溢流法生产中横切工艺对玻璃基板应力的影响

0引言
随着平板显示技术的发展，薄膜晶体管液晶显示器件
（TFT-LCD）由于其优良的特性已成为市场的主流。

在溢流下拉法生产TFT-LCD玻璃基板的工艺制程中，横切工位处于退火炉下方，是玻璃从热态到冷态过程中进行的切割加工。

从退火炉出来的连续的玻璃带需经过横切机切割成玻璃板，横切机的切割、划线及掰断质量的优劣直接影响到玻璃基板的应力品质，从而对整个面板制程产生影响。

因此，优化玻璃基板制程中的横切工艺始终是基板生产企业需要突破的课题。

1原理
溢流下拉法生产TFT-LCD液晶显示玻璃基板制程中，成形段溢流系统见图1，主要组成有：一组拉边机（近远端各一台）、两对通轴牵引辊（1#、2#牵引辊）、两对分体随动牵引辊（3#牵引辊，近远端各一台）。

图1 溢流系统示意图2实验
（1）横切机砧板基准对切割及掰断时玻璃晃动的影响
退火炉内3#牵引辊中心、横切机上部导向、横切机砧板座不在一个标准平面内时，横切机划线深度难以有效控制，且在掰断时对玻璃板产生较大的晃动，其晃动可以向上延伸到退火炉内使玻璃形态发生变化，从而造成应力变化，见图2。

图2 3#辊、导向、砧板条不在同一平面时应力测量图
实验中，先对横切机砧板及上部导向位置进行校准。

具体方法：在横切机两端（行业俗称近端和远端），各自以3#牵引辊原始中心处为基准向下悬挂重垂线，待重垂线稳定后，以上部导向轮和砧板座砧板条刚好接触重垂线为最佳位置，记录此时的上部导向和砧板位置数据作为基准数据。

操作时可多次进出砧板座确认砧板条与重垂线的位置关系，采用多次测量取平均值的方法来减小误差。

在砧板和导向校准后，观察横切机划线切割和机器人掰断玻璃时退火炉内的玻璃状态。

观察发现：横切机到3#牵引辊之间的玻璃状态呈自由状态，并未出现玻璃板的扭曲乃至变形，由此表明：将3#牵引辊中心、砧板座及上部导向位置校正在一个竖直平面内时，可
以最大程度地减小掰断后玻璃的回弹摆动，从而确保在退火炉内玻
璃应变点以上的玻璃带是稳定状态，以便于更好地完成退火。

在以
上基础上再进行划线机割刀进刀量的校准：以砧板条为基准，通过
在划线机导轨安装座上加垫片的方法，用数字水平仪测量，使导轨
处于绝对水平的状态；由于切割刀是在气缸推动下以恒定压力在玻
璃板上划线，只要在确保以上位置关系的条件下，即保证了划线机
割刀进刀量近、远端保持一致，从而减小划线质量对应力的影响。

通过以上步骤将3#牵引辊的原始中心、横切机上部导向、横切机砧
板座砧板条，三者以3#牵引辊原始中心为基准控制在竖直向下的一
个校准平面内。

（2）机器人基准对掰断的影响
实验中，先对机器人吸盘架进行校正。

具体为：将机器人吸盘架调至横平竖直状态，形成一个平面，并用10 mm厚铝材T型背板加固，减小机器人转身上片时对玻璃的影响；将机器人吸盘架上所有吸盘高度全部调为一致，形成一个平面。

特别指出的是，生产现场机器人基座坐标系是以机器人安装基座为基准设定，基座坐标系与砧板位置没有对应关系，会造成机器人在示教后作点掰断玻璃时造成玻璃近远端不一致使玻璃产生扭曲甚至破裂，因此重新建立机器人基准尤为迫切。

以砧板条为基准建立机器人新坐标系，要求新建用户坐标系X轴与砧板条平行，Z轴与砧板竖直。

以新建用户坐标系下，采用机器人自带的示教模式进行掰断动作。

现场观察发现：机器人掰断动作过程中，机器人
吸盘所在平面的旋转轴与砧板条保持一致，即机器人以砧板条为旋
转轴对玻璃进行旋转掰断，由此使得机器人在掰断过程中对玻璃近、远端的作用力比较均衡，从而减小掰断引起的玻璃扭曲、变形，有利于机械应力的消除。

3结果与讨论
（1）3#牵引辊、横切机上部导向、砧板座不在一个平面时，切割、掰断对应力的影响
在将3#牵引辊、上部导向、砧板条维持在同一平面的条件下，再次取样测量应力，多次测量结果显示：玻璃张、压应力性质不变，应力最大值大幅降低但仍存在一定的波动。

其中张、压应力性质固定，说明该状态下机器人掰断引起的退火炉里玻璃的晃动较为稳定受控，未对退火效果产生不利影响；应力最大值大幅降低表明：3#牵引辊、上部导向及砧板条处在同一平面内时，机械应力已经大部分被消除。

以上实验结果表明：3#牵引辊中心、上部导向及砧板条的位置关系对机械应力有直接影响；通过调整其位置关系，使其处于同一平面内，可有效减小掰断过程中的玻璃晃动，从而最大程度地降低机械应力。

（2）砧板条与机器人吸盘平面不一致时，对应力的影响
在确保3#牵引辊、上部导向、砧板条在一个平面内的基础上，本实验重点测试了砧板条与机器人吸盘的空间位置对应力的影响。

调整砧板条与机器人所处的位置，当砧板条与机器人吸盘所在平面二者不一致时，应力测量结果见图3，应力指标整体好转，但局部应
力仍偏大，圈形较大的位置即为应力偏大区域。

图3 砧板条与机器人吸盘不在一个平面上时对应的应力图
当保持砧板条与机器人吸盘平面旋转轴一致时，应力测量结果整体较好，基本都在60 Psi以内，如图4所示。

应力测量值偏小，且张、压应力分布均衡，该状况为溢流法生产中较为理想的应力状态，其应力整体水平达到行业领先水平。

该实验结果表明：当机器人以砧板条为旋转轴进行旋转掰断时，可使玻璃板近、远端受力均衡，从而有效降低机械应力。

图4 机器人吸盘平面与砧板条在同一平面内时的应力
4结论
溢流法生产过程中，横切工艺对玻璃基板应力有直接影响：（1）确保3#牵引辊中心、横切机上部导向、砧板条在同一平面内，对降低机械应力以及维持应力稳定性有显著的效果；（2）维持机器人吸盘平面与砧板条一致，即机器人以砧板条为旋转轴对玻璃进行旋转掰断，可使掰断的作用力均衡，对降低机械应力有显著作用。

该结果为工业生产中降低应力提供了一条行之有效的解决办法。