切割裂片基础工艺及技术

Confidential報告單位:BEOLBU/SENG/BSPSE指導主管:林仕農報告人:惠偉報告日期:2009年2月21日Prepared:惠偉/康傳華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.傳統製程作業Penett刀輪切割Laser切割微裂紋的產生刀輪劃線刀輪劃線Pre-crackwithdiamondwheel/UVlaserpre-cut裂紋的擴展機械裂片壓力集中在刀輪鋸齒上CO2lasercutting+LiquidCoolant/Coldair斷裂過程切割方式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.目前切割製程對玻璃斷裂的實現方式斷裂機理—微裂紋理論Inglis微裂紋端部應力集中理論不论裂紋是圓、椭圓或其他形状,其端部的應力是有裂纹的長度（）和端部曲率半径（）决定的,得出关系式如下:当外力较小时,裂紋很快达到理论强度,就使裂紋擴展,使增长，響應系数又增大,如此恶性循环,導致材料斷裂.c221m)c2(+1上式中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,由和决定.mmcc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（Scribingline）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（Scribingline）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.切割线切割线等效圖切割原理玻璃在切割時,會產生MedianCrack和LateralCrackMediancrack:分斷的必須條件,因為玻璃厚度,製造過程影響,產生的Mediancrack也不一樣Lateralcrack: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时玻璃的实际状况mediancrack和lateralcrack不同的刀輪在切割時產生MedianCrack和LateralCrack的狀況MicroCrackMedianCrackScribelineNormal刀輪切割切入玻璃的深度2~5um玻璃厚度的10%~15%較好Penett刀輪切割切入玻璃的深度5~6um玻璃厚度的80%~100%較差切割原理—Mediancrack的產生Mediancrack的產生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的破坏区域;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(RibMark)狀Mediancrack.Mediancrack的產生示意圖切割原理—Lateralcrack的產生Lateralcrack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Lateralcrack.Lateralcrack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Mediancrack擴展到玻璃底部,達到使玻璃分离的目的.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Mediancrack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.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.裂片及玻璃斷裂示意圖裂片檯面MedianCrack引張應力彎曲應力裂片檯面局部彎曲變形ScribelineBreakbarTwisthackle兩種情況:1.Breakingbar的安裝於裂片stage不平行?2.Breakingbar與scorecrack不重合?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.455mm365mm66pcs2.2”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.S-B-S-BS-B-SS-S-BS-S刀輪種類Normal/APIO刀輪1st:APIO/micropenett2nd:penett1st:penett2nd:APIO/micropenettPenett/Micropenett/APIO玻璃厚度(單板)T=0.50mmT=0.50mmT=0.40mmAllBEOL適用產品STNMP(T=0.50mm)/AV產品及T=0.40mm優點斷面和crosscrack較好適用于雙面不同厚度的玻璃切割；改善cross缺角和內裂適用于雙面不同厚度的玻璃切割；改善cross缺角和內裂切割良率較高,參數window較大缺點受裂片製程影響較大,品質和良率不穩定一次切割刀深要管控,避免裂片出現斷片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由於切割深度較大,cross處缺角較明顯,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(Mediancrack).切割工藝切割方向切割线切割刀轮玻璃表面刀座切割压力施加方向劃線法切割示意圖劃線法切割斷面劃线法切割方式Out-Out(outside)cuttingmethod(ECP:Edge-CrushProcess)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.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(Mediancrack).切割工藝切割方向切割线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,產生凸緣;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.劃线法切割方式IN-IN(inside)cuttingmethod(SDP:Set-DownProcess)切割刀轮玻璃表面刀座切割压力施加方向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Mediancrack和Lateralcrack.當切割完后,在玻璃厚度方向上形成的垂直裂縫(Mediancrack)足够大(Maximum);在玻璃表面產生的Lateralcrack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,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Mediancrack和Lateralcrack的狀況;以下就將以實驗的方法討論以上幾個因素对Mediancrack和Lateralcrack的影響.切割刀輪對Mediancrack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CorningEAGLE2000,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切割速度:300mm/sec切割壓力(Mpa)0.060.080.10.120.140.160.180.20.2212506873808692951021101121150757886959910210911312003060901201500.060.080.10.120.140.160.180.20.22切割压力／MPa切割深度／μm125115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應力就較大,其形成的微裂紋擴展而成的垂直裂缝的深度(Mediancrack)就較深.刀輪下壓量對Mediancrack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。切割速度：300mm/secpressure:0.20MPa刀輪角度：1150下壓量(mm)0.080.10.120.140.16切割深度(µm)7582909811003060901201500.080.10.120.140.16下压量/mm切割深度/µm切割深度(µm)切割壓力對Mediancrack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切割深度與切割壓力的關係結論:對於固定的下壓量,增大切割壓力時,切割深度也會随着增大.另外,選擇切割壓力時,还需要考虑Lateralcrack的產生情況.刀輪下壓量:0.14mm切割速度:300mm/sec切割壓力(Mpa)0.060.080.10.120.140.160.180.20.221150757886959910210911312003060901201500.060.080.10.120.140.160.180.20.22切割压力／MPa切割深度／μm115切割速度對Mediancrack的影響在切割壓力和刀輪下壓量一定的條件下,將切割速度由50mm/sec改變到300mm/sec,並用顯微鏡量測切割深度。切割深度與切割速度的關係結論:切割時,切割速度對於切割深度的影響不大.實際生產中为了保證效率,一般將切割速度設为200m