浅析TFT—LCD及触摸屏玻璃基板的切割工艺技术

任慧 吴云桂

【摘要】本文介绍了切割TFT-LCD显示器及触摸屏薄型玻璃基板比较常见的刀轮切割（又称机械切割）、激光切割及水射流切割等几种切割工艺技术。并浅析了它们的各自优势及存在的缺点或局限。从而探讨各个公司因产品结构上的差异而应如何选用合适的切割工艺技术。

【关键词】TFT-LCD;触摸屏;薄型玻璃基板;切割工艺

一、引言

在液晶显示器和触摸屏的生产制造中，为了提高生产效率，降低制造成本，形成规模的批量生产，往往是在一张较大的玻璃上制作多个液晶显示器或触摸屏，丝印成盒后的玻璃上有多组液晶显示器或触摸屏的单元，要把这些小单元分割开才能进行液晶灌注，切割工序就是把整盒的玻璃分裂成液晶显示器或触摸屏的单体。目前，比较常见的切割工艺有刀轮切割、激光切割及水射流切割几种工艺技术。它们各自都有自己的优势，同时也存在一定的缺点或局限。所以每个公司要根据自身和产品结构特点来选择适合自己的切割工艺技术。

二、常见切割技术的特点及优缺点分析

刀轮切割：刀轮切割，又称机械切割，首先，将前道工序制备的液晶空盒，固定在切割机工作台上，通过刀轮沿玻璃上的切割标记在一定压力下划动，在玻璃上形成一条深度和宽度一致的切口，该设备的精度和速度直接影响到产品质量和生产效率。刀轮运动的轨迹称为切割线。切割过程中每组液晶显示屏的四个角都有一个切割标记。由于液晶显示器的引出电极面要露出，因此显示器有上下玻璃大小之分。确认好上下片之后，将玻璃放在切割机平台上固定，设定切割数据（包括切割次数和步进距离等），调切刀的切深和切压，在玻璃的边缘无图形处做试切，调好后可批量切割。切割后的玻璃要进行裂断，裂断是用裂片机完成，裂片的原理是在有切割刀痕的玻璃背面施加一定压力使玻璃发生微小形变，玻璃沿切割线裂开。裂开后的液晶盒为方便灌注液晶，要把空盒放入一专用的篮具内，灌注液晶之后，还要用切割机把液晶盒条切割成液晶盒单元。

它具有成本优势，应用也很广泛，其技术成熟稳定、工艺简单、效率高;玻璃切割的良率主要取决于刀轮的品质（表现方面：稳定性、刃口的锋利度、加工的精准性、刀轮与切割机的适配性等高精密特性。）。刀轮从切割普通平板玻璃和浮法玻璃的合金刀轮（俗称钨钢刀轮）发展升级到切割TFT-LCD面板、基板玻璃、触摸屏的普通钻石刀轮、高渗透和微齿钻石刀轮;

机械切割这一方法对于超薄基底材料来说有一定的缺陷。特别是刀具在材料中产生细小的碎碴，且切割面并一定和玻璃表面垂直;此外，机械切割在加工后的边缘部分留下了显著的机械应力。实际上机械切割加工厚度小于1mm的基底材料是非常困难的，因为这个厚度的玻璃非常易碎。为了防止玻璃在初次切割后发生进一步的破碎，它可能因此需要在切割面进行磨削或抛光。而且，后道清理工序也是必需的，以清理可能对后续工艺（如电路形成）产生干扰的残碴。激光切割玻璃解决了这些局限。

激光切割：激光切割是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、气化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的主，高速气流吹除熔融物质，从而实现将工件割开，激光切割属于热切割方法之一。激光切割玻璃基板更是一个复杂的光致热过程及激光与材料相互作用的过程，该过程包括激光移动热源对材料进行加热的瞬态热传导、温度场梯度变化产生热应力，利用热应力诱导裂纹扩展直至断裂，从而分割玻璃基板;

