淺析TFT—LCD及觸摸屏玻璃基板的切割工藝技術(shù)

任慧 吳云桂

【摘要】本文介紹了切割TFT-LCD顯示器及觸摸屏薄型玻璃基板比較常見的刀輪切割（又稱機械切割）、激光切割及水射流切割等幾種切割工藝技術(shù)。并淺析了它們的各自優(yōu)勢及存在的缺點或局限。從而探討各個公司因產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上的差異而應(yīng)如何選用合適的切割工藝技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】TFT-LCD;觸摸屏;薄型玻璃基板;切割工藝

一、引言

在液晶顯示器和觸摸屏的生產(chǎn)制造中，為了提高生產(chǎn)效率，降低制造成本，形成規(guī)模的批量生產(chǎn)，往往是在一張較大的玻璃上制作多個液晶顯示器或觸摸屏，絲印成盒后的玻璃上有多組液晶顯示器或觸摸屏的單元，要把這些小單元分割開才能進行液晶灌注，切割工序就是把整盒的玻璃分裂成液晶顯示器或觸摸屏的單體。目前，比較常見的切割工藝有刀輪切割、激光切割及水射流切割幾種工藝技術(shù)。它們各自都有自己的優(yōu)勢，同時也存在一定的缺點或局限。所以每個公司要根據(jù)自身和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點來選擇適合自己的切割工藝技術(shù)。

二、常見切割技術(shù)的特點及優(yōu)缺點分析

刀輪切割：刀輪切割，又稱機械切割，首先，將前道工序制備的液晶空盒，固定在切割機工作臺上，通過刀輪沿玻璃上的切割標(biāo)記在一定壓力下劃動，在玻璃上形成一條深度和寬度一致的切口，該設(shè)備的精度和速度直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。刀輪運動的軌跡稱為切割線。切割過程中每組液晶顯示屏的四個角都有一個切割標(biāo)記。由于液晶顯示器的引出電極面要露出，因此顯示器有上下玻璃大小之分。確認好上下片之后，將玻璃放在切割機平臺上固定，設(shè)定切割數(shù)據(jù)（包括切割次數(shù)和步進距離等），調(diào)切刀的切深和切壓，在玻璃的邊緣無圖形處做試切，調(diào)好后可批量切割。切割后的玻璃要進行裂斷，裂斷是用裂片機完成，裂片的原理是在有切割刀痕的玻璃背面施加一定壓力使玻璃發(fā)生微小形變，玻璃沿切割線裂開。裂開后的液晶盒為方便灌注液晶，要把空盒放入一專用的籃具內(nèi)，灌注液晶之后，還要用切割機把液晶盒條切割成液晶盒單元。

它具有成本優(yōu)勢，應(yīng)用也很廣泛，其技術(shù)成熟穩(wěn)定、工藝簡單、效率高;玻璃切割的良率主要取決于刀輪的品質(zhì)（表現(xiàn)方面：穩(wěn)定性、刃口的鋒利度、加工的精準(zhǔn)性、刀輪與切割機的適配性等高精密特性。）。刀輪從切割普通平板玻璃和浮法玻璃的合金刀輪（俗稱鎢鋼刀輪）發(fā)展升級到切割TFT-LCD面板、基板玻璃、觸摸屏的普通鉆石刀輪、高滲透和微齒鉆石刀輪;

機械切割這一方法對于超薄基底材料來說有一定的缺陷。特別是刀具在材料中產(chǎn)生細小的碎碴，且切割面并一定和玻璃表面垂直;此外，機械切割在加工后的邊緣部分留下了顯著的機械應(yīng)力。實際上機械切割加工厚度小于1mm的基底材料是非常困難的，因為這個厚度的玻璃非常易碎。為了防止玻璃在初次切割后發(fā)生進一步的破碎，它可能因此需要在切割面進行磨削或拋光。而且，后道清理工序也是必需的，以清理可能對后續(xù)工藝（如電路形成）產(chǎn)生干擾的殘碴。激光切割玻璃解決了這些局限。

激光切割：激光切割是利用經(jīng)聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、氣化、燒蝕或達到燃點，同時借助與光束同軸的主，高速氣流吹除熔融物質(zhì)，從而實現(xiàn)將工件割開，激光切割屬于熱切割方法之一。激光切割玻璃基板更是一個復(fù)雜的光致熱過程及激光與材料相互作用的過程，該過程包括激光移動熱源對材料進行加熱的瞬態(tài)熱傳導(dǎo)、溫度場梯度變化產(chǎn)生熱應(yīng)力，利用熱應(yīng)力誘導(dǎo)裂紋擴展直至斷裂，從而分割玻璃基板;

使用激光切割玻璃基板，比較常見的又分控制裂紋切割法和熔融蒸發(fā)切割兩種方法。

在超薄手機上，其厚度被縮小為0.3mm，即使在更大的（60英寸）電視機上，厚度僅為2.8mm的玻璃板已成為了標(biāo)準(zhǔn)配置。無論怎樣，更薄的玻璃從機械加工角度來說更為精密。這使得玻璃在生產(chǎn)中更難切割和加工，并且使最終產(chǎn)品極易破碎。這就要求切割工藝技術(shù)必須使用激光切割來實現(xiàn)。

激光切割具備高精度、高效率、自動化程度高等優(yōu)勢特點;因激光切割采用的非接觸工藝完全消除了微裂痕及殘碴的問題。而且，激光切割使玻璃中不再有應(yīng)力的殘留，帶來了更高的邊緣強度。激光切割減少了工藝步驟，因其不需要任何后續(xù)的清潔及磨削步驟。雖然激光切割的投資成本要高于機械切割系統(tǒng)，但激光切割的總投資成本將因免去了磨削設(shè)備而低于機械加工的成本。

