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全自动石墨片贴附机的开发设计白雁兵（中电科风华信息装备股份有限公司，山西太原030024）摘要：智能手机行业内手机允许的最高工作温度约为 50，如果不能及时传导热量，不仅会对机身硬件造成损伤，而且很容易对用户造成体验差，甚至是身体伤害。基于此，分析了智能手机发热的主要原因，结合手机散热功能的需求，开发了全自动石墨片贴附机，介绍了贴附机的功能及部件组成，分别对清洁部件、检测部件、高精度转台网板部件、撕膜部件等关键设计技术展开研究，以期对相关行业提供参考。关键词：散热；石墨片；网板；贴附机；全自动中图分类号：TP391.41；TH122文献标识码：A文章编号：1003-773X（2023）06-0098-030引言随着科技的高速发展，以及人们对手机类电子产品“轻、薄、小、智能化”的极致追求，智能手机发生了巨大的变化，随之而来的是手机在高速运行时产热严重，一般智能手机行业内手机允许的最高工作温度约为 50，如果不能及时传导热量，不仅会对机身硬件造成损伤，而且也很容易对用户造成体验差，甚至是身体伤害，因此智能手机厂商在设计时必须考虑智能手机的散热问题，石墨片具有非常好的热传导性能，因而在智能手机上广泛应用。1全自动石墨片贴附机开发背景智能手机已经成为人们日常生活中必不可少的通信设备，但是经常出现一些诸如运行速度慢、多个程序同时运行时常常死机等问题，主要原因之一是电子器件过热，导致手机运行吃力，计算速度下降。智能手机主要的发热源包括五个方面：主要芯片工作产生的的热量；LCD 驱动产生的热量；电池充电及释放时产生的热量；CCM 驱动芯片工作产生的热量；PCB 导热散热量不均匀积聚的热量1。为了保证手机性能和用户的良好体验，手机运行时产生的热量必须及时排走，这就需要散热新技术支持配合智能手机的发展需求，石墨片散热是最近几年才发展起来的散热新型技术，石墨片是一种优良的导热材料，导热性能超过铁、钢、铅等金属，因此被广泛应用于智能手机、笔记本电脑和电视等电子产品上。随着智能手机的发展，单纯使用石墨片散热性能有限，散热方式需要更进一步改进，才能满足智能手机在高温环境中平稳运行。新型智能手机采用了一种金属背板散热的技术，它在使用石墨片散热片的基础上，在手机内部还设计了一层金属 PSA 导热板，它可以将石墨片导出的热量直接通过这层金属 PSA 导热板传递至机身的各个角落，从而使热量迅速扩散来降低手机温度。这种新型散热方式在智能手机的中得到广泛的应用，全自动石墨片贴附机就是针对石墨片和金属 PSA 片贴合的全自动智能贴合生产设备。2全自动石墨片贴附机组成全自动石墨片贴附生产线实现了手机显示散热模组的智能化生产，主要工艺流程包含 PSA 自动Tray 上料、自动扫码、浮尘清洁、自动撕膜、来料 PSA缺陷检测、金属 PSA 与石墨贴合、成品石墨片缺陷检测、成品自动装 Tray 盘等工序，流程如图 1 所示。全自动石墨片贴附生产线由五个单元组成（见图2），分别是PSATRAY上料单元、PSA 检测单元、贴合单元、石墨片检测单元、TRAY下料单元，分别介绍如下：1）PSA TRAY 上料单元：实现了 PSA 来料不停机、上料分层控制、取料控制、定位功能、检测机供料功能2。2）PSA 检测单元：实现 PSA 来料的缺陷和精度检测功能，由二维码读取、PSA 粘尘处理、PSA 横向检测、PSA 竖向检测、缺口测量及检测、治具粘尘处理、下料、NG 分拣等部件组成。收稿日期：2023-03-17作者简介：白雁兵（1978），男，山西朔州人，本科，毕业于河北建筑科技学院机械电子工程专业，任中电科风华信息装备股份有限公司半导体事业部总经理，高级工程师，现主要从事电子专业设备的研发及管理工作。