切割裂片基础工艺及技术

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TFTBG玻璃切割技術研討會報告—
切割裂片基礎工藝及技術研究
報告單位: BEOL BU/SENG/BSPSE 指導主管: 林仕農 報 告 人: 惠 偉 報告日期: 2009年2月21日
Confidential
Prepared:惠偉/康傳華
Content
切割裂片原理介紹
斷裂機理 切割原理 裂片原理
切割裂片基礎工藝研究
裂紋的擴展
对于玻璃的微裂紋的产生,有发现玻璃表面结合着极微小的脏粒子,而它和玻璃的 弹性模量或热膨胀性能不同;或者粒子受到腐蚀,裂纹常常就从这些粒子中触发出来.
斷裂機理—微裂紋理論
Inglis微裂紋端部應力集中理論
c
2c 不论裂紋是圓、椭圓或其他形状,其端部的應力是有裂纹的長度( ) )决定的,得出关系式如下: 和端部曲率半径(
鐳射切割技術
鐳射切割原理 鐳射發展現況
斷裂機理—微裂紋理論
Griffith微裂紋理論
发生脆性變形的材料,在拉出後會自動形成一些微裂紋,而這些微裂紋 的端部正是應力集中的地方,其邻近所贮藏的應变能逐步變成斷裂表面能 而使微裂紋進一步扩展,造成材料強度的降低,更進一步的會導致材料的 斷裂. 材料的斷裂分为两个過程,一是微裂紋的產生;二是裂紋的擴展. 目前切割製程對玻璃斷裂的實現方式
切割原理
在切割时,对刀輪施加一定的切割壓力,使刀輪能在刀座的引導 下在玻璃表面劃出一道连续的劃痕,即切割線(Scribing line)
目的是为了使玻璃表面產生一定的微裂紋,同時使得產生的微裂紋在 外加壓力的作用下,沿着垂直於玻璃表面的方向擴展
切割線(Scribing line)可以等效认为是由很多的微裂紋组成,每个微裂紋 的長度沿着刀輪切割的方向
切割工藝
劃线法是用定壓,定深之刀輪(具有一定宽度且硬度大于玻璃硬 度) ,施以玻璃定量之應力以造成穩定之垂直裂痕(Median crack ).
刀座
切割线
切割方向
切割刀轮
切割压力 施加方向
玻璃表面
劃线法切割方式
劃線法切割示意圖
劃線法切割斷面
優點:1. 避免刀輪與玻璃邊緣撞擊產生的玻 璃屑;2.邊緣dummy較長,有利於產能提升; 缺點: 1.小片二次切割剛入刀時容易出現偏移,產 生击緣; 2.刀軸在垂直方向受到較大衝擊力,磨損較 快; 改善方法:1.增加刀輪的下刀壓力,減小切割 偏移的距離;2.定義每班開班點檢刀軸; 適用範圍: 1.適用penett刀輪切割; 2.中片layout混版設計和stick切割時適用.
切割线
切割线等效圖
由於刀輪在高速旋轉狀態下对玻璃造成的各種破坏現象可以用微裂紋 理论来解释.
切割原理
玻璃在切割時,會產生Median Crack和Lateral Crack
Median crack:分斷的必須條件,因為玻璃厚度,製造過程影響,產生的 Median crack也不一樣 Lateral crack:分斷中最不需要產生的,卻是無法避免,因作用力與反作 用力,所以必然會產生,切割應使其減小到最低
切割刀輪的選定及使用壽命的評估
刀輪的選擇 切割刀輪使用壽命的評估
鐳射切割技術
鐳射切割原理 鐳射發展現況
切割裂片工藝
切割/裂片的目的
將已加工好的大尺寸的基板分离成为我们所需要的尺寸,以进行后段的液晶灌 注等製程. 365mm 455mm
66pcs 2.2” 單個panel
切割/裂片的流程
目前的切割/裂片流程大致分為四種,具體流程的選擇主要依據使用刀輪的種類, 玻璃的厚度,產品的品質要求而確定.
Scribe line
兩種情況:
1.Breaking bar的安 裝於裂片stage不平 行? 2.Breaking bar與 score crack不重合?
