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1、k48正反面main bonding本压机台故障分析和改善报告内容摘要：我所在的TPK宸鸿科技公司是苹果公司的触控屏幕代工厂，k48为苹果公司一款电子产品的型号。Flex和玻璃之间的贴合（bonding）使用的是一款产于新加坡的本压机（main bonding）,正反面本压这两道工序是在整个流程至关重要的工序。这种机器正是我们设备工程师主要维护的机台之一。由于上级领导对k48产品质量看得特别紧，机台的稳定直接影响到产品的质量，因此就本人在设备维护的工作中遇到的故障谈谈自己的见解。关键词：生产 质量要求 热电偶 脉冲 压头 可控硅 一、 关于K48研究现状和研究方法目前由于公司新近的机器种类和型
2、号繁多，新的生产线架设和调试时会遇到很多机器故障，机器零件的寿命有三个阶段：初始磨损期，相对稳定期，寿命终了期。机器在初始磨损期出现故障的频率是最高的。在相对稳定期时，机器故障相对较少，但是由于一些部件的抗疲劳性差或者耐高温性差，需要经常更换。偶尔会遇到比较异常的故障。K48贴合段生产流程最重要的工序为正反面本压（main bonding），对压头的要求非常高，包括了压头水平度，表面平滑度，材料的耐高温性和抗疲劳性；同时对压头加热的温度曲线要求也相对较其他机台苛刻，压力的大小应符合技术标准，加压的时间不得超过29s。主要采用以下方法研究：(一) 观察法当机器出现故障时，我们首先要确认到底是什么
3、故障，这时最直接的方法就是观察法，直接对机台的状况进行一个仔细的观察。将电源开关打到1的位置，打开主电源（main power），让机台运行，观察其状况。这是一种比较直观的方法，只能解决机器的一时之需，但是无法做到彻底地根治故障。(二) 实证研究法本压机对温度曲线的稳定性要求很高，在一个周期内就要对压头的温度进行一次验证，此时就需要用温度检测仪进行温度测量，确认温度曲线是否符合要求。同时可以先做三片产品进行首检，确认导电粒子是否压破，压破表明机台正常。(三) 定量分析法要对机器进行改善旧必须要用定量分析法，对机台的故障次数进行一个统计，从而对机器进行一个彻底地改进。除此之外还有定性分析法，调查
4、法，实验法。二、 k48 bonding段生产线流程简述正面UV点胶光固正面预本压正面ACF贴合反面点胶光固反面本压反面预压反面ACF贴合固(一) 正面ACF（Anisotropic Conductive Film:极性导电胶带）贴合ACF-B200为一机台的型号，其主要功能是将胶带贴附在电子玻璃上，机台各个机构动作由PLC来控制，各个机构的动力由气动系统来提供，人机界面是一个触控屏幕。一线作业员可以按四个按钮进行作业。(二) 正面预压、本压这道工序是用脉冲式热压机来实现的，要完成这道工序机台必须具备的两个条件是：压头加热温度必须达到300，压头下压时的压力必须达到2.8兆帕 。机器的主要功能
5、是压破电子玻璃的导电粒子，使得玻璃和Flex之间能导电，同样的是用PLC来控制机器的整个运行过程。因为Flex与玻璃的对位也要同事进行，所以叫预本压。flex正面本压位置(三) 正面UV点胶光固点胶和光固是两道工序同时进行，点胶是通过精密点胶机在玻璃和flex之间的缝隙间进行点胶，光固是通过光固机的光能量对胶进行一个凝固的作用。光固机的光纤和点胶机的针头是固定在同一个机械臂上，光纤位于针头的左边，机械臂丛左往右移动，这样就可以保证点胶机点胶过后，可以马上进行光固。(四) 反面ACF贴合顾名思义，就是把玻璃翻过一面，给玻璃的中间部位贴上一层长约186mm的胶带。(五) 反面预压和反面本压之所以要
6、把反面预压和反面本压分开，是因为需要贴合的部位达到186mm，范围较大，以防对错位，如果本压时错位，那生产出来的就是废品。因此预压的目的是对位，压头的压力也较小，仅达到0.2 0.3Mpa，预压过后确认位置都符合标准，再传到下一道工序本压。(六) 反面点胶光固三、 正面本压和反面本压的区别、产品质量要求(一) 正面本压和反面本压的区别1. 工序的区别正面本压和预压是在同一台脉冲式热压机上进行的，因此，正面本压需要对位，调整flex和玻璃之间的相对位置，加压时间为26.9s，温度曲线的过程有：温度爬升阶段，温度保持第一阶段（当温度达到300时），温度下降阶段，温度保持第二阶段（当温度达到280时