总第 242 期2023 年第 6 期机械管理开发MechanicalManagementandDevelopmentTotal 242No.6，2023DOI:10.16525/14-1134/th.2023.06.039图 1全自动石墨片贴附生产线流程图 2设备整体结构组成TRAY 自动PSA 检测浮尘扫PSAPSA平台上料自动上料清洁码检测下料清洁金属面贴合机 PSA对位金属面与撕膜上料翻石墨片转贴合石墨片撕贴合机石墨对位膜上料下料石墨检测石墨石墨片成品自动装保压翻转上料检测撕膜下料TRAYPSA TRAY 上料PSA 检测单元贴合单元石墨TRAY单元检测单元下料单元9 000 mm1 900 mm结构设计2023 年第 6 期3）贴合单元：实现 PSA 和石墨片的贴合，由 PSA供料转台、PSA 撕膜、PSA 转移、PSA 对位、石墨片供料、石墨片撕膜、石墨片对位、贴附、保压、翻转、下料等部件组成。4）石墨片检测单元：实现贴合后石墨片的缺陷和精度检测功能，由石墨片撕膜、石墨片滚压、石墨片横向检测、石墨片竖向检测、溢胶测量及检测、治具粘尘处理、下料、NG 分拣等部件组成。5）TRAY 下料单元：实现成品的不停机下料，由成品取料、TRAY 搬运、满 TRAY 升降、空 TRAY 升降、滚筒传送等部件组成3。3关键部件结构设计3.1清洁部件由于 PSA 来料有吸附在产品表面的微小颗粒，这些微尘会导致产品的异物、划伤等不良，所以需要对来料表面进性清洁，常用的清洁方式是拉升滑动模式，本机的清洁部件主要由移载模组、上下气缸、高粘滚筒胶及低粘清洁辊组成，主要功能是清洁 PSA 表面浮尘和平台浮尘，采用高粘纸结构，维护、更换均很便捷，如图 3 所示。3.2检测部件PSA 和石墨片在生产、运输等环节上，会有一些不良的产品出现，例如变形、破损、裂痕、脏污、黑点、黑线、气孔、凹点、压伤、压痕、颗粒、亮痕、拉伤、刮伤、冲料痕、应力痕等不良，人工分辨分拣需要大量的时间和精力，把来料有效地分拣良品和 NG 品至关重要，本机检测部件是整机检测单元的核心设计，通过光学模型验证，最终搭建面阵相机和线扫相机结合的检测方式，通过面阵拍摄再结合横向和纵向线扫拍摄，结合深度学习算法，实现 PSA 和贴合后石墨片的缺陷检测，最终实现检测精度为过杀率为 5.0；误判率为 0.5，如图 4 所示。3.3高精度转台网板部件在石墨贴附过程中，由于石墨片具有软、薄及易褶皱的特性，传统的胶辊对平台贴附方式在贴附石墨片时，易产生偏位、气泡及褶皱等缺陷，已不能满足生产工艺的要求。需要针对不同工艺选择合适的贴合工艺，考虑到石墨片的黏力和变形等问题，为满足贴合工艺需求和效率要求，本项目采用了防变形的双层网版结构，并采用双工位对称结构的转台设计方案，将石墨片撕去上层保护膜，放置到贴附网板上，使用网板作为石墨片贴合的载体，利用石墨片的黏性通过弹性胶辊的滚压，使其精准的贴附在 PSA 上，如图 5所示。高精度转台是贴附网板的运动载体，其运动必须满足高速起停、运动平稳定位精确的技术要求。4 组网板相对于旋转中心位置一致性的调教和贴附胶辊相对于每一个网板的平行度调整，都直接影响石墨片贴合最终的贴附精度和良率，所以在设计和装配时，在保证单个网板技术要求的同时，整体的机械装配技术显得尤为重要，这些技术之间相互衔接，是决定项目可行的关键所在。网板吸附机构，具有极好的柔韧性和良好的透气性，单层网板腔体在抽真空的情况下，网纱面会首先发生变形，在石墨片的真空吸附区会形成一个凹面，吸附在其上的石墨片也会发生弯曲变形，这种变形对石墨片的视觉采集和定位影响很大，同时降低石墨片的贴附精度。为了解决单层网板真空吸附网板易变形的技术问题，设计了一种新型的防变形的双层真空吸附网板机构，包括上下网框、上下网板、密封圈，上网框的设计气动接头与上网框的内部连通，上网板覆盖上网框的整个开口，边缘部分涂胶密封，中间形成用以吸附产品的透气区，下网框的内圈部分上凸，框置于上网框的内部，下网板全部涂胶形成非透气区，上网板与下网板之间的距离小于 0.5 mm，两者之间放置通气网纱，避免形成死腔，上下网板采用不用的拉力设计，用来控制上网板的形变，下网框通过密封圈与上网框密封相接形成密闭腔体，石墨片放置在上网板的透气区，在真空的作用下将其可靠的吸附在上网板的表面，如下页图 6 所示。