TFT-LCD行業液晶玻璃切割Dummy管控與改善

伍飛高，李 睿，呂鳳珍，劉富青

（合肥鑫晟光電科技有限公司MDL 技術部，安徽合肥 230012）

0 引言

隨著現代信息技術的快速發展，液晶面板有功耗低、輻射低、色彩飽和度好、輕薄等優點，使得消費者對液晶顯示屏的需求量越來越大[1]。現在液晶顯示器和液晶電視已經走進了千家萬戶，而且顯示尺寸越來越大，價格卻不斷降低[2]。這同液晶面板廠家不斷投資高世代生產線、增大基板尺寸和應用新技術來降低成本是分不開的[3]。顯示器未來需要集成的功能將不斷增多，這是作為物聯網終端信息出入口的必然[4]。

隨著顯示技術的不斷發展，TFT-LCD（Thin Film Transistor Liquid Crystal Display，薄膜晶體管液晶顯示器）液晶顯示技術取得了重大關鍵技術的突破，已進入快速成長時期[5]。TFT-LCD技術的日趨成熟，產品質量概念不斷演進，用戶審美不斷提高。窄邊框、無邊框產品（Boardless）已經走進人們的日常生活。無邊框較有邊框產品在美觀以及產品尺寸方面有較大的優勢。

可以預見，在不久的將來，各大廠商必將會推出各自的窄邊框或無邊框顯示產品[6]。無邊框產品意味著玻璃邊緣暴露于可視范圍內，因此，對LCD 切割質量和產品良率要求很高。

切割質量取決于對切割產生的凹坑（Chip）、橫向損傷（Lateral Crack）、毛刺（Burr）、裂紋等缺陷的嚴格管控。因此，為保證良好切割效果，確保切割工藝過程至關重要。為了滿足窄邊框的要求，現在各面板廠大量開發GOA 產品（原Gate 邊COF刪除，該部分驅動電路IC 集成在玻璃邊緣），GOA 產品的三邊為齊邊（TFT 與CF 平齊切割），一邊是階梯邊（TFT 尺寸長于CF尺寸），由于齊邊切割工藝比較成熟，缺陷很少，工藝難點主要集中于階梯邊切割。由于階梯邊TFT 尺寸長于CF，且該部分CF玻璃需要在切割后舍棄且無像素設計，行業內稱該部分玻璃為Dummy（殘材）。由于該處采用的是單側切割的方式，切割壓力無法完全滲透進玻璃，導致CF 側Dummy 經常殘留在Panel 上，難以去除。

切割完成后取屏用Transfer hand 治具無法徹底去除殘留Dummy，此Dummy 如被帶入后工序，將導致Panel 破損報廢，CT Block（Cell Test 工序點燈檢測治具）損壞，如Cell Test 未攔截，將在后段Bonding（熱壓）工序對Bonding Tool 造成損害。通過分析Dummy 構造及切割工藝，收集大量數據，建立Dummy 管控理論模式，并對其進行試驗，找到一種具有較明顯改善效果的方法。

1 切割原理

刀輪運動的軌跡稱為切割線[7]。切割是指對刀輪施加一定的外力，玻璃在切割后形成一條連續的切割線；裂片是指在切割線上追加一個外力，中間裂痕（垂直裂縫）就會沿著切割方向延伸，直至玻璃分離。通過高浸透Cutter（刀輪，材料為金剛石）的切割，使玻璃產生垂直裂縫，這種裂縫可以進行到玻璃厚度的80%～90%，最后通過裂片和取片單元，使基板完全斷裂分離成單個屏。垂直裂縫的產生原理如圖1 所示。Cutter 在一定的壓力下在玻璃表面滾動，玻璃表面產生橫向和縱向裂紋，隨著裂紋的產生，在玻璃的內部形成肋骨狀裂紋（玻璃厚度的10%～20%），在玻璃的內部應力下形成縱向裂紋。橫向裂痕是切割中產生缺口的根源。

圖1 垂直裂縫產生原理

橫向裂痕的產生決定于以下3 點：①切割壓力：壓力越大越易產生；②刀輪齒的角度：角度越大越易產生橫向裂痕；③玻璃材質不同裂痕傳播不同。

隨著橫向裂痕的傳播，將會吸收部分殘留應力，導致分斷張力的增加，易于玻璃的分離。肋骨狀裂紋與切割效果密切相關，且易觀察，關系著切割的品質，是實際生產中切斷品質的主要管理項目。

