1、Nov. 2010，总第 118期现代显示 Advanced DisplayLCD 切割裂片不良及解决方法宋新华1,2， 范志新1（1. 河北工业大学理学院 ，天津 300400; 2. 江门亿都半导体有限公司 ，广东江门 529000）摘 要 ：文章汇总了 LCD 后制程中切割裂片的常见不良 ，根据切割裂片原理 ，分析了不良产生的原因 ，并通过实验给出了改进的方法 。关键词 ： LCD；后制程 ； 切割裂片中图分类号 ：TN141.9 文献标识码 ：BThe Defects of LCD Scribing and Breaking, and Its SolutionSONG Xin-hua1
2、, 2, FAN Zhi-xin1(1. Department of Applied Physics, Hebei University of Technology, Tianjin 300400, China;2. Jiangmen Yeebo Semiconductor Co., Ltd., Jiangmen Guangdong 529000, China)Abstract: The common defects of LCD scribing and breaking was collected. The reasons casing thedefects was analyzed, a
3、ccording to the scribing and breaking principle. The improvements was giventhroughtheexperiment.Keywords: LCD;back-endprocess;scribing breaking文章编号：1006-6268（2010）11-0018-05收稿日期 ：2010-09-22引 言液晶显示器 (LCD) 以其优于阴极射线管 (CRT)显示器的轻薄 、无辐射 、无污染 、功耗低 、寿命长和极易数字化显示等优点，仅仅 20 余年便风靡电子产业界 。尤其是薄膜晶体管液晶显示器 (TFT- LCD)，
4、更以清晰度高 、容量大 、易于实现大规模集成化生产和全彩色显示的优点， LCD 产品的市场份额超过了90%，成为 21 世纪液晶领域甚至平板显示技术领域极有发展前途的技术之一1- 3。在 LCD 制造工艺的切割 / 裂片制程中，切割机在切割过程中的机械加工应力所导致的成品低 、成本高等缺点是长期困扰人们的问题4。切割裂片对于 LCD 的制程是很重要的 。LCD 玻璃的切割工艺就是使用具有一定硬度的刀轮，在一定压力下，划过玻璃表面，从而在玻璃表面形成一道深切槽，必要时借助裂片工艺，使得在切割时形成的深切槽贯穿整个玻璃的厚度，使玻璃分离 。1 原 理51.1 切割原理在切割工艺中，所使用的刀轮的材
5、质硬度是大于玻璃硬度的 。切割时对刀轮施加一定的切割压力，使刀轮能在刀座的引导下在玻璃表面划出一道连续的划痕，即切割线 。其目的是为了使玻璃表面产生一宋新华 ，范志新 ：LCD 切割裂片不良及解决方法技术交流18Nov. 2010，总第 118期现代显示 Advanced Display定 的微裂纹，同时使得产生的微裂纹在外加压力的作用下，沿着垂直于玻璃表面的方向扩展 。切割时，即使在切割刀轮上施加很大的切割压力，当切割深度为 50100m 时，刀轮划过玻璃的实际切入深度也只有 25m ，因此切割刀轮在玻璃表面划过时，形成的切割线可等效认为是由很多的微裂纹组成，每个微裂纹的长度沿着刀轮切割的方
6、向，如图 1所示 。因此，刀轮在高速旋转状态下对玻璃造成的各种破坏现象也可用微裂纹理论来解释 。图 2 所示为刀轮在玻璃表面划过时对玻璃造成的状况 。切割时，切割刀轮实际深入到玻璃中的深度也只有 25m ，由于刀轮对于玻璃的挤压作用，会在刀轮的下方形成深为 510m 的破坏区域 。根据微裂纹理论，这一深度可认为是由于刀轮对玻璃表面造成的破坏而形成的微裂纹的端面半径 。由于微裂纹的端部是应力集中的地方，因此，由刀轮与玻璃间作用产生的微裂纹就会沿着玻璃的厚度方向扩展，当没有外在的压力存在时，微裂纹也会缓慢扩展 。由公式：m=1+2（c）12! “其中，微裂纹端部的应力由微裂纹的长度 (2c)和端部