Twist hackle
Break bar
Content
切割裂片原理介紹
斷裂機理 切割原理 裂片原理
切割裂片基礎工藝研究
切割條件的選擇 裂片條件的選擇
m 1 + 2( )
1 2
m 上式中 m 是裂紋尖端处的最大應力, 是外施的應力. 称为應力集中系数,


它的大小表明外力施於材料时,裂紋尖端應力增加的倍数,由
c 和 决定.
当外力较小时,裂紋很快达到理论强度,就使裂紋擴展,使 c 增长,響應 系数又增大,如此恶性循环,導致材料斷裂.
切入玻璃的深度2~5um
切入玻璃的深度5~6um
切割原理—Median crack的產生
Median crack的產生
区域;
刀輪切入玻璃深度2~5um,在玻璃表面產生許多微裂紋; 刀輪对與玻璃有擠壓作用,會在刀輪的下方形成深为5~10um的破坏
由於微裂紋的端部是應力集中的地方,刀輪与玻璃间作用產生的微裂紋
(ECP : Edge-Crush Process)
優點:1.入刀時矯正刀輪的滑行方向; 2.下刀時會減小刀軸在垂直方 向受到的衝擊力; 缺點:刀輪接觸到玻璃邊緣時,會增加 玻璃屑的產生; 改善方法:減小下刀壓力或設為0,從 而減小刀輪對玻璃邊緣的壓力; 適用範圍:適用鑽石和碳化鎢等 normal刀輪的切割.
切割刀輪對Median crack的影響
將切割速度、切割壓力、刀輪下壓量進行確定,使用1250/ 1150两种刀輪切 割同一種玻璃Corning EAGLE2000,並使用顯微鏡对兩種不同刀輪的切割深 度進行量測,紀錄實驗數據。
刀轮下壓量:0.14mm 切割壓力(Mpa) 0.06 0.08 0.1 0.12 切割速度:300mm/sec 0.14 0.16 0.18 0.2 0.22
IN-IN (inside) cutting method
(SDP : Set-Down Process)
切割工藝參數
切割製程中,刀輪在玻璃上形成的破壞主要为Median crack 和Lateral crack.
當切割完后,在玻璃厚度方向上形成的垂直裂縫(Median crack)足够大 (Maximum); 在玻璃表面產生的Lateral crack足够少(Minimize); 為不使TFT玻璃在切割完成之後在較短的時間内发生斷裂,
切割时玻璃的实际状况
median crack 和lateral crack
不同的刀輪在切割時產生Median Crack和Lateral Crack的狀況
Micro Crack Normal刀輪切割 Penett 刀輪切割 Median Crack 玻璃厚度的10%~15% 玻璃厚度的80%~100% 較好 較差 Scribe line
應力就較大,其形成的微裂紋擴展而成的垂直裂缝的深度(Median crack)就較深.
刀輪下壓量對Median crack的影響
將切割速度、切割壓力和使用的切割刀輪等條件确定,改變刀輪不同的下 壓量,並使用顯微鏡量測設定的不同下壓量下的切割深度
切割速度:300mm/sec 下壓量(mm) 0.08 pressure:0.20MPa 0.1 0.12 刀輪角度:1150 0.14 0.16
切割條件的選擇 裂片條件的選擇
切割刀輪的選定及使用壽命的評估
刀輪的選擇 切割刀輪使用壽命的評估
鐳射切割技術
鐳射切割原理 鐳射發展現況
Content
切割裂片原理介紹
斷裂機理 切割原理 裂片原理
切割裂片基礎工藝研究
切割條件的選擇 裂片條件的選擇
切割刀輪的選定及使用壽命的評估
刀輪的選擇 切割刀輪使用壽命的評估
就会沿着玻璃的厚度方向擴展; 由於切割壓力的存在,使微裂紋端部的應力增大,裂紋很快達到理论 强度,向玻璃的厚度方向擴展,產生肋紋(Rib Mark)狀Median crack.
Median crack的產生示意圖
切割原理—Lateral crack的產生
Lateral crack的產生
当微裂紋長度大於臨界尺寸後,微裂紋擴展力和释放出的弹性應變能愈 来愈大; 微裂紋增殖產生分支,形成更多新表面,並使表面粗糙呈波紋贝壳狀, 高低不平; 为了能夠吸收更多的弹性應變能,在玻璃表面附近就形成Lateral
切割深度(µm)
150
75
82
90
98
切割深度(µm)
110
120
切割深度/µm
90 60 30 下压量/mm 0 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16
切割深度與刀輪下壓量的關係
結論:當切割壓力一定的時候,随着刀輪下壓量的增加,刀輪的切割深度也會增加.
