計算出下平臺所需要上升的距離，這樣在上下平臺有較好的平面度和平行度的情況下，極大程度上避免了上、下玻璃基板的誤差對整個貼合產品的影響。如圖5所示。

圖5 測厚系統示意圖

利用本文所述的設備對5個要求不同厚度的產品進行水膠貼合作業9次，得到了厚度數據見表1。通過光學測厚儀（測量精度0.001 mm），最終完成貼合產品的貼合厚度精度要求可以滿足總厚度的±10%。

表1 五種要求不同厚度產品的實際厚度mm

5 結論

電容式觸摸屏是目前的主流觸摸屏技術，其在中小尺寸市場上尤其是智能手機等方面占有極大地優勢地位。而水膠貼合又是其中非常關鍵的工藝流程，本文所述設備的研制開發解決了OCA貼合中帶來的種種弊端，滿足了水膠貼合工藝中對產品位置精度和厚度精度的要求，提高了產品的性能和良率，有效降低了成本，也會對相關領域相關技術的發展起到積極的推動作用。

[1]孫紅飚，趙乃輝.從全貼合技術發展分析觸控面板市場發展趨勢[J].電子工業專用設備，2013(6)：45-49.

[2]劉靜瑜.專注中小尺寸成功躋身一流[J].國際光電與顯示，2014(4)：44-46.