真空预处理设备的温度控制

摘 要：真空预处理设备主要应用于液晶显示器件生产工艺中液晶玻盒的内部深层净化环节，通过对加热、保温、抽真空、充氮气进行自动控制，达到提高LCD产品品质和良品率的目的。文章主要介绍了真空预处理设备的工作原理、实现的功能、控制系统和加热系统，重点介绍了该设备的加热方式、温度控制方式和控制原理。

关键词： 真空预处理设备；温度控制；加热方式；电子元器件

中图分类号：TN949.199 　 文献标识码：B

Temperature Control for Vacuum Pretreatment Equipment

CHEN Liang1, QIAN Shuo1, LI Hai-yan2, LI Xiao-guang1, LI Jin-hong1

(1. Taiyuan Fenghua Information-Equipment Co., Ltd., Taiyuan Shanxi 030024, China;

2. The Second Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Taiyuan Shanxi 030024, China)

Abstract: The vacuum pretreatment equipment is mainly used in the glass box in the LCD production process of deep internal purification links, heating, insulation, vacuum, nitrogen filling, automatic control, in order to improve the purpose of the LCD product quality. This paper introduces the working principle of the vacuum pretreatment equipment to achieve the functionality, control systems and heating systems. The heating method, temperature control method and control theory as the focus.

Keywords: vacuum pretreatment equipment; temperature control; heating method; electronic components

引 言

在液晶显示生产行业里，真空预处理是将待处理的玻盒在灌注液晶工序前放入密闭的耐压容器，对容器腔体进行一个反复抽真空并加热的工作流程，从而消除玻盒内由于前工序累积的极微量水气等不良物质，并使玻盒内保持洁净气体等待灌液，进一步提高产品的品质和良品率。真空预处理设备主要应用于彩色液晶屏生产行业，大大改进了生产过程中的液晶玻盒被污染问题，从而提高彩色液晶屏的显示质量。

1　真空预处理设备应实现的功能

真空预处理设备是经过反复生产实践，在液晶玻盒灌注液晶前增设的一道深层净化工艺装备。首先将经过前段普通清洗过的液晶玻盒放入设置好温度参数的密闭腔体内，并对密闭腔体抽真空到设定值，然后对腔体内部进行加热，并在达到设定温度保持一段时间后充入氮气。通过对设备腔体反复充放氮气和重复加热净化掉玻盒内的极微量水气等不良物质。

2　真空预处理设备的温度控制系统

2.1　控制软件

为实现设备的系统功能，控制系统采用PLC的控制方案，对生产流程中的加热、保温、抽真空、充氮气等进行自动控制。控制软件中各动作严格按照工艺流程顺序设计，并具有互锁功能，确保相互约束或定时关系。控制面板采用人机界面，可实时显示和观测工艺流程，操作人员在显示板上随时变化设定参数。

2.2　加热系统

在真空状态下对设备腔体内部进行加热是整个生产流程中非常重要的环节，真空加热可以将玻盒中的残余水分和细微杂质蒸发、挥发，从而提高下面液晶灌注环节生产良品率。

2.2.1　加热方式

该设备腔体是在真空环境中进行加热，由于真空状态下是没有空气流动的，热量没有流动的空气作为介质，所以要通过加热辐射来进行热量传递。由于没有流动的空气传导热量，真空腔体内部的温度均匀性就非常难以控制，加热方式和腔体壁的平整度与洁净度就是直接影响温度均匀性的重要因素。加热方式分为内加热和外加热两种，外加热是在腔体外部加热，然后靠腔体壁将热量传导进来，最后通过热辐射传递热量。而内加热是直接在腔体内部加热来进行，对比内加热方式，外加热方式有滞后性，且内加热方式的控温精度相对于外加热来说更精确，所以我们选择内加热方式。

加热器的选择亦非常重要，我们选用了方便安装的扣板式加热板进行内加热。加热板的表面是经过镜面处理的不锈钢，在平整度上较直接由腔体壁抛光更有优势，更利于进行热辐射传导热量。由于设备腔体内部是规则的长方体，使用一面加热进行热辐射的方式效果很不理想，热传导不能合理涵盖整个腔体的内部空间。经过试验论证，我们采取了在设备腔体内正上方、正下方、左侧面、右侧面各安装一套加热板加热的方法，采用面对面热辐射方式对腔体内部进行加热。

2.2.2　温度控制

由于设备在真空状态下采用了上、下、左、右四面四路加热的方法，较单纯一路加热就要复杂很多，这是温度控制的难点。因此我们采用PID来进行温度控制调节，控温热偶设置在腔体内部，这样可以更好地对腔体内的温度进行控制。有一点需注意，若控温热偶紧贴腔体壁，温度确实容易控制，但会影响腔体内的实际温度的测量，从而影响温度均匀性，所以控温热偶要离炉壁一定距离。温度控制的部分主要是由温度控制单元SR92来完成，SR92能对温度进行实时PID调节。当通过热偶采集的被测温度偏离所希望的给定值时，PID控制可根据测量信号与给定值的偏差进行比例、积分和微分运算，从而输出适当的控制信号给执行机构，促使测量值恢复到给定值，达到自动控制的效果。

根据PID控制原理，P代表比例控制系统的响应快速性，快速作用于输出，I代表积分控制系统的准确性，消除过去的累积误差，D代表微分控制系统的稳定性，具有超前控制作用。在进行温度调整的时候，所要做的任务就是在系统结构允许的情况下，在这三个参数之间权衡调整，达到最佳控制效果，实现稳快准的控制特点。

图2所示为设备的升温曲线，采用了PID温度控制调节系统。Y轴为温度值，X轴为时间，每个刻度间隔为3分钟，可以看到升温曲线平滑上升，接近PID曲线的理想状态。

3　结　论

真空预处理设备的研制提高了在液晶面板生产中灌注液晶环节的生产良品率，也为真空加热的温度控制方面提供了新思路。目前正在开发可以实时绘制温度、真空度曲线的真空加热设备，用来实现温度、真空度的在线监控，利用这些数据来分析设备腔体内部情况，随时调整腔体内的温度、真空度。实现更高的自动化水平，节约人力成本。真空加热设备还可以应用在柔性线路板、元器件封装等行业，具有较大市场空间和发展前景。

参考文献

[1] 马建伟，李银伢. 满意PID控制设计理论与方法[M]. 北京：科学出版社，2007，29-86.

[2] 肖祥正，刘玉魁等. 真空设计手册[M]. 北京：国防工业出版社，2004，781-783.省略。