因此,切割時,我们應選擇較大的下壓量,以獲得較深的切割深度。
由Griffith的微裂紋理論可知,玻璃基板在斷裂时,在切割时形成的Median crack下方就会形成一个光滑的镜面区; 若切割和裂片的條件合适,玻璃基板裂开后就会形成一个近似垂直于玻璃表面 的光滑的斷面.
Median Crack
彎曲應力 局部彎曲變 形
引張應力 裂片檯面
Baidu Nhomakorabea裂片檯面
裂片及玻璃斷裂示意圖 当裂片时施加的裂片壓力没有完全施加在玻璃的切割線背面时,就会发生裂片 歪斜的狀況,影响LCD的品質,严重时还会造成相鄰的cell产生報廢.
S-B-S-B 刀輪種類 玻璃厚度(單板) BEOL適用產品 優點 缺點
Normal/APIO 刀輪 T>=0.50mm STN 斷面和cross crack較好 受裂片製程影 響較大,品質和 良率不穩定
S-B-S
1st:APIO/micro penett 2nd:penett T>=0.50mm MP(T=0.50mm) 適用于雙面不同厚度的玻璃 切割;改善cross缺角和內裂 一次切割刀深要管控,避免裂 片出現斷片
切割壓力對Median crack的影響
將切割速度、刀輪下壓量和使用的切割刀輪等條件确定,改變不同的切割 壓力,並量測不同切割壓力下的切割深度
刀輪下壓量:0.14mm 切割壓力(Mpa) 1150
150 115
切割速度:300mm/sec 0.08 78 0.1 86 0.12 95 0.14 99 0.16 102 0.18 109 0.2 113 0.22 120
crack.
Lateral crack的產生示意圖 新形成的表面,在切割完后或裂片製程完后,因为玻璃内部應力的原因,在切割線 周围就会以玻璃屑的形式弹出.
裂片原理
通過在玻璃基板的切割線背面施加一定的壓力,使得在切割後在玻璃厚度 方向上形成的Median crack擴展到玻璃底部,達到使玻璃分离的目的.
1250
1150
150
68
75
73
78
80
86
86
95
92
99
95
102
102
109
125
110
113
115
112
120
切割深度/μm
120 90 60 30 0 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16
切割压力 /MPa 0.18 0.2 0.22
切割深度與切割刀輪角度的關係
結論:在同樣的切割條件下,使用角度小的刀輪,其在玻璃表面形成的微裂紋端部的
切割工藝
劃线法是用定壓,定深之刀輪(具有一定宽度且硬度大于玻璃硬 度) ,施以玻璃定量之應力以造成穩定之垂直裂痕(Median crack ).
刀座
切割线
切割方向
切割刀轮
切割压力 施加方向
玻璃表面
劃线法切割方式
劃線法切割示意圖
劃線法切割斷面
Out-Out (outside) cutting method
傳統刀輪切割:一般选择合適的切割深度为玻璃厚度的1/10 ~1/6; Penett刀輪切割:一般选择合適的切割深度为玻璃厚度的80% ~100%.
影響切割的幾個主要因素:刀輪的種類、下壓量、切割壓力和 切割速度.
由於在切割中,對於切割品质我们在意的是Median crack和Lateral crack的狀況; 以下就將以實驗的方法討論以上幾個因素对Median crack和Lateral crack的影響.
切割方式 斷裂過程
傳統製程作業
刀輪劃線 機械裂片
Penett 刀輪切割
刀輪劃線 壓力 集中在刀輪鋸齒上
Laser 切割
Pre-crack with diamond wheel/UV laser pre-cut CO2 laser cutting+ Liquid Coolant/Cold air
微裂紋的產生
S-S-B
1st:penett 2nd:APIO/micro penett T>=0.40mm / 適用于雙面不同厚度的玻璃 切割;改善cross缺角和內裂 二次切割後增加裂片製程,中 片拿取時易斷片導致不良率 上升;二次切割深度難把握
S-S
Penett/Micro penett/APIO All AV產品及T<=0.40mm 切割良率較高,參數 window較大 由於切割深度較大,cross 處缺角較明顯,
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