水射流切割：水射流切割是一種冷切割加工技術(shù)。又分為純水射流切割（以純水作為能量載體，其結(jié)構(gòu)簡單，噴嘴磨損慢，但切割能力差）、磨料水射流切割（以水和90%磨料作為能量載體，切割能力強）。與常規(guī)的激光和刀輪切割比較：其非熱源、高能量和切割無橫向微細裂紋產(chǎn)生在復(fù)合多層顯示材料、強化玻璃等方面顯示它無與倫比的優(yōu)勢;水射流切割的優(yōu)點：切割時不會產(chǎn)生裂痕，它可以切割間隙很窄的材料、可作全方位的切割，包括各種形狀、角度或斜度、不需要進行磨邊等二次加工，在切割過程中還可以減少飛塵，改善工作環(huán)境。

提高產(chǎn)能﹑改善質(zhì)量和降低成本是電子制造業(yè)的持續(xù)追求。在平板顯示器玻璃薄板領(lǐng)域，由于不是簡單的切割直線，所以更需要一種能夠靈活切割曲線的新方法。水射流切割技術(shù)在切割材料上具有高能量﹑高速度和高精度的特性，在傳統(tǒng)切割技術(shù)不能滿足更輕薄新型顯示材料的應(yīng)用上，亦是一種替換機械加工的可行手段。

三、切割技術(shù)的選擇

（1）對于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為低世代TFT-LCD顯示器的，切斷工程中一般使用普通鉆石刀輪的機械切割工藝，其投資成本低，應(yīng)用廣泛，其技術(shù)成熟穩(wěn)定、工藝簡單、效率高，且玻璃切割的刀輪質(zhì)量也很穩(wěn)定;

（2）對于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為高世代TFT-LCD顯示器的，因使用普通鉆石刀輪的機械切割工藝，因裂紋滲透率低，切割后需要反轉(zhuǎn)敲擊裂片工序，使生產(chǎn)節(jié)拍變慢，且反轉(zhuǎn)后容易產(chǎn)生外觀和盒厚不均不良。為了降低生產(chǎn)節(jié)拍和減少屏顯示不良的發(fā)生，在大型尺寸生產(chǎn)線上已經(jīng)普及使用高滲透刀輪（垂直裂紋長度大于80%）的切割技術(shù)，切割后不必反轉(zhuǎn)敲擊裂片即可進行分斷，大大提高了生產(chǎn)效率。刀輪的角度和切斷壓力為影響垂直裂紋的重要因素;而切割刀輪的押入量和切割速度對切斷效果影響很小。刀輪角度越小和切斷壓力越大，垂直裂紋越深，玻璃越容易分斷。但切割機在切割過程中的機械加工應(yīng)力所導(dǎo)致的成品低、成本高等缺點仍是長期困擾人們的問題;

（3）對于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為高世代TFT-LCD顯示器的且成型尺寸不規(guī)則的、甚至還生產(chǎn)觸摸屏的，因其玻璃基板厚度都很薄，普遍小于1mm，有的觸摸屏玻璃基板厚度只有0.2mm，它們的形狀也不規(guī)則，其本身又是脆性材料，如還是使用機械切割的工藝，其良率會下降很多，因為機械切割對于厚度小于0.2mm的超薄玻璃基板時，隨著力量施予的作用范圍過于狹小而難以有效控制，更薄的玻璃從機械加工角度來說更為精密，這使得玻璃在生產(chǎn)中更難切割和加工，并且使最終產(chǎn)品極易破碎，所以傳統(tǒng)切割難以達到良率要求。另一問題是刀具的損耗，尤其對具有高硬度之強化玻璃的切割，刀具損耗尤為嚴重。另外，為了防止玻璃在初次機械切割后發(fā)生進一步的破碎，它可能因此需要在切割面進行磨削或拋光。而且，后道清理工序也是必需的，以清理可能對后續(xù)工藝（如電路形成）產(chǎn)生干擾的殘碴。再者，機械切割對不規(guī)則形狀尺寸的玻璃基板切割是非常困難的。所以，此時我們應(yīng)該選擇使用激光切割工藝。因為激光切割工藝不需要任何后續(xù)的清潔及磨削步驟，所以激光切割工藝能減少工藝步驟，所以雖然激光切割機的投資成本要高于機械系統(tǒng)，但激光切割的總投資成本將因免去了磨削設(shè)備而低于機械加工的成本。同時，激光切割使得在玻璃上切割曲線更為簡單。對曲線切割的需求正在增長，尤其是移動智能終端設(shè)備領(lǐng)域，許多制造商希望使用玻璃來替代塑料的外殼，從而提高抗磨損能力。此時，激光切割工藝技術(shù)的優(yōu)勢已凸現(xiàn)出來。

四、結(jié)語

隨著液晶顯示器和觸摸屏的不斷發(fā)展，所選用的玻璃基板材質(zhì)、厚度也會發(fā)生變化，同時隨著終端產(chǎn)品的款式多樣化，每個顯示器或觸摸屏的單體形狀也會發(fā)生很大的變化，所以與之相應(yīng)的切割工藝也會不同?？傊?，選用的切割技術(shù)應(yīng)考慮的主要因素是各自工藝的特點、優(yōu)缺點、各自工藝對切割產(chǎn)品的良率以及投資總成本及以后生產(chǎn)中更換易耗件等維護成本。

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作者簡介：任慧（1980—），女，江蘇南京人，南京中電熊貓液晶材料科技有限公司工程師，從事TFT- LCD彩色濾光片的研發(fā)和技術(shù)管理及質(zhì)量管理工作。