2 切割工藝

TFT-LCD 技術中8.5 代線的玻璃基板尺寸為2500 mm×2200 mm。切割和裂片的目的是將已經組裝好的大尺寸液晶基板通過一定的方法分離成所需要的尺寸。在TFT-LCD 切割中，往往要將大板切割成稍小的Q-Panel。由二次Cut 進行Q-Panel 切割，二次Cut 切割線體設備最大可對應Q-Panel 切割尺寸為1250 mm×833 mm。Q-Panel 被后續半自動線體切割后的Panel 稱為Single Panel。經過的主要機構有：上料機構、切割機構、移載機構、翻轉機構和裂片機構等。切割工藝流程：切割TFT 面→切割CF 面→裂CF 面→取片→翻轉（圖2）。

圖2 Q-panel 切割工藝流程

當切割CF 完成后形成Dummy 條。Dummy 條在實際生產中以殘材的形式被廢棄，為了保證殘材與Panel 較好的分離，保證Panel 的品質，要對產品的設計以及分離效果做必要的管控。

3 管控措施

3.1 Seal 膠設計管控

液晶屏在ODF 工序經過対盒，CF 與TFT 通過Seal 膠粘在一起。Seal 膠也叫框膠?？蚰z的用途是將2 片玻璃基板結合在一起，避免注入面板內層的液晶材料流出，并阻止外部的空氣、水霧等雜質進入而污染液晶。Main Seal 膠位于Single Panel 內，其作用是將Single Panel 連接在一起。

由于玻璃利用率無法到達100%，因此，在Single Panel 的外圍會有殘材的設計。Dummy Seal 膠會設計在殘材上，以確保CF Dummy 與TFT Dummy 連接在一起。對于不同的切割設備，對Dummy Seal 膠（圖3 中有3 處Seal 膠設計）的設計均要求能將TFT 和CF 面的Dummy 條緊密結合，在各種條件下運輸Panel 均不會脫落。

圖3 框膠設計

Dummy Seal 膠如不涂覆，將導致該處TFT 和CF 玻璃之間形成存在空氣的空腔，當Cutter 進行切割時，由于空腔的存在，切割無法很好地進行滲透。

LCD 切割刀輪的齒形一般分為三種：U 形齒、V 形齒和無齒。因0.2 t 產品有斷面強度需求，因此使用V 形齒。即使是相同切割參數（切割壓力、速度、Cutter）下，Ribmark 和裂紋生長差異均較大，Ribmark 和裂紋生長的差異化將致使裂片品質較差，玻璃分離只能靠外界強加的應力實現，Chip 產生概率增大，玻璃邊緣的強度大大降低。Seal 膠可時TFT 和CF 玻璃形成一個整體，切割壓力能夠很好地滲透，且能大大減少切割參數調整的次數，降低切割生產的工作量，使切割品質保持在穩定的水平，并提升產能。針對0.2 t 產品，不涂覆Seal 膠及涂覆不同寬度的Seal 膠，在Dummy 兩側施加同樣的切割壓力，分別統計50 片Dummy 在切割壓力6 N 的情況下，Dummy 提前掉落的根數（圖4）。

圖4 Seal 膠與Dummy提前掉落的關系

3.2 切割工藝管控

切割壓力對于切割工藝非常重要，是一個很關鍵的參數。通過修改刀壓設置使得Dummy 停留在玻璃上面，不會提前掉落在Cutter 部和取片部，減少玻璃劃傷和碎屏事故，增加設備的產能，同時提升切割品質。

Q-Panel 劃線切割后形成了一條切割線，邊條還在Q-Panel上。液晶屏在切割之后，需要將殘材去除。在殘材的兩側施加不同的切割壓力，可以實現不同的切割裂片效果（圖5）。

