基于4.5代玻璃基板切割裂片的工艺研究Research of Scribing and Breaking Based on 4.5Generation of Glass Substrate张俊清,李彦明,栗万羽（中国电子科技集团公司第二研究所,山西太原030024）Zhang Jun-qing,Li Yan-ming,Li Wan-yu (CETC No.2Research Institute,Shanxi Taiyuan 030024）摘要：通过基于4.5代玻璃基板专用生产线，分析了在切割/裂片制程中可能出现切割断线、边缘崩裂、裂片不良、破损和外刮等缺陷的原因，讨论了切割/裂片工艺的主要过程和影响其的主要因素。

关键词：专用；生产线；切割；裂片；工艺中图分类号：TQ171.6+8文献标识码：B文章编号：1003-0107(2017)06-0082-05Abstract:Based on the 4.5generation of special glass production line,the article discusses the main techno-logy of cutting process and its dominant influencing factors by analyzing different kinds of flaws including cu-tting connection,edge chipping,incorrect scribing,breakage and scratching which may emerge in the cutting process.Key words:special;production line;cutting;scribing;technology CLC number:TQ171.6+8Document code:BArticle ID ：1003-0107(2017)06-0082-05作者简介：张俊清(1982-)，男，大学本科，就职于中电科风华信息装备股份有限公司，现从事电子专用设备的研制与开发。

0引言伴随着液晶显示技术的迅速发展，液晶显示器由于具有出色的色彩饱和度、色还原能力和较高的对比度，已经成为信息显示领域的主导技术和研究开发的热点，其占据高端平板显示器的市场份额正在迅速增加[1]。

但是在玻璃基板的制造过程中还存在着工艺相对复杂和良率还不太高的缺点。

其原因主要为以下两方面：首先，在切割/裂片工序由于切割不良会产生废品，如跳线、崩边、裂痕大、缺角等缺陷。

其次，切割/裂片工序还会产生许多玻璃屑，这些玻璃屑会影响到清洗、液晶灌注、贴偏振膜、COG (chip on glass)等工序的产品质量，并最终会造成废品。

因此进一步完善TFT—LCD 制程的切裂工艺始终是相关企业单位比较关注的问题[1-3]。

液晶显示行业经过了TN、STN、TFT AMOLED 的发展过程。

与其相配套的相关产线建设也取得了很大的发展。

在整个产业的各个环节中，各种供应商在制程和设备上都有相关的发展，设备供应商的设备也逐渐智能化和产线化。

在该产业的发展过程中专用电子设备起到了关键作用。

本文以QDX-950(4.5代)TFT-LCD 生产线中切割/裂片工艺的生产实践为背景，分析了切割/裂片工艺的主要经过过程和影响切裂工艺的主要因素。

1概述液晶面板生产线世代线的划分是根据玻璃基板的大小来划分的，世代的不同其主要切割的产品不同，以免引起不必要的浪费，节省成本。

4.5代线的玻璃基板大约为920mm*730mm。

在TFT-LCD 切割裂片制程中，其工艺流程为；切割TFT 面———反面裂TFT 面———切割CF 面———反面裂CF 面，示意图如1所示。

图1切割裂片制程示意图电子质量2017年第06期(总第363期)2断裂机理根据脆性材料断裂的微裂纹理论，脆性材料的断裂可以分为两个过程，一是微裂纹的产生；二是微裂纹的扩展。

不论裂纹是圆、椭圆或者其它形状，微裂纹端部的应力由微裂纹的长度(2c )和端部曲率半径(ρ)共同决定，具体关系如式(1)所示。

σm =σ[1+2(c ρ)1/2](1)式(1)中σm 是微裂纹尖端处的最大应力，σ是外界施加的应力。

σm σ称为应力集中系数，它的大小表明外力对材料作用时，裂纹尖端应力增加的倍数，由c 和ρ决定[1]。

公式(1)表明当外力作用于脆性材料时，微裂纹边缘的应力将迅速增加，并且跟随着力的变大，微裂纹的长度2c 也在增长，即我们说的微裂纹扩展。

另外脆性材料断裂的微裂纹理论还表明，存在一个临界长度，当微裂纹的长度大于临界长度后，它就会自动迅速扩展从而使材料断裂，在此过程中，微裂纹尖端应力和释放出的弹性应变能也越来越大，从而导致微裂纹增多、产生分支，形成许多新表面，使表面粗糙呈波纹贝壳状，以便能吸收更多的弹性应变能[2]。

3切割工艺研究3.1切割原理我们用厚度为0.65mm 的钻石刀轮或者硬质合金制刀轮做实验，给它一个外界压力，在玻璃表面画出一条切割线，在基板的厚度方向上产生扩散性的裂痕。

这样在后续的裂片制程中，可轻易的沿着切割线而分开。

切割玻璃示意图如图2所示。

图2切割玻璃示意图当刀轮从玻璃表面划过时。

可以等同为切割线由许多的微裂纹组成，根据前公式(1)的理论，当裂纹长度大于临界裂纹长度后，微裂纹增殖产生分支，形成更多新表面，这就是我们所说的横向微裂纹[2]。

当在玻璃表面上切割时。

由于切割压力是一定的，所以微裂纹处的应力就是一样的，具有同样曲率半径扩展而成的纵向微裂纹就基本是一致的。

如图3所示。

(a)切割线ok(b)周边存在玻璃屑图33.2影响切割的主要参数在现场实际生产中，刀轮在其玻璃基板表面中，形成的裂纹主要为Median crack 和Lateral crack。