7、曲率半径 ()共同决定，式中 m是微裂纹尖端处的最大应力， 是外界施加的应力 。可知，因切割时切割压力的存在，使得刀轮划过玻璃时产生的微裂纹端部的应力增大，裂纹很快达到理论强度，从而使得微裂纹很快向玻璃厚度方向扩展，形成纵向微裂纹 。根据葛利菲斯的微裂纹理论，对于材料的微裂纹而言，有一个临界裂纹长度，当裂纹长度大于临界尺寸后，微裂纹扩展力和释放出的弹性应变能愈来愈大，导致微裂纹增殖产生分支，形成更多新表面，并使表面粗糙呈波纹贝壳状，高低不平，以便能吸收更多的弹性应变能，在玻璃表面附近就形成我们所说的横向微裂纹 。新形成的表面在切割完后或裂片制程完后，因为玻璃内部应力的原因，在切割线周围就会以玻
8、璃屑的形式弹出 。图 3 所示为纵向微裂纹 (median crack) 和横向微裂纹 (lateralcrack)的示意图 。当刀轮在玻璃表面进行切割时，施加的切割压力是恒定的，由微裂纹理论，对每一个微裂纹而言，施加在其上的外力基本都是一样的 。因此，微裂纹端部的应力就都一样，由具有同样曲率半径的微裂纹扩展形成的纵向微裂纹的深度就会基本一致 。因此，从玻璃的断面来看，纵向微裂纹的末端是连续的，而且几乎都在同一条水平线上 。图 3 表示了良好的切割状况下的纵向微裂纹的情况 。当刀轮在玻璃表面形成的微裂纹不连续或微裂纹的曲率半径不一样时，在整个切裂制程完成之后，玻璃断面就会产生一些问题 。图 4
9、 所示的情况就是由于玻璃表面切割线不连续，而造成纵向微裂纹不佳，从而影响玻璃断面的品质 。因此，我们在切割时要保证切割条件，使得形成的切割线均匀连续，并且纵向微裂纹的深度合适，根据实际经验，纵向微裂纹的深度一般为玻璃厚度的 1/101/6为佳 。对于横向微裂纹，希望越小越好因为切割裂片造成的玻璃碎屑会影响到后续的包括偏光板贴附等制程 。图 5 所示为两种不同切割条件下的玻璃表面切割线周围的横向微裂纹的状况 。因此，纵向微裂纹和横向微裂纹是我们衡量切割品质的两个主要参数 。切割机有以下规律6：（ 1）刀轮角度越小，切割深度越深，越容易产生横向裂纹；图 1 切割线等效示意图图 2 切割时玻璃的实际
10、状况图 3 纵向微裂纹和横向微裂纹示意图宋新华 ,范志新 ：LCD 切割裂片不良及解决方法技术交流19Nov. 2010，总第 118期现代显示 Advanced Display图 4 纵向微裂纹不良造成玻璃断面品质不良（ 2）切割下压量越大，切割深度越深，下压量对横向裂纹几乎没有影响；（ 3）存在一个横向裂纹出现的临界压力值，并且横向裂纹出现的几率随着压力的增加而急剧增大；（ 4）切割深度随着切割压力的增大而增大，由于切割深度可以由加大刀轮的下压量和增大切割压力来获得，因此在刀轮的选择上，应首先考虑刀轮角度对横向微裂纹的影响 。1.2 裂片原理在切割制程完成之后，就需要进行裂片制程，裂片的目
11、的就是在玻璃基板的切割线背面施加一定的压力，使得切割后在玻璃厚度方向上形成的纵向微裂纹扩展到玻璃的底部，从而达到使玻璃分离的目的 。根据微裂纹理论，在切割时形成的微裂纹会由于其端部应力的集中，而使得在玻璃厚度方向上产生的垂直裂缝缓慢延伸，在足够的时间之后，此垂直裂缝可扩展至玻璃底部边缘，使玻璃基板分离 。裂片制程的目的就是通过在玻璃基板外部施加一定压力，使得在垂直裂缝端部的应力增大，加速裂缝的扩展，缩短玻璃分离所需的时间，提高生产效率 。由于玻璃在断裂前，表面已经有了一条由切割工艺形成的切割线，由葛利菲斯的微裂纹理论可知，玻璃基板断裂时，在切割形成的垂直裂缝（纵向微裂纹）下方就会形成一个光滑的
