基于PLC技术的小压力COG邦定设备研究

张丁 刘建功

摘要：本文主要介绍了PLC技术在一种针对小压力工艺的COG邦定设备上的应用，首先描述了设备的主要结构和工作原理，然后研究了基于PLC技术的控制系统方案，包括硬件与软件设计，以及在小压力控制方面的应用，最后讨论了提升设备精度的方向和关键技术。

关键词：PLC；COG；压力控制；精度

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）05-0026-03

COG（Chip on Glass）组装工艺技术，即把IC芯片通过各向异性导电膜（Anisotropic Conductive Film，简称ACF）直接绑定在LCD上，实现IC和玻璃基板的电气和机械互连[1]。COG工艺可以缩小产品体积，提高组装密度，降低成本，实现液晶模块的组装的规模化生产。

1 半自动COG邦定设备简介

我们实验使用的半自动COG邦定机主要由上料平台、预压部件、主压部件和操作部件等组成。其中，LCD和IC分别通过手动上料与机械初定位，IC通过压头实现搬运与对位，并在主压部件完成最终的压接工作。区别于其他邦定设备，该设备主要针对指纹识别类小尺寸模组产品在小压力邦定工艺下的实验与生产而设计制造，具有占地面积小，操作简单等优点。

2 控制系统方案

2.1 电气控制系统组成

电气控制组成如图1所示，电气控制系统采用PLC（可编程逻辑控制器）和触摸屏组成人机交互的控制系统，通过触摸屏可以对各功能部件，如预压模块，主压模块，图像模块等运动部件进行调试，实现各个功能块的单独区分。在自动运行模式下手动放置好LCD和IC，采用双键启动，LCD和IC的搬运，图像对位，预压和主压邦定均为自动完成，最后手动下料。

2.2 硬件选型

应对现有实验需要，本设备所需点数不是很多，可直接接入PLC，再配置一个32点输入模块，一个32点输出模块，即可满足，方便后期布线与维护。为了减少开发时间，降低开发费用，选用设计人员都已熟悉的支持Mechatrolink Ⅱ协议的横河PLC加安川电机的控制方案[2]。

2.2.1 整体控制部分

可编程逻辑控制器采用日本横河FA-M3系列，处理能力高速，控制特性稳定，体积精巧，支持大容量扩展，功能模块丰富。触摸屏采用台湾的PANELMASTER，易于与横河PLC配套，性价比好。

2.2.2 加热控制部分

设备的温度控制系统采用恒温控制，根据之前邦定设备的使用经验选用性价比较高的温控仪+热电偶控制加热管，来实现压头温度的调节，其中温控仪采用常用的OMRON系列。

2.2.3 伺服系统

考虑到成熟技术的沿袭性以及布线的便利，选用带通讯接口的伺服驱动器配合安川通讯型伺服电机。设备预压压头和平台的旋转部分，采用DD马达。考虑到部件设计负载的需要与空间限制，选用CKD的迷你型AX6003M系列DD马达，直径80mm，转矩输出连续1Nm，最大3Nm，定位精度±90″，重复精度±10″。

2.2.4 视觉定位系统

视觉定位系统主要包括相机、镜头、光源、图像处理单元（图像分析处理软件、 脉冲输出）等部分。镜头和相机是图像唯一的信息来源，而图像的质量、视野是由镜头和相机的恰当选择来决定的。光源是影响机器视觉系统图像输入的重要因素，各路镜头都选用带同轴光的镜头。图像处理单元主要完成对模拟视频信号采集、数字化、视频图像分析、处理、数据运算和输出的功能[3]。

设备技术指标最终压接精度要求±4μm，这样对位处视觉系统的分辨率要达到1μm以下，根据LCD和IC上面靶标尺寸大小，在预压对位处我们要求视野大小约为0.5mm×0.5mm，要达到分辨率1μm以下（以0.5μm计算），则在视野范围内有效像素要保障1000（H）×1000（V），我们选择130W像素的1/3CCD相机，其有效像素为1280（H）×1024（V）可以满足要求。CCD靶面尺寸为4.8mm×3.6mm，选择镜头的放大倍数为6倍，则视场大小约为0.8mm×0.6mm，完全可以保证靶标进入视野，从而方便进行对位。