我们希望Median crack 越深越好，对于玻璃基板，越深，玻璃的强度就越小，后面的裂片过程中所需要加在玻璃表面的裂片压力就越小。

相反，而对于Lateral crack 而言，因为越大会对后续产生的玻璃屑越多，所以我们希望越小越好。

我们下面以切割型号为TA00260，厚度0.50mm 的玻璃为例，通过以下几方面实验来讨论对Median crack 和Lateral crack 的影响。

3.2.1台面的平面度以4.5代线为例，平台尺寸：920×730mm。

切割机视图如图4所示。

图4切割机视图平台平面度应达到的要求：±0.02mm。

平台平面是决定其切割的重要参数，由于台面面积较大，Y 向行程长，机械加工难以达到要求，故选用大理石基面，平面度如达不到要求，切割后，在裂片工序时其玻璃周边就会出现凹凸不平的现象，玻断面质量差等缺陷。

3.2.2真空的大小若平台真空吸附较弱，切割时玻璃容易跑偏。

导致损坏玻璃。

若平台真空压力大，切割玻璃时，在高分贝显微镜下看，切割线周围容易产生点状碎口。

所以平台真空大小也是实际生产当中影响切割的一个因素，实际生产中，我们选择真空值为-60kPa。

3.2.3刀轮的选择切断玻璃基板首要是选择与其相匹配合适的刀轮。

目前我们所用的刀轮外径都为2.0mm 内径为0.8mm。

我们只需要考虑刀轮的种类和刀轮的角度。

常用的刀轮可以分为合金刀轮、人造金刚石刀轮和齿形刀轮。

对于4.5代线，为了提高生产效率，我们选用V 型齿钻石刀轮。

如图5所示。

(a)合金刀轮(b)齿形刀轮图5实验过程中，我们选取115°和120°两种不同角度的刀轮，在同样的条件下，即切割速度、切割压力、刀深同样的情况下，看其切出的效果，在显微镜下，对不同深度的刀轮进行测量，数据如图6所示。

图6刀轮角度和Median crack 关系图在显微镜中我们可以发现微裂纹深度大约5μm，宽度为0.01-0.02μm。

我们可以得出，在同样的条件下，角度小的刀轮，在玻璃表面形成的裂纹大，延伸出的垂直裂纹深度越深。

角度为115°的刀轮在同样的条件下，切出的切割深度大于角度为120°的刀轮5~10μm。

切割压力和Lateral crack 关系图如图7所示。

图7切割压力和Lateral crack 关系图由实验证明，相同条件下，角度小的刀轮，容易产生Lateral crack。

对于115°的刀轮，在切割压力为0.14MPa 时，出现Lateral crack。

电子质量2017年第06期(总第363期)3.2.4切割深度的影响切割深度是以刀轮切线接触玻璃表面为起点，在此平面上刀轮下压的数值。

切割深度和Lateral crack 关系图如图8所示。

图8切割深度和Lateral crack 关系图图8中的试验数据显示，随切割深度的增加，Later-al crack 的变化量很很小，切割深度在一定范围内对出现Lateral crack 关系不大，可以忽略。

切割深度和Median crack 关系图如图9所示。

图9切割深度和Median crack 关系图玻璃的厚度为0.5mm，只改变其切割深度，图10所示为切割深度从0.1mm 到0.4mm 时，最大应力关系图。

(a)0.1mm应力图(b)0.4mm 应力图图10实验验证，当切割压力一定时，随着刀深的加大，Median crack 也会加大。

3.2.5压力的影响切割压力指刀轮在切割时，由电机加在刀轮上的压力，切割压力对Median crack 和Lateral crack 均有很大的影响，对于固定的刀深，增大切割压力时，Median crack 加大，即切割深度会增加，Lateral crack 也会增大。

压力大崩角示意图如图11所示。

图11压力大崩角示意图3.2.6切割速度的影响切割速度指刀轮在切割时行走的线速度，速度和设备的电机转速定有关，根据试验结果刀轮速度对最终形成的Median crack 和Lateral crack 影响很小，并且均可满足分断的要求。

4断裂工艺研究4.1裂片原理在切割完成之后，就能够开始裂片，裂片的目的就是在玻璃基板上的切割线背面加一定的外力，使的在切割后，在玻璃厚度方向上形成一定的裂纹，一直扩展到玻璃的末端，最后达到使玻璃分离的目的。

玻璃裂片是指被切割玻璃划过线后，玻璃表已出现一定的裂痕，且其深度一般为70～100um，在裂痕背面增加一定的外力，使其达到分离的目的。

对于不同厚度的玻璃，在切割后，其划线痕迹是不同的，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，只要是使设定的裂片压力大于玻璃基板的断裂强度，就能使玻璃裂开。

裂片过程中垂直裂纹纵向贯穿整个玻璃，使玻璃断裂。

横向微裂纹在裂片过程中沿玻璃表面横向扩展，形成玻璃屑。