一種GOA產(chǎn)品靜電失效的研究及改善

楊宗順，陶 雄，鐘 野，李 偉，王耀杰，張志聰

(重慶京東方光電科技有限公司，重慶 400714)

1 引 言

近年來，國內(nèi)薄膜晶體管顯示器TFT-LCD(thin film transistor-liquid crystal)行業(yè)發(fā)展迅速，不斷的創(chuàng)新和推出新產(chǎn)品是各公司能保持競爭的關(guān)鍵。其中，GOA(Gate driver on Array)產(chǎn)品由于其低成本、低功耗、窄邊框等優(yōu)點，逐步成為各公司新產(chǎn)品設(shè)計的新方向[1-2]。GOA技術(shù)是將柵極驅(qū)動器集成在線路基板上,因為基板自身集成了柵極驅(qū)動電路，故可降低產(chǎn)品成本，還可實現(xiàn)窄邊框。

在TFT-LCD工藝過程中基板在接觸、摩擦、擠壓、分離或受熱等情況下，很容易積累靜電。而基板本身是絕緣材料, 靜電散逸的速度很慢, 因此在基板表面容易積聚大量的靜電荷[3-5]。GOA產(chǎn)品在GOA區(qū)域內(nèi)線路密度高，線路連接跨接、交叉布線多，因而GOA產(chǎn)品很容易在線路密集、繁雜的GOA區(qū)域積累靜電。當(dāng)靜電積累達(dá)到一定臨界點時,就會發(fā)生靜電擊穿，造成線路損壞，導(dǎo)致短路或斷線類不良發(fā)生，造成品質(zhì)和收益的損失。當(dāng)前在窄邊框潮流下，GOA產(chǎn)品越來越多，GOA產(chǎn)品靜電相關(guān)不良也愈發(fā)突出，并逐漸引起了大家的重視。

本文就一款GOA產(chǎn)品靜電失效的排查及改善做了一系列驗證、研究。主要研究對象為一款在摩擦過程中產(chǎn)生靜電失效的GOA產(chǎn)品。針對摩擦制程引起的靜電失效，對摩擦制程各工藝參數(shù)、產(chǎn)線環(huán)境與靜電產(chǎn)生的相關(guān)性進(jìn)行了驗證與分析。通過驗證發(fā)現(xiàn)，較為有效的改善措施是：摩擦布壽命管控、產(chǎn)線濕度增加、玻璃基板與機(jī)臺分離過程中頂針上升速度降低。而非接觸式的光配向工藝能徹底解決摩擦過程中引起的靜電。

2 靜電發(fā)生概述及排查

2.1 常見靜電的產(chǎn)生分析

當(dāng)玻璃基板在滾輪上傳送或者是與設(shè)備頂針相互接觸、摩擦?xí)r會產(chǎn)生靜電荷, 電子會從玻璃基板轉(zhuǎn)移到滾輪或者頂針上, 兩者之間形成偶對電子層。如果靜電荷沒有得到及時的中和或散逸, 當(dāng)滾輪或者頂針與玻璃基板分離后, 不同極性電荷就會分別積累在滾輪或者頂針與玻璃基板上[6-7]。靜電積累到超過TFT器件承受范圍時，就會發(fā)生靜電擊穿，從而造成顯示異常、線不良等電學(xué)不良。本文所述靜電擊穿，如圖1，屏點燈現(xiàn)象為多條水平方向線不良，以下簡稱水平橫線。

圖1 靜電擊穿圖示Fig.1 Phenomenon of ESD

2.2 不良及靜電的排查

水平橫線不良點燈為多條或滿屏橫線，并伴隨閃爍。通過對信號線區(qū)域顯微鏡排查，發(fā)現(xiàn)GOA區(qū)域存在靜電擊穿。使用靜電槍對正常屏相同區(qū)域進(jìn)行靜電擊傷模擬，相同GOA單元區(qū)域可重現(xiàn)靜電擊穿現(xiàn)象。點燈現(xiàn)象同水平橫紋不良一致，基本鎖定GOA區(qū)域靜電擊穿為造成水平橫紋的直接原因。而點燈檢出水平橫紋之前，屏需經(jīng)過前端繁雜的工序，各工藝段均有可能造成靜電擊穿。通過掃描電鏡觀察，信號傳輸層、絕緣膜層均炸裂，如圖2，可見靜電擊穿為絕緣膜鍍膜之后發(fā)生，這樣就大大縮小了靜電的排查范圍。