视觉系统实现LCD玻璃和IC的定位功能，是通过双CCD分别捕捉LCD和IC上靶标的坐标，得到其在平台坐标系中的精确位置，再通过图像处理软件自动计算出LCD和IC到定位目标所需要的X、Y、θ移动量，然后将数据传输给PLC，由PLC发脉冲控制平台的移动，配合伺服直线电机及DD马达，使系统最终精度达到±4μm以内。

2.3 软件设计

本设备采用模块化编程，即按照设备各部分的功能主要分成：图像、预压、主压三部分。根据工艺需要和方便现场调试还编置了各个独立的单元模块，如压力测试模块等，增加了可操作性。程序内伺服轴各种运动方式及产品型号选择均做成模块形式，以增加程序的可读性和可移植性[4]。操作屏主界面如图2所示，软件设计框图如图3所示：

3 小压力控制系统研究

由于实验所用产品设定的额定邦定压力为4N，最小为2N，因此主压机构并未采用其他设备电气比例阀的控制方式，而是采用了伺服电机带动凸轮控制Z向行程的方式，并通过控制电机的输出扭矩来精准控制压力输出，同时对主压压力进行多次测量以便观察其重复输出精度及不同压力值之间的线性关系[5]。

主压压力测试单元如图4所示，我们可以通过触摸屏经PLC对100W伺服电机的输出扭矩限制值进行设定，且额定输出扭矩为0.318N·M。如图5所示横坐标为额定扭矩的百分比，若超过130%则会出现过载。当扭矩输出在20%以下时，压力可控制在5N以内，当扭矩输出在20%～130%之间，压力在4N～36N之间，且压力值随电机扭矩输出基本呈线性变化。根据测试结果可以得出压力变化的曲线，进而方便得出所需压力大小对应的扭矩值。

4 设备精度的控制与提升

在实际检测中，IC的对位精度数据仍存在不小的波动，且整体偏位的情况也时有发生，对提升设备运行的稳定性提出了要求。

4.1 机械结构与加工工艺要求

在整机设计中，要尽量降低设备的重心，采用稳定的机架机构，各部件之间应当具有相对独立且稳定的位置关系。在材料的选择上，一些影响精度的关键部件要有良好的消振性，对各安装面之间的配合形位公差要有更高的要求。

4.2 提升图像对位精度

首先在目标模板设置时，选择特征明显且容易识别的靶标图案。其次，在当前实验环境下，调节合适的相机焦距、工作距离以及光源亮度、增益和曝光时间等参数，得到成像质量较好的产品靶标图案。另外，选择合适的定位工具类型，一般采用几何定位方式，提高靶标定位的准确性。与FOG设备相比，机器视觉系统需要选用更高倍的镜头和更高像素的CCD，达到微米级的图像分辨率。

5 结语

随着信息时代的日益发展，各种无线通讯设备日新月异，需求量也日益增加。COG邦定机已经成为显示模组生产中的关鍵设备。本文所用设备已经在工业现场进行了实验，达到了预期效果，通过PLC控制技术也大大提升了设备效率，方便操作与调试。随着技术的不断升级，相信COG工艺的发展也将日趋完善。

参考文献

[1]程军.COG工艺流程及其发展现状[J].现代显示，2005，（9）：20-22.

[2]李铁，周宏艳，饶钦.横河PLC在全自动邦定机中的应用[J].数字技术与应用，2017，（6）：5-6.

[3]范兆周，孟月.机器视觉在COG封装设备中的应用[J].包装工程，2007，（9）：88-89.

[4]周宏艳.全自动FOG邦定机软件系统设计[J].电子工业专用设备，2015，（7）：43-48.

[5]景坷.凸轮机构运动分析及创新设计试验平台研制[D].浙江理工大学，2013.