7、），冷却阶段。热压的主要位置是边缘的两个点。而反面本压和反面预压是分开的两道工序，因此反面本压的过程中不需要对位，加压时间也与正面本压不同，反面本压加压时间达到29s，温度曲线的过程也只有三个阶段，分别为温度爬升阶段，温度保持阶段，冷却阶段。热压的主要位置为贴胶的中间部位。2. 机器零件结构的区别压头的结构：正面脉冲式热压机和反面脉冲式热压机的压头区别在于它的长度和压片。正面脉冲式热压机的压头长度为255mm，它的压片是一长长的片状金属，两头之间没有凹槽，反面脉冲式热压机的压头长度为275mm，它的压片同样是片状金属，两头之间有凹槽。台面和设备的区别：由于正面本压需要调整flex和玻璃之间的相
8、对位置，所以正面脉冲式热压机比反面脉冲式热压机多一个预压的功能，调整位置时需要将玻璃和flex之间的导体部分放大观察，所以正面脉冲式热压机上装有四个摄像头，相当于电子显微镜，而反面脉冲式热压机没有这个设备。(二) 产品质量的要求首先，在电子显微镜下对产品的导电粒子进行严格的检测，确认其导电粒子是否压破，如果没被压破，则无法导电。其次，确认其是否有溢胶，所谓溢胶就是胶受到挤压溢出，使胶露在flex未覆盖的区域。再次，确认其是否有偏位。产品要达到这三个质量要求要满足的条件分别是：第一，温度必须达到300；第二，压头压在玻璃上的位置要正确；第三，必须保证热压机的压头水平。四、 机台的常见故障分析(一
9、) 压头中间热电偶接线处的变形热电偶焊点压片陶瓷1. 压头的结构引起的变形如图所示，热电偶的两个焊点处分别有凹槽，压片是直接受力部位，陶瓷主要是起到支撑的作用，同时还有导热作用。由于热电偶焊点处存在凹槽，陶瓷对凹槽部位没有支撑力，因此压片中间部位对产品的压力只能由压片本身来提供，当压片长期受到2.8MP的压力挤压后，就会慢慢凹陷变形。2. 由于温度升高引起的变形温度对压片金属材料的影响很大，当金属材料受到高温时就会发生膨胀，使压片伸长，由于两头是固定的，所以压片向上拱起弯曲变形。(二) Thermoder Error(温度测试错误)This indicates that the thermoc
10、ouple connection is faulty. A K-type thermocouple wire is micro spot welded onto the tip of the thermode.he spot weld is protected with an insulation material from external force.Over prolonged used,the thermocouple may detach itself.The control card will sense this damage and immobilize the system.
11、A message THERMODE ERROR will be displayed on the LCD，fault lamp will light up and buzzer will sound.Switch off power supply and rectify fault.Switch on power supply to continue operation.Thermode Error!Power Off Machinel!如图，为温度测试错误时屏幕上显示的故障提示。(三) SCR(可控硅整流器) Error可控硅(SCR: Silicon Controlled Rectifi
12、er)是可控硅整流器的简称。可控硅有单向、双向、可关断和光控几种类型。它具有体积小、重量轻、效率高、寿命长、控制方便等优点，被广泛用于可控整流、调压、逆变以及无触点开关等各种自动控制和大功率的电能转换的场合。单向可控硅：单向可控硅是一种可控整流电子元件，能在外部控制信号作用下由关断变为导通，但一旦导通，外部信号就无法使其关断，只能靠去除负载或降低其两端电压使其关断。单向可控硅是由三个PN结PNPN组成的四层三端半导体器件与具有一个PN结的二极管相比，单向可控硅正向导通受控制极电流控制；与具有两个PN结的三极管相比，差别在于可控硅对控制极电流没有放大作用。双向可控硅：双向可控硅具有两个方向轮流导
13、通、关断的特性。双向可控硅实质上是两个反并联的单向可控硅，是由NPNPN五层半导体形成四个PN结构成、有三个电极的半导体器件。由于主电极的构造是对称的（都从N层引出），所以它的电极不像单向可控硅那样分别叫阳极和阴极，而是把与控制极相近的叫做第一电极A1，另一个叫做第二电极A2。双向可控硅的主要缺点是承受电压上升率的能力较低。这是因为双向可控硅在一个方向导通结束时，硅片在各层中的载流子还没有回到截止状态的位置，必须采取相应的保护措施。双向可控硅元件主要用于交流控制电路，如温度控制、灯光控制、防爆交流开关以及直流电机调速和换向等电路。（参考百度百科：http:/ Error！机器无法正常工作。(四