圖2 掃描電鏡圖示Fig.2 Phenomenon of FIB

TFT-LCD制程中，自動光檢機(jī)可通過拍照，獲得生產(chǎn)過程中的缺陷或異常點。通常自動光檢機(jī)可監(jiān)控點缺陷、異物、膜面不均等異常。在排查靜電過程中我們也使用自動光檢機(jī)進(jìn)行排查。首先在絕緣膜層完成后，出貨至貼合工廠前檢查，對靜電高發(fā)的GOA區(qū)域進(jìn)行拍照，并排查照片是否可見靜電擊穿點；貼合工廠涂覆配向膜后繼續(xù)進(jìn)行自動光檢機(jī)拍照；摩擦后再次拍照確認(rèn)。以此逐段排查各工藝過程中是否產(chǎn)生靜電，直至發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生靜電的工序。排查摩擦工藝后光檢機(jī)照片，發(fā)現(xiàn)GOA區(qū)域存在靜電擊穿，跟蹤摩擦工藝后存在靜電擊穿的屏至點燈檢查,檢出為水平橫紋不良，可見靜電為摩擦工序產(chǎn)生，排查結(jié)果如表1。

表1 靜電排查結(jié)果Tab.1 Results of ESD investigation

3 靜電的相關(guān)驗證及改善

3.1 摩擦模式與靜電的相關(guān)性

摩擦工藝為配向膜涂覆之后工藝，其作用是使配向膜形成一定溝槽，使其具有液晶配向能力。摩擦設(shè)備一般為兩個機(jī)臺，分為A側(cè)、B側(cè)，如圖3。摩擦工藝可以采用多種模式進(jìn)行，A側(cè)只做TFT或CF(Color Filter)基板(條件1)；A側(cè)TFT/CF各一張基板依次交叉進(jìn)行(條件2)；TFT/CF各一個卡(20張)依次交替進(jìn)行(條件3)，B側(cè)同A側(cè)。通常認(rèn)為，TFT側(cè)存在密集金屬線路，當(dāng)同一摩擦機(jī)臺長時間跑TFT玻璃后，機(jī)臺靜電積累可能更嚴(yán)重。而條件2、條件3有交替跑CF玻璃，可能對機(jī)臺靜電散逸有一定緩解作用。改善驗證中，分別用3種摩擦模式進(jìn)行了驗證，發(fā)現(xiàn)不同摩擦模式與靜電高發(fā)無明顯相關(guān)性，結(jié)果見表2。

圖3 摩擦機(jī)臺圖示Fig.3 Phenomenon of rubbing stage

表2 摩擦模式與靜電相關(guān)驗證Tab.2 ESD results vs. different RUB model

3.2 摩擦工藝參數(shù)與靜電相關(guān)性

摩擦工藝中摩擦輥會接觸、摩擦基板膜面，摩擦機(jī)臺中存在頂針與基板接觸并使其升降。此過程中輥與基板摩擦接觸、頂針托著基板升降、玻璃與機(jī)臺接觸、分離過程中都容易產(chǎn)生靜電。

摩擦制程中表征摩擦工藝強(qiáng)度的參數(shù)之一為轉(zhuǎn)速(輥一份鐘轉(zhuǎn)的圈速)。摩擦工藝完成后機(jī)臺頂針上升使玻璃基板與機(jī)臺分離，上升完成后機(jī)械手再進(jìn)行取片、換片動作，頂針上升完成時間定義為頂針1S(頂針1 s完成上升過程)。機(jī)臺與基板分離瞬間容易產(chǎn)生靜電，為降低瞬間靜電產(chǎn)生可能，對機(jī)臺進(jìn)行防靜電液涂覆(產(chǎn)品說明：可降低表面電阻至107～108Ω)。

根據(jù)以上，對摩擦輥的轉(zhuǎn)速、機(jī)臺頂針上升速度、機(jī)臺是否涂覆防靜電液等變量，進(jìn)行了控制變量實驗驗證，對比項為正常量產(chǎn)(轉(zhuǎn)速：1 200、頂針上升速度：頂針1S、機(jī)臺情況：未涂覆防靜電液)。驗證發(fā)現(xiàn)：機(jī)臺頂針上升速度減緩對靜電改善有一定效果；而摩擦輥轉(zhuǎn)速降低、機(jī)臺涂覆防靜電液無明顯改善效果，結(jié)果見表3。

表3 機(jī)臺參數(shù)與靜電相關(guān)驗證Tab.3 ESD results vs. stage parameters

3.3 產(chǎn)線濕度與靜電相關(guān)性

TFT行業(yè)中濕度是產(chǎn)線管控的重要環(huán)境指標(biāo)之一，濕度(%RH,Relative Humidity)一般指相對濕度，指在一定溫度條件下，單位體積氣體(通常為空氣)中水蒸氣含量與相同體積氣體中水蒸氣飽和時水蒸氣含量的百分比。

