LCD 玻璃劃線機切割工藝提升

張興華，蔡克新，鄭 彥

(中國電子科技集團公司第二研究所，山西 太原 030024)

隨著液晶技術(shù)的發(fā)展和流行趨勢的變化，現(xiàn)在的液晶顯示器件如手機，平板電腦及液晶電視等液晶顯示產(chǎn)品逐漸向大尺寸、薄厚度、窄邊框的趨勢發(fā)展，這對液晶玻璃的切割提出了更高的要求。隨著液晶玻璃的厚度越來越薄、強度越來越高，客戶對玻璃斷面和尖角的品質(zhì)也在不斷提高，這就對液晶切割設(shè)備的性能和切割工藝提出了更高的要求。

1 LCD 玻璃切割機

LCD 玻璃劃線機是液晶顯示器生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵工藝裝備，該設(shè)備主要是將成盒后的大片玻璃進行切割，使之成為最終產(chǎn)品大小的液晶顯示器單體(PANEL)。隨著液晶顯示器技術(shù)的發(fā)展升級，玻璃切割設(shè)備也經(jīng)歷了由單刀到多刀、從手動到自動、由直線到異形，切割尺寸由小到大、切割精度不斷提高的發(fā)展歷程。

五刀玻璃切割機以工控機為控制中心，主要由運動控制、壓力控制、機器視覺識別定位和氣動控制等組成(如圖1)。運動控制系統(tǒng)完成X 向直線電機刀頭組件、Y 向切割工作臺和Θ 向切割臺板旋轉(zhuǎn)角度的精確定位，同時通過伺服加壓機構(gòu)實現(xiàn)切割刀頭的精確定位和精確壓力控制。機器視覺識別系統(tǒng)完成玻璃對位Mark 進視野后的精確對位。本機型主要用做TFT 玻璃的直線切割，旋轉(zhuǎn)工作臺有0°和90°兩個工位，通過Y 向電機帶動旋轉(zhuǎn)工作臺前后移動，完成切割動作。為滿足玻璃切割工藝要求，保證切割質(zhì)量，各軸的運動控制和加壓軸的壓力控制需要達到很高的精度。

圖1 五刀玻璃切割機結(jié)構(gòu)圖

2 切割工藝分析和改進

根據(jù)脆性材料斷裂的微裂紋理論，脆性材料的斷裂可以分為兩個過程，一是微裂紋的產(chǎn)生;二是微裂紋的擴展。當?shù)遁喴砸欢▔毫澾^玻璃表面時，由于外力施加于玻璃表面，微裂紋尖端應(yīng)力將成倍數(shù)增加，并且隨著外力的增大，微裂紋的長度也在增長，即微裂紋擴展。當微裂紋的長度大于臨界長度后，它就會自動迅速擴展從而使材料斷裂。在此過程中，微裂紋尖端應(yīng)力和釋放出的彈性應(yīng)變能也愈來愈大，從而導(dǎo)致微裂紋增殖和產(chǎn)生分支，形成許多新表面，使表面粗糙呈波紋貝殼狀，以便能吸收更多的彈性應(yīng)變能。

根據(jù)微裂紋理論，在LCD 玻璃切割過程中，刀輪對玻璃產(chǎn)生兩種類型的破壞，即橫向微裂紋和縱向微裂紋?？v向微裂紋的擴展縱向貫穿整個玻璃，使玻璃整體強度減小，方便后續(xù)裂片工作。橫向微裂紋會在玻璃表面產(chǎn)生垂直于切割線的微裂紋，形成微小的缺口，直接影響切割后單片玻璃的強度，同時產(chǎn)生玻璃屑，影響后續(xù)的工藝制程。所以如何更好地優(yōu)化切割機臺特性，更合理地設(shè)置各項工藝參數(shù)，使之保證裂片效果的同時，盡量減少橫向微裂紋的產(chǎn)生和擴展，成為廣大設(shè)備廠商和工藝人員不斷探索的方向。