3.4撕膜部件为保护 PSA 来料，PSA 贴合面有一层保护蓝膜，在贴合之前都需要把蓝膜撕掉，蓝膜的边缘有毛刺或裂口，撕膜过程会发生蓝膜破损问题，综合考虑最终选择了用胶带为载体的撕膜方式，胶带撕膜换料较慢，耗材多，所以设计了两片同撕的撕膜结构，撕膜结图 3清洁原理及机构图 4缺陷检测结构图 5网板转台结构及贴合原理滑动模式滚动模式微颗粒微颗粒微颗粒固体表面拉升模式FrFrFr清洁移载模组清洁辊上下气缸高粘滚筒股低粘清洁辊面阵相机及镜头线阵相机及镜头线阵光源白雁兵：全自动石墨片贴附机的开发设计99机械管理开发第 38 卷构设计的难点就是如何保证两片产品在同一卷胶带上的间距控制，双片撕膜机构有效地提高了胶带的利用率，并降低了胶带的换料时间，提高了产能，撕膜原理及撕膜结构如图 7 所示。4结语通过新型手机显示石墨智能贴附生产线研发和实施，补强了公司新型手机显示产业装备贴附和检测技术，为公司新型手机显示产业链均衡发展提供装备支撑，加速公司产业智能制造进程，促进公司新型显示专用装备向智能制造系统集成与服务发展，增强了公司电子信息智能装备核心竞争力，全力打造产业高地，快速实现技术成果的转化和应用。参考文献1雷晓平.网版在膜贴附中的应用研究D.西安：西安电子科技大学，2011.2胡钦华.新型全自动偏光片贴附机的研制D.太原：太原理工大学，2020.3郑德海.丝印用网框和绷网工艺J.印刷技术，1994（9）：30-31.（编辑：王慧芳）图 7撕膜原理及撕膜结构图 6防变形网板真空吸附部件的结构Development and Design of a Fully Automatic Graphite Sheet Attaching MachineBai Yanbing（CEC Fenghua Information Equipment Co.,Ltd.,Taiyuan Shanxi 030024）Abstract:The maximum working temperature allowed for mobile phones in the smartphone industry is about 50C.If the heat cannot beconducted away in time,it will not only cause damage to the body hardware,but also easily cause poor experience and even physical harmto the users.Based on this,the main causes of smartphone heat generation are analyzed,and the fully automatic graphite sheet attachingmachine is developed in combination with the demand for the heat dissipation function of mobile phones.The functions and components ofthe laminating machine are introduced,and the key design technologies of the components,including the cleaning component,theinspection component,the high-precision turntable stencil component and the tearing component,are investigated respectively,with a viewto providing reference for the relevant i