14、) Over temperature（温度超过设定值）当温度超过设定的值时就会高温报警，并提示关闭机器电源。造成高温报警的原因有两个，一是压头正常，温度已经超过的设定的温度值；二是压头的压片熔断，热电偶检测不到压头的温度，压头始终不加热。第一种原因为正常情况，在这里我只对第二种原因进行分析：压头的压片熔断，热电偶检测不到压头的温度，压头始终不加热。压片的材料为铝合金，铝合金150时强度明显下降，由于压片长期在180300之间工作，而且还要长期受到2.8MP的压力挤压，金属压片过于疲劳而发生断裂。断裂后，就等于脉冲加热电源的线路已经断开了，压片不再有脉冲电流流过，因此压头始终都不加热。五、 改善
15、的方案及科学依据和优点，对产品质量及生产效率的影响(一) 对压头变形提出改善策略压头的中间部位是一个简支梁的结构，它的受力情况如下图所示。通过材料力学对其进行理论验证：1. 列弯矩方程。由对称关系得梁的两个支座反力。以A原点，取坐标如图，列出梁的弯矩方程为2. 列绕曲线近似微分方程并积分。 通过两次积分，3. 确定积分常数。简支梁的边界条件是;在两支座处的绕度等于零，即在在所以， D=0=4. 建立转角方程和绕度方程。将积分常数C、D代入式中，得5. 最大转角和最大绕度。梁上载荷和边界条件均对称于梁跨中点C，故梁的绕曲线也必对称。由此可知，最大绕度在梁的中点处，以计算，得在两支座处横截面积的转
16、角相等，绝对值均为最大。以代入计算，从式中可以看出，与压头的压片弯曲程度有关的量为q、l、EI,压头受到的是均衡的压力，因此q不变，l为压片中间凹槽的宽度，EI是弹性模量与惯性矩的乘积，与材料有关。因此，从理论上来分析，在结构上可以通减小它的l，以达到减小压片中间部位弯曲变形程度。在材料方面，可以更换弹性模量和惯性矩比较大的材料来制作压片，钛-铝合金是一个不错的选择，其弹性模量在母相状态下是24.6GPa，在马氏体状态下是16.4GPa。(二) 对Thermoder Error(温度测试错误)提出改善方案由于这种故障是热电偶接线焊点处容易断开而导致的，对于解决热电偶焊点容易断开的问题，必须用另
17、外一种能抗疲劳和耐高温的合金材料来焊接热电偶。材料的使用对于机器的性能有很大的影响。(三) SCR(可控硅整流器) Error的改善方案这是由于电子元件的烧坏而引起的故障，必须要更换新的电子元件模块，这种故障一般比较少见，从节省成本的角度和研发时间的角度出发，就目前的可控硅整流器已经能够达到我们的使用要求。有一个理想的方案，不过可执行度不高，就是在设计PCB板的时候尽量减少可控硅整流器模块，用最简单的电路实现最复杂的功能。(四) Over temperature（温度超过设定值）的改善方案这种故障时由于压片的熔断而引起的，因此要从根本上解决这个问题还是要更换更能抗疲劳耐高温的材料，比如说钛合金
18、。强度高，钛合金的密度一般在4.5g/cm3左右，仅为钢的60，纯钛的强度才接近普通钢的强度，一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。因此钛合金的比强度(强度/密度)远大于其他金属结构材料，见表7-1，可制出单位强度高、刚性好、质轻的零、部件。目前飞机的发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等都使用钛合金。热强度高，使用温度比铝合金高几百度，在中等温度下仍能保持所要求的强度,可在450500的温度下长期工作这两类钛合金在150500范围内仍有很高的比强度，而铝合金在150时比强度明显下降。钛合金的工作温度可达500，铝合金则在200以下。（出自http:/ 改善后对产品质量及生产效率的影响
19、从图表中可以看出，对机器故障改善以后，良品率比改善之前的良品率增加了10%，则废品率就降低了10%。一天大概要生产10000片电子玻璃，从生产成本和效率的角度考虑，一天可以多生产出1000片的良品，也就是减少了1000片的废品，一片玻璃的成本是30元，一天就能节省30000元的成本。六、 结论在保证产品质量的基础上，改善后的机器性能会更加稳定，包括稳定的温度曲线，压头的寿命，气动系统的压力能有效的提高生成的效率和质量，节省生产成本和生产时间。【参考文献】1. 罗跃纲 高凌霞 刘贵立 刘玉彬 韩旭：材料力学，科学出版社，2004年7月第1版，第113页2. 刘宗昌：金属学与热处理，化学工业出版社，2008年8月北京第一版，第188页。3. 百度百科，词条：SCR（可控硅整流器）， 4. 百度百科，词条：钛合金， - 10 -