12、镜面区，而且由于裂片时施加的压力是与切割线重合的，并且是在玻璃的切割线背面，因此，只要切割和裂片的条件合适，在玻璃基板裂开后就会形成一个近似垂直于玻璃表面的光滑断面，如图 6 所示 。当裂片时施加的裂片压力没有完全施加在玻璃的切割线背面时，就会发生裂片歪斜的状况，影响LCD 的品质，严重时还会造成相邻的 cell 产生报废，影响到良率及生产成本 。图 5 两种不同切割状况下的玻璃表面 （偏光显微镜下 *10 倍 ）图 6 切裂后良好的断面情况宋新华 ,范志新 ：LCD 切割裂片不良及解决方法技术交流20Nov. 2010，总第 118期现代显示 Advanced Display图 7 切割刀轮
13、压力与横向裂纹产生几率2 切裂不良项目与原因分析在切割裂片过程中，主要如表 1 所示的几种不良，根据前面介绍的理论知识加以分析，查找不良产生的原因 。经跟踪记录，依据表 1 所列的不良原因，对现场不良的解决速度有了很大帮助 。3 实 验3.1 切割刀轮压力与横向裂纹产生几率的关系实验所用刀轮角度为 130；下刀深度为 0.3mm；玻璃厚度为 1.1mm。实验图片如图 7 所示：以下 7 张界机线条（左面线条） 图片分别对应刀轮压力 0.2MPa、0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa、1.2MPa、1.4MPa下的情况 。从以上 7 张图片可以清楚地看到，横向裂纹在刀轮压力为
14、1.0MPa 时开始出现，当压力继续增大时，玻璃表面出现的横向裂纹急剧增多 。在 0.8MPa压力下作业，界机效果最好，也就是存在一个横向裂纹出现的临界压力值，并且横向裂纹出现的几率随着压力的增加而急剧增大 。3.2 裂片刀实验正如已经了解到的，裂片的作用就是在已有切割线的玻璃背面施加一定大小的压力，达到使玻璃断裂的目的 。由于在裂片前，玻璃表面已有一定的裂痕，且裂痕的深度一般为 70100m，对于不同厚度的玻璃，在切割后其断裂强度是不同的，因此，裂片机设定的使玻璃断裂的裂片压力也是不同的 。一般来说，只要使设定的裂片压力大于玻璃基板的断裂强度，就能达到使玻璃分离的目的 。在实验中，当裂片刀未
15、对准切割线时，有很大一部分液晶片产生表 1 切裂不良现象分析序号名称 现象 原因分析1 切反宽玻璃在面切成宽玻璃在底 ，或反之对位位置放反 ；菲林曝光图形放反 ；程序输入错误2 走位切割线未到位（有一定规律 ）程序输入错误 ；图纸给出的切割尺寸有误 ；菲林本身有误 ；刀轮固定不牢 ；真空吸附不牢3 跳线个别切线未到位设备故障4 断线无规则断开切割线刀速过快 ；压力过小 ；玻璃不平整5起丝 、毛边气泡切割线附近有玻璃丝 、气泡出现 ，不整齐根本原因 ：横向微裂纹过大，具体原因 ：刀轮磨损不锋利 ；界刀压力过大6线条不均匀切线粗细不均匀根本原因 ：横向微裂纹不均匀 ，具体原因 ：设备气压不稳定7
16、多余玻璃未沿切割线断裂而保留在盒边缘根本原因 ：纵向微裂纹不深 ，具体原因 ：界刀压力过小 ；裂片机刀口未对准切割线 ；裂片机刀锋不平整8 崩玻璃在玻璃内部产生裂纹具体原因 ：界刀压力过大 ；台面有异物910倾斜边端面不平断面未垂直于玻璃 ，有斜坡端面不光滑平整根本原因 ：裂纹未沿纵向微裂纹方向生长 ，具体原因 ：界刀压力过小 ；裂片机刀口未对准切割线根本原因 ：纵向裂纹不整齐 、不深 ，具体原因 ：界刀压力过小 ；裂片机刀口未对准切割线宋新华 ,范志新 ：LCD 切割裂片不良及解决方法技术交流21Nov. 2010，总第 118期现代显示 Advanced Display（ 高解析度全息三维
