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光学镜头装配流程中点胶后特性仿真技术

2021.03.03

CYBERNET SYSTEMS CHINA莎益博 曾家麟
1. 前言
光学镜头设计的技术工艺门坎日趋升高,特别是今日各类产品的镜片结构复杂,造成光轴中心偏移控制的工艺技术困难,而高阶镜头之镜片更薄、且精微,挑战性极大;如手机采用的镜头大小更在仅5mm体积之内,如何让「芝麻大小」的镜片组能精准地堆栈封装,已成为光学厂一个头疼的痛点。特别是镜片上胶封装阶段中,对于成像质量的变异数影响非常地大[1],因此,仿真分析手段已成为一个非常有效且必须的策略。
 


镜头点胶装置及镜头点胶技术领域中,如手机光学镜头组装工段里的点胶制程,主要将镜头的部件,与镜筒之间点上胶粘剂,接着将胶固化固定而不会让内部镜片产生偏移,得以确保光学质量的表现。目前有人力点胶和自动点胶机,然而,不管是人力点胶或是自动点胶机点胶,若没有控制好出胶量、慎选适合胶体,或是点胶机参数不佳,常会造成镜头模块在高温/高湿热箱测试中失效,而使得整颗镜头报废,无法挽救。有鉴于此痛点及许多客户反馈了此高度需求,故有必要提供一仿真技术,进行前期工艺评估及预测。图一为镜片模块点胶制程基础流程,镜片上胶后常于最后验证阶段才报失效,将造成大量时间浪费,关键点是连"根本原因(Root Cause)"都无法确认,造成设计上一极大痛点[2]。
 

镜片模块点胶制程化流程
 
莎益博基础于大量的光学客户伙伴,透过Ansys流体及结构仿真软件技术,将胶体点胶后至UV固化模型,施以高湿环境进行仿真,固化后胶体对高湿环境有吸水膨胀现象,选用不同胶体及不同结构设计等,其膨胀结果对镜片影响差异大。经与客户实验比对,仿真误差率可达仅10%内的位移变化,并符合实验趋势。未来对相关镜片模块的设计,本案例可提供一完整且可靠的方案,降低客户设计痛点及成本花费。
 
2. 仿真策略及方法
本案例利用Ansys Fluent进行胶体流动行为预测及样貌制定,包含采用多相流(VOF)模型及固化模块(Solidification & Melting)。Ansys Fluent中VOF模型可仿真流体与固体表面的毛细现象(Capillary Motion)、接触角(Contact Angle),及胶体粘度变化差异等。透过瞬时(Transient)计算上述效应后,可获得胶体渗入结构缝隙后的形状[3]。由于VOF流动产生的形状是变异性结构,于Ansys Fluent中仅能导出STL几何格式,为突破此一难点,案例透过Ansys Spaceclaim来处理STL刻面模型,还原出具备实体架构的三维造形,最后再使用Ansys Mechanical(Steady Thermal及Static Structure)进行胶体吸湿膨胀的镜片位移分析。整个案例流程使用到如下工具:

1. Ansys Fluent (Meshing)
2. Ansys Fluent (Solver)
3. Ansys CFD-Post
4. Ansys Spaceclaim
5. Ansys Mechanical
 
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2021 FBU-02-1 光学镜头裝配流程中点胶後特性仿真技術-曾家麟.pdf


2021-03-03 09:53:05
2021-03-03 09:53:05
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