通常認(rèn)為，濕度對靜電的影響很大，濕度越大，電荷在潮濕的空氣中得不到累積或者說更容易散逸，就不容易產(chǎn)生高壓放電。所以濕度越大，靜電越少；濕度越小，靜電越大。驗證中對摩擦制程產(chǎn)線濕度進(jìn)行了調(diào)整，并做了不同濕度的驗證。驗證發(fā)現(xiàn)：濕度升高對靜電降低有較為明顯效果，見表4。實際生產(chǎn)考慮到濕度太大，有TFT基板線路腐蝕風(fēng)險，最高70%RH驗證，應(yīng)用于量產(chǎn)。

表4 產(chǎn)線濕度與靜電相關(guān)驗證Tab.4 ESD results vs. Environmental humidity

3.4 摩擦布與靜電相關(guān)性

3.4.1 摩擦布類型與靜電相關(guān)性

摩擦布為摩擦過程中直接與玻璃基板接觸的介質(zhì)。常見摩擦布按大類分為2類，棉布系列：棉布材質(zhì)為主材；尼龍系列：尼龍材質(zhì)為主材。一般認(rèn)為棉布較為柔和，摩擦強(qiáng)度稍弱，但產(chǎn)生靜電少；尼龍布摩擦強(qiáng)度大，摩擦效果較好，但容易產(chǎn)生靜電。改善靜電過程中，分別對不同摩擦布類型及相同類型不同種類摩擦布做了靜電相關(guān)性驗證，發(fā)現(xiàn)棉布整體靜電效果稍好，但差異并不明顯，見表5。

表5 摩擦布類型與靜電相關(guān)驗證Tab.5 ESD results vs. rubbing cloth type

3.4.2 摩擦布壽命與靜電相關(guān)性

摩擦布作為生產(chǎn)中耗材，其使用具有一定壽命周期，本文所述產(chǎn)品壽命為200(200片玻璃基板)；通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，隨著摩擦布壽命的延長，越靠摩擦布壽命后期的產(chǎn)品更容易發(fā)生靜電,如圖4。更直觀對比為前60片玻璃基板，靜電發(fā)生率為0.48%，第60～100片發(fā)生率為1.4%，第100～200片發(fā)生率為8.2%?？梢妼⒛Σ敛級勖刂圃?00以下，可很大程度降低靜電相關(guān)不良的發(fā)生。

圖4 摩擦布壽命和靜電關(guān)系Fig.4 Correlation between rubbing cloth life and ESD

3.5 光配向?qū)肱c靜電的根本改善

光配向是一種利用紫外光照射配向膜，使配向膜在光化學(xué)反應(yīng)下產(chǎn)生各向異性，從而使配向膜形成具有配向能力的聚合物膜，以實現(xiàn)對液晶分子取向的控制[8-10]。光配向是一種非接觸式工藝，是摩擦工藝的一種補(bǔ)充、替代，目前各公司已逐漸引入光配向工藝。

在改善本次靜電失效中，引入光配向工藝后，此款產(chǎn)品靜電失效未再發(fā)生。同時也說明此GOA產(chǎn)品靜電主要為摩擦工藝過程中，接觸摩擦所導(dǎo)致。

4 結(jié)果與討論

以上，對摩擦工藝中摩擦模式、機(jī)臺相關(guān)工藝參數(shù)、環(huán)境濕度、摩擦布類型及摩擦布壽命等變量條件與靜電相關(guān)性進(jìn)行了一系列驗證。

通過驗證結(jié)果，結(jié)合產(chǎn)線實際情況，導(dǎo)入了機(jī)臺頂針上升速度2S、產(chǎn)線濕度70%，并管控了摩擦布壽命≤100片，此后GOA產(chǎn)品靜電失效不良發(fā)生率由高發(fā)時6.8%降至0.7%，但未能完全消除。當(dāng)引入非接觸式光配向工藝替代摩擦工藝后，靜電得到了徹底的解決。

5 結(jié) 論

靜電是TFT行業(yè)甚至半導(dǎo)體行業(yè)中，僅次于異物，容易引起產(chǎn)品失效發(fā)生的第二誘因。其發(fā)生工序眾多，發(fā)生原因不盡相同。

本文主要針對摩擦工藝過程中產(chǎn)生靜電的情況進(jìn)行了探究。通過一系列實驗發(fā)現(xiàn)：摩擦工藝中，摩擦布壽命、環(huán)境濕度對靜電產(chǎn)生影響很大，摩擦布壽命越靠后，靜電越容易發(fā)生；濕度越大，靜電越不容易發(fā)生。摩擦機(jī)臺頂針上升速度、摩擦布類型也對靜電發(fā)生有一定影響，頂針緩慢上升，靜電不容易發(fā)生；棉布較尼龍布靜電效果較好。針對摩擦摩擦工藝產(chǎn)生的靜電失效,光配向替代是一種可根本解決的方法。