圖5 切割壓力設置

由于該種切割存在于二次切割工序（Q-Panel→Single Panel），切割在切割平臺上（Stage）進行，TFT 切割完成后再切CF 面。如將Dummy 兩端的刀壓設置成相同的參數（4.5 N），切割會將Dummy 分裂成相同的程度，CF 切割完成后Dummy 會存在以下兩種情況：①提前掉落到切割部，該問題會導致Dummy 落在切割部，除額外增加人員對設備PM 的次數外，掉落的Dummy 會遮擋Cutter CCD，造成切割設備停機，嚴重時堆積在Cutter 部的Dummy 會將玻璃劃傷，造成批量的劃傷事故，不僅影響設備的產能，而且會造成玻璃的大量報廢；②Dummy 提前掉落在裂片部。使Dummy 墊在玻璃下面，取片時需要一定的壓力作用于機臺上進行吸附，將導致玻璃碎裂，嚴重時碎玻璃會嵌入吸附機臺，造成機臺的損壞，以及批量玻璃報廢。

0.2t產品不同刀壓效果測試結果：在5～8 N 均可實現裂片。再測試5 N 刀壓下的EMCD（Effective Median Crack Depth，有效垂直裂痕深度），得出Dummy 兩側可以參考5～6 N的刀壓設置。不同刀壓對縱向最大延伸度的影響如圖6 所示。

圖6 刀壓與EMCD 關系

3.3 倒三角Bar 的引入

根據Griffith 理論，玻璃的斷裂實質是縱向微裂紋的垂直擴展。切割完成后的玻璃需要將Dummy 去除。傳統的Dummy 去除方式主要采用Transfer Hand 上面等間距分布的Pin 在氣壓的作用下將Dummy 頂掉，由于Transfer Hand 為框架設計，因此，Pin 的數量較少（2～4 個），Dummy 去除時主要靠幾個應力集中點，力不能均勻作用于整條Dummy，在應力集中點附近會產生超Spec Chip。

另外，為解決裂片不均，傳統的辦法為使用裂片刀的形式。但經常會出現裂片不均，局部未完全裂開的情況，還需要人工確認并輔助裂片，影響自動化生產的效率，甚至造成玻璃崩點、崩邊，直接導致產品報廢。為此，創造性的引入倒三角截面長桿（圖7）。倒三角桿的長度超過Panel 長，可以將應力均勻覆蓋于整根Dummy 條上。

圖7 倒三角截面長桿

由于其他高分子材料容易嵌入玻璃碎屑，且尺寸較長時撓度會增大，不利于裂片的均一性，因此倒三角Bar 采用不銹鋼材料。為保證裂片的均一性，可以通過調整玻璃下落的速度、高度、倒三角桿與切割線之間的距離來調整切割品質。用某0.2 t 產品，固定下降速度50 mm/s 和從接觸Panel 開始壓入距離0.4 mm，測試流片50 片Dummy 掉落效果（圖8）。

圖8 距離設定與Dummy 掉落關系

3.4 Dummy 檢測

Dummy 殘留會導致Cell Test（Panel 點燈檢測）以及MDL（模組）工序的資材報廢，因此，應該將Dummy 控制在切割流程內。為在切割流程內實現Dummy 的去除，傳統的Burr Check（凸起檢查）如下：

為檢測并確認提前掉落到切割部和提前掉落在裂片部Dummy 是否去除，在取片轉移部增加Burr Check 機構（圖9）。Burr Check 機構主要由玻璃支撐釘加兩側測長桿構成。

圖9 Burr Check 機構

檢測原理：Transfer Hand 將玻璃放在支撐釘上，兩側的測長桿在伺服電機的驅動下移動至玻璃附近，如該處存在Dummy，測長桿將無法移動到設定位置，此時測長桿感應到壓力，壓力傳感器將信號傳至電腦，電腦分析數據后控制設備報警，設備工程師將根據報警內容檢查Burr Check 部位玻璃是否存在Dummy 未掉情況。

3.4.1 CF Glass 圖層介紹

為在切割流程內實現Dummy 的徹底去除，研究CF Glass Mask 并對比各圖層的遮光效果。CF Mask 主要有OC、Resin、BM 層。OC 與BM 為有機層，Resin 為金屬層，其中透光性強弱為OC＞Resin＞BM。BM 層（Black Matrix）不透光，遮光效果最好。CF Glass 圖層截面見圖10。