國內(nèi)工藝人員經(jīng)過長期的實踐摸索，對玻璃切割工藝有了較為深入的認識，對于不同玻璃的刀輪選型，壓力控制和良率保證有了一定的研究:孫立蓉［1］和李超［2］主要分析了刀輪研磨方式，刀輪角度和壓力對裂紋的影響，通過不同機臺，對切割工藝做出了定性的分析，提出了有意義的指導(dǎo)性意見;艾雨［3］從長期工業(yè)生產(chǎn)所積累的數(shù)據(jù)入手，對設(shè)備平整度，刀壓控制，刀輪選擇和壓力設(shè)定進行了討論;呂沫［4］和陳絨［5］主要研究TP 玻璃的切割工藝，由于是同種設(shè)備切割，所以在切割工藝上有借鑒意義。

但以上所有的分析都是基于刀輪在沒有切割過的光滑的玻璃表面切割時的分析，而在實際切割過程中刀輪會不可避免地經(jīng)過已經(jīng)切割過的有切割線的地方。隨著液晶玻璃的厚度越來越薄(單層0.15 mm 以下)，客戶對切割斷面和玻璃尖角品質(zhì)要求的提高，在兩條切割線交點處的撞擊破損的問題凸顯出來。通過實際切割可以發(fā)現(xiàn)，無論是先劃0°或者先劃90°，在刀輪選用正確和刀輪壓力合適的情況下，先劃的線是沒有任何問題的，但是在臺板轉(zhuǎn)過90°劃相交線的時候，由于玻璃上已經(jīng)有刀線凹槽存在，90°切割時刀輪已經(jīng)不是在平板玻璃上運行了，而是會經(jīng)過已有的刀線凹槽，所以在切割過程中刀輪會有一個短暫的出玻璃進玻璃的過程。切割壓力越大，切割速度越快，在過相交線時刀輪的振動越大，對玻璃的撞擊越嚴重，產(chǎn)生交點處各種缺陷及破損的概率越大，最終體現(xiàn)就是產(chǎn)品整體良率不高。但是如果讓90°后切線整條線慢速小壓力切割，生產(chǎn)效率必然大幅降低，而且整條線小壓力切割很可能會造成玻璃沒有切開，裂紋延伸不夠，裂片失敗，正版產(chǎn)品報廢。因此采用在切割線交點處慢速減壓甚至抬刀通過，而在其它地方正常切割的方法，可以在保證生產(chǎn)效率的情況下，大幅度提高交點質(zhì)量，避免各種缺陷和報廢的產(chǎn)生。

3 跳刀實現(xiàn)

五刀玻璃劃線機主要針對TFT 玻璃的直線切割，分為0°切割和90°切割。其中0°和90°切割先后順序可以調(diào)整，且都可以進行跳刀切割。針對特定型號的玻璃，需要開啟跳刀功能。通過特定的設(shè)置界面，完成跳刀方式開啟和跳刀參數(shù)設(shè)置(如圖2)。

圖2 跳刀參數(shù)設(shè)置

同時，根據(jù)玻璃排版和工藝需求，我們可以控制在特定交點處跳刀，如在進行0°跳刀時，我們在90°數(shù)據(jù)界面通過0、1 控制當前交點是否需要進行跳刀切割(如圖3)。

圖3 跳刀交點選擇

4 總結(jié)

該種玻璃切割方式已在某大型LCD 制造企業(yè)量產(chǎn)使用，功能穩(wěn)定可靠，良品率有了進一步的提升。

［1］孫立蓉，李亞麗.AMLCD 基板玻璃切割條件的選擇［J］.陜西科技大學(xué)學(xué)報，2005，23(4):103－107.

［2］李超，黃晉英，陳煥軍，等.CorningEAGLE2000 液晶玻璃基板切割工序優(yōu)化方法研究［J］.山西電子技術(shù)，2014(5):73－75.

［3］艾雨.影響高世代TFT_LCD 生產(chǎn)線液晶玻璃基板切割工藝的主要因素［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2012(8):74.

［4］呂沫，張飛特，王建花.TP 玻璃切割工藝研究［J］.電子工藝技術(shù)，2014，35(4):242－245.

［5］陳絨.淺析TP 玻璃刀輪切割工藝［J］.科技信息，2012(8):162－163.