17、显示屏的定向背光方向设计）和“Directional Backlight Timing Requirements forFull- Resolution Autostereoscopic 3D Displays”（全解析度全息三维显示屏的定向背光时序要求） 。Schowengerdt 说这些论文受到关注是有原因的，首先，后两篇论文表明 3M 已经投入大量的资金用于三维显示技术；其次，三篇论文都通过背光的设计而不是利用透镜阵列使得左眼和右眼获得不同的图像，这将使显示屏的全解析度得到应用 。日本信息和通讯技术研究所 Shunsuke Yoshida发表的 “Prototyping of Glass
18、es- Free Table- Style3D Display forTabletop Tasks”（用于桌面任务的裸眼三维显示屏模型） 也受到关注 。本文探讨了当三维显示器置于水平方向而不是垂直方向时必要的特殊考虑 。这种新型显示器是一种倒锥形，使观众能够坐在周围观看 。这种整体的形式和显示器能够使每个观众都能看到正确的立体视图 。另外，其它值得关注的问题还包括建立检测和开发三维视频和显示器的标准，以及为消除能够降低立体效果的左 、右眼串扰问题的解决方法等 。3 特殊的三维电影活动本届 SID 研讨会涵盖了上述提到的三维显示技术的各个方面，但需要记住的重要一点是，从最开始，三维显示技术的发展
19、就与娱乐产业密不可分 。为体现这一结合，今年显示周在 5 月 25 日星期二晚上，举办了一个特别的三维显示电影活动 。在一台专门的 30in 大荧幕上播放三维短片，内容是三维电影制片人以及这个快速发展产业内其他相关人员的谈话 。参考文献1 3- D boosts box office worldwide to record $30 bln.http:/ _office_year_end.2 Wal- Mart to Carry 3- D TVs inSelect Stores. http:/ mart/wal- mart- carry - 3d- tvs- slect- stores- 18
20、846.3 http:/ ： Jenny Donelan，Information Display杂志社主编， E- mail： 。（北京维信诺科技有限公司 邱 勇译自 Information Display04/10）不良，所以裂刀对准切割线是一个很重要的条件，对于缺少对位装置的裂片机，应该加装对位装置，例如CCD 对位装置 。这样可以提高对位精度，同时提高良率 。另外，使用不平整的裂刀也会产生很多不良，所以要监控裂片刀的平整度 。4 结 论（ 1）根据表 1“切裂不良现象分析 ”处理异常后，已使生产效率提高，良率提高；（ 2）存在一个横向裂纹出现的临界压力值，并且横向裂纹出现的几率随着压力的
21、增加而急剧增大；（ 3）为使裂片机刀锋尽可能压在切割线上，加装CCD 对位装置，以提高对位精度，提高良率；（ 4）在生产上增加一天一次的 “压力纸测试裂刀平整度 ”的检查项目 。参考文献1 杨 虹 . TFT- LCD 应用发展趋势 J. 液晶与显示， 2002， 17（ 2）： 143- 147.2 刘传珍，杨柏梁，朱永福等 . 硅基 TFT有源矩阵液晶显示技术 J. 液晶与显示， 1999， 14（ 2）： 137- 143.3 M. Katayama. TFT- LCD technologyJ. Thin Solid Films,1999(341): 140- 147.4 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- 335.5 朱小娟，李新贝等 . TFT- LCD 切割裂片工艺概述 J. 材料 .设备， 2008， 05， 65- 69.6 李亚利，张方辉等 . TFT- LCD 切割裂片工艺参数探讨 J.液晶与显示， 2006， 21(1).作者简介 :宋新华（ 1984-），男，河北省邢台市人，河北工业大学液晶物理和液晶器件物理在读硕士研究生，师从范志新教授从事液晶物理研究， E- mail：。宋新华 ,范志新 ：LCD 切割裂片不良及解决方法（上接第 6 页 ）技术交流22