圖10 CF Glass 圖層截面（SEM 切片效果）

CF Mask 圖層的位置精度為2.5 μm 左右。在如此高精度情況下，為設計CF Mask 進行Dummy 遮擋提供了可能性。為了檢測Dummy，在CF Glass BM 圖層方案進行設計變更，以檢測并攔截Dummy 條，共驗證實施了以下兩種方法。

3.4.2 Edge Grinder Check

切割完成后的玻璃需要進行磨邊和倒角加工。加工前要確認Dummy 是否去除。磨邊機內Dummy 主要危害為：設備進行磨邊時，該處Dummy 的存在將導致設備將該處玻璃擠碎或者導致玻璃邊緣Chip 的產生，掉落到設備內的Dummy 也會造成設備內部水管的堵塞，影響設備的產能。

為了檢測CF 側透明玻璃，使用CF 側Block 設計。為確保Dummy 能夠被檢測到，創新性地在CF Dummy 上正對對位Mark 處設置一BM Block 方塊（圖11（CAD 圖紙截圖））。所述設計用于Cell 段Cutting 后的CF dummy 檢出。

圖11 Edge Grinder 對位Mark Block 設計

實現Dummy 檢測的原理：玻璃放置到磨邊Stage 上之后，Edge Grinder CCD 對Mark 進行對位，如Dummy 未掉落，Dummy 上的Block 會將Mark 蓋住，CCD 無法讀取Mark，設備無法對位，設備報警，設備工程師會根據報警內容對該部位玻璃情況進行檢查，確認是否存在Dummy，減少了碎屏以及Chip 發生的風險。

當液晶面板從上游設備進入自動光學檢測設備時，一般由機械手將液晶面板運送到機臺指定位置。設備首先將玻璃放在磨邊Stage 上，之后對玻璃進行光學Mark 檢測對位操作，在CF Dummy 上設計BM 標記，光遇到BM（在CF Glass 上設計Block用的圖層）時，反射光會產生變化。通過反射光的抓取量變化，設備可以判定此處是雙層玻璃還是單層玻璃。因Dummy 存在時，檢測效果為雙層玻璃，從而可以識別Dummy，見圖12。

圖12 Block 反射光示意

3.4.3 Edge Inspection Check

目前國內大部分檢測設備主要是針對中小型基板的檢測，然而隨著玻璃基板尺寸增大，檢測難度也急劇增大。隨著玻璃基板厚度越來越?。ā?.3 mm），檢查時的透光性較強，而相機的鏡頭景深很難進一步縮小，且價格昂貴。光學系統不適用于直接識別單層和雙層玻璃。

在實際生產中，不同的產品Dummy 寬度不同。較寬尺寸的Dummy 通常采用在CF 側Dummy 增加一條切割線的形式（圖13），由此造成了端子上可能有Dummy 殘留的問題。

圖13 追加的切割線

由于Dummy 可能會在中部斷裂，因此，經過Burr Check、Edge Grinder 確認過的玻璃仍然存在Dummy 殘留的情況，殘留的 Dummy會造成CT Test Block（點燈檢測治具） 的損毀。為將該段Dummy去除，在CF Dummy 上設置檢測識別線（圖14）材料為CF 基板上的BM 圖層。該識別線貫穿于整條Dummy。光檢機設備使用CCD 進行檢測，定位精度在幾微米。

圖14 Dummy 檢測識別線的引入

當帶有該識別線的Dummy 流 入 Edge Inspection 之后，設備會對Panel 邊緣進行檢測，當設備檢測到該識別線時，因CCD 光源照射到識別線獲取反射光量與正常Panel 明顯不同，設備會報警，設備工程師會根據報警內容進行確認，有效杜絕了殘留Dummy 流入下游CT和MDL 工序。

4 總結

Cutting 工序產生Dummy 條，Dummy 條散落在設備內有可能導致Panel 劃傷、設備損害等不良影響，因此需要有效檢出并攔截。實際生產中，將設備倒三角的距離設置2～3 mm，結合BM Block 的設計，Dummy 的管控變得簡單易行，Dummy 條漏檢率由5×10-3降低到10-5以內，有效減少Dummy 對后段工序的干擾，并且切割品質獲得大幅升，為行業內解決Dummy 問題提供了一個有效的解決方案。