摘 要:介绍了切割TFT-LCD薄型玻璃基板的高渗透刀轮和切断的基本概念,以及刀轮角度､切断压力､押入量和切断速度工艺参数对切断效果的影响｡采用115°和125°两种不同角度的刀轮在切断速度400mm/s､刀轮押入量0.2mm的条件下进行切割,115°形成的垂直裂纹比125°要深;当其他条件一定时,垂直裂纹随切断压力的增大而增大,随押入量和切断速度的变化不大｡
关键词:薄膜晶体管液晶显示;高渗透刀轮;刀轮角度;切断压力;切断押入量;切断速度
中图分类号:TN141.9文献标识码:B
Parameters of Cutting Glass Substrates Process of
TFT-LCD by Penett Cutter
DING Tao1,2,LI Rong-yu 1
( 1. Department of Electronic Engineering, Shanghai Jiao Tong University ,Shanghai 200240,China;2.Shanghai SVA-NEC Liquid Crystal Display Co.LTD,Shanghai 201108,China)
Abstract: The Penett cutter and the basic concept of cutting glass substrates of TFT-LCD and the impacts of process parameters on cutting quality, such as scribe-wheel angle ,cut pressure, pressing amount and cutting speed of Penett cutter are studied in this paper. Two kind of cutting angle penett cutter (115°and 125°) are used in the trial. When cutting speed is 400mm/sec, and pressing amount is 0.2mm, the ribmark of the 115°scribe-wheel is deeper than that of the 125° scribe-wheel. When the other parameters are determined, the ribmark is bigger as pressure becomes larger, and the pressing amount and cutting speed have little effect on the ribmark.
Keywords: TFT-LCD; penett cutter; scribe-wheel angle; cut pressure; press amount; cut speed
引 言
现在液晶显示器和液晶电视已经走进了千家万户,而且显示尺寸越来越大,价格却不断降低｡这同液晶面板厂家不断投资高世代生产线､增大基板尺寸和应用新技术来降低成本是分不开的｡2003年上海广电引进了大陆第一条高世代(第5代)生产线,拉开了我国该行业的序幕｡低世代的TFT-LCD切断工程中一般使用普通刀轮,裂纹渗透率低,因此切割后需要反转敲击裂片工序,使生产节拍变慢,且反转后容易产生外观和盒厚不均不良｡为了降低生产节拍和减少屏显示不良的发生,在大型尺寸生产线上已经普及使用高渗透刀轮(垂直裂纹长度大于80%),切割后不必反转敲击裂片即可进行分断,大大提高了生产效率｡但切割机在切割过程中的机械加工应力所导致的成品低､成本高等缺点仍是长期困扰人们的问题[1]｡如果切断条件没有优化,干净的玻璃基板会变为玻璃屑的来源[2]｡本文将通过在实际生产设备上的试验,对使用高渗透刀轮分断TFT-LCD玻璃基板的工艺进行初步的研究｡
1高渗透刀轮及切断基本概念
1.1 高渗透刀轮的介绍
普通刀轮的外边缘光滑,而高渗透刀轮经过加工,在刀轮外围形成一定的角度和齿轮,以增加裂片效果,裂纹可以达到90%以上,而普通刀轮不到60%,因此该类型刀轮被称为高渗透刀轮｡图1(a)为高渗透刀轮示意图,图1(b)为高渗透刀轮电子扫描电镜放大图,刀轮外边缘凸凹不平,刀轮表面的突起部分在切割时对玻璃基板施加了间断性的冲击,因而可以获得较深的垂直裂缝｡图1(c)为普通刀轮,刀轮外边光滑｡
另外高渗透钻石刀轮一般以聚合金刚石为原料,使用寿命非常长,因此长期使用而导致的切断不良的问题较少｡
1.2 切割基本概念
切割时,刀轮切入玻璃中约2~5μm的深度,在刀轮的下方形成5~10μm的切割深度｡这一深度是刀轮切割玻璃表面时所形成微裂纹端部的曲率半径｡裂片过程中垂直裂纹纵向贯穿整个玻璃,使玻璃断裂｡横向微裂纹在裂片过程中沿玻璃表面横向扩展,形成玻璃屑[3]｡
垂直微裂纹(Ribmark):切割后立即产生的垂直于切割线和玻璃表面的微小裂纹｡
横向微裂纹:切割后立即产生的垂直于切割线,但沿玻璃表面生长的微小裂纹,容易成为玻璃缺口或玻璃裂纹｡
垂直裂纹(Scribe Crack):切割后立即产生的Ribmark经过生长后形成的垂直裂纹｡
2试 验
本试验采用日本三星MPL130型自动玻璃切割机,选择Penett高渗透刀轮｡
试验样品为NEG公司生产的OA-10玻璃(0.7mm)制作的液晶显示大尺寸面板,TFT和彩膜贴合后厚度为1.4mm,同实际生产基板相同｡
在同样的切割条件下,使用两种不同角度的刀轮进行切割;然后选择115°刀轮,在不同切割压力和速度及押入量的条件下进行试验｡通过万能投影仪来测量不同条件对垂直微裂纹及垂直裂纹的长度｡
3结果与讨论
3.1 切断刀轮的选择
切断的首要步骤是选择合适类型的刀轮｡高世代的生产线考虑生产效率的因素,一般选择高渗透刀头进行上下同时切割｡但即使同样的切断压力条件下,切割效果也不相同:115°较125°的刀轮形成的Ribmark和垂直裂纹更大,玻璃更容易分断,但通过观察玻璃切割边缘外观可以发现玻璃外观不良的几率也增加｡一般玻璃较厚的基板使用锐利的刀轮,薄型玻璃基板使用钝角刀轮切割｡具体类型需根据切割效果及玻璃外观状况的试验结果来选定｡
3.2 切断压力的影响
切断压力指刀轮在切割时,施加在刀轮上的压力,切断压力对Ribmark和Scribe Crack 均有很大的影响｡Ribmark随着压力的增大呈正比线性增大,如图3所示｡后续自然生长的垂直裂纹直接影响着分断效果,也随着切断压力的增大也增大,不过由于在较小压力下已经达到80%以上的渗透率,线性陡度较小,且随着压力的增加而趋于平缓,如图4所示｡
3.3 押入量的影响
押入量是以刀轮表面接触玻璃表面为零点,在此平面上刀轮下压的机械数值｡由于玻璃的翘曲,一般押入量不等同于刀轮实际切入基板深度｡图5的试验数据显示,随押入量的增加,垂直裂纹的变化量很平缓｡押入量在一定范围内对垂直微裂纹和垂直裂纹的影响不大｡
3.4 切割速度的影响
切割速度指刀轮在切割时行走的线性速度,速度范围同设备的马达速度限定有关｡根据试验的结果在设备工作范围内的刀轮速度对最终形成的垂直裂纹影响很小,并且均可满足分断的要求,如图6所示｡
另外影响分断条件的因素其实很多,分断方式和制品设计的要求也影响着切断条件｡目前上下高渗透刀轮切割后,分断方式有滚轮敲击方式､台面强吸附分断和夹取方式等｡同样的切割条件,分断的效果会有一定差异,具体应根据分断方式的特点进行设计试验优化分断以及切割条件,以满足大规模生产的要求｡制品设计时封框胶的位置､幅宽及样式对分断也有重要的影响,在设计产品时应注意｡
在进行工艺条件试验时,一般需同时注意观察切割线边缘玻璃外观不良状况及程度,若贝壳状缺口或裂纹较多,也无法满足产品的品质要求,在不佳的条件下,甚至出现大的缺口导致产品的废弃｡
4结 论
对于切割TFF-LCD玻璃基板的高渗透切断刀轮来说,刀轮的角度和切断压力为影响垂直裂纹的重要因素;而切割刀轮的押入量和切割速度对切断效果影响很小｡刀轮角度越小和切断压力越大,垂直裂纹越深,玻璃越容易分断｡
参考文献
[1]范志新.液晶器件工艺基础[M].北京:北京邮电大学出版社,2000:333-335.
[2]Toshihiko Ono, Kohichi Tanaka. Effect of scribe-wheel dimensions on the cutting of AMLCD glass substrates [J].J.Soc.Inf.Display,2001,12(9):87-93.
[3]李亚利,张方辉.TFT-LCD切割裂片工艺参数探讨[J].液晶与显示,2006,21(1):43-47.
作者简介:丁涛(1980-),男,山东省定陶县人,上海交通大学工程硕士在职研究生,上海广电NEC液晶显示器有限公司工程师,现从事TFT-LCD的研究及制造工作,E-mail:ding_t@sva-nec.com｡