使用激光切割玻璃基板，比较常见的又分控制裂纹切割法和熔融蒸发切割两种方法。

在超薄手机上，其厚度被缩小为0.3mm，即使在更大的（60英寸）电视机上，厚度仅为2.8mm的玻璃板已成为了标准配置。无论怎样，更薄的玻璃从机械加工角度来说更为精密。这使得玻璃在生产中更难切割和加工，并且使最终产品极易破碎。这就要求切割工艺技术必须使用激光切割来实现。

激光切割具备高精度、高效率、自动化程度高等优势特点;因激光切割采用的非接触工艺完全消除了微裂痕及残碴的问题。而且，激光切割使玻璃中不再有应力的残留，带来了更高的边缘强度。激光切割减少了工艺步骤，因其不需要任何后续的清洁及磨削步骤。虽然激光切割的投资成本要高于机械切割系统，但激光切割的总投资成本将因免去了磨削设备而低于机械加工的成本。

水射流切割：水射流切割是一种冷切割加工技术。又分为纯水射流切割（以纯水作为能量载体，其结构简单，喷嘴磨损慢，但切割能力差）、磨料水射流切割（以水和90%磨料作为能量载体，切割能力强）。与常规的激光和刀轮切割比较：其非热源、高能量和切割无横向微细裂纹产生在复合多层显示材料、强化玻璃等方面显示它无与伦比的优势;水射流切割的优点：切割时不会产生裂痕，它可以切割间隙很窄的材料、可作全方位的切割，包括各种形状、角度或斜度、不需要进行磨边等二次加工，在切割过程中还可以减少飞尘，改善工作环境。

提高产能﹑改善质量和降低成本是电子制造业的持续追求。在平板显示器玻璃薄板领域，由于不是简单的切割直线，所以更需要一种能够灵活切割曲线的新方法。水射流切割技术在切割材料上具有高能量﹑高速度和高精度的特性，在传统切割技术不能满足更轻薄新型显示材料的应用上，亦是一种替换机械加工的可行手段。

三、切割技术的选择

（1）对于产品结构为低世代TFT-LCD显示器的，切断工程中一般使用普通钻石刀轮的机械切割工艺，其投资成本低，应用广泛，其技术成熟稳定、工艺简单、效率高，且玻璃切割的刀轮质量也很稳定;

（2）对于产品结构为高世代TFT-LCD显示器的，因使用普通钻石刀轮的机械切割工艺，因裂纹渗透率低，切割后需要反转敲击裂片工序，使生产节拍变慢，且反转后容易产生外观和盒厚不均不良。为了降低生产节拍和减少屏显示不良的发生，在大型尺寸生产线上已经普及使用高渗透刀轮（垂直裂纹长度大于80%）的切割技术，切割后不必反转敲击裂片即可进行分断，大大提高了生产效率。刀轮的角度和切断压力为影响垂直裂纹的重要因素;而切割刀轮的押入量和切割速度对切断效果影响很小。刀轮角度越小和切断压力越大，垂直裂纹越深，玻璃越容易分断。但切割机在切割过程中的机械加工应力所导致的成品低、成本高等缺点仍是长期困扰人们的问题;

（3）对于产品结构为高世代TFT-LCD显示器的且成型尺寸不规则的、甚至还生产触摸屏的，因其玻璃基板厚度都很薄，普遍小于1mm，有的触摸屏玻璃基板厚度只有0.2mm，它们的形状也不规则，其本身又是脆性材料，如还是使用机械切割的工艺，其良率会下降很多，因为机械切割对于厚度小于0.2mm的超薄玻璃基板时，随着力量施予的作用范围过于狭小而难以有效控制，更薄的玻璃从机械加工角度来说更为精密，这使得玻璃在生产中更难切割和加工，并且使最终产品极易破碎，所以传统切割难以达到良率要求。另一问题是刀具的损耗，尤其对具有高硬度之强化玻璃的切割，刀具损耗尤为严重。另外，为了防止玻璃在初次机械切割后发生进一步的破碎，它可能因此需要在切割面进行磨削或抛光。而且，后道清理工序也是必需的，以清理可能对后续工艺（如电路形成）产生干扰的残碴。再者，机械切割对不规则形状尺寸的玻璃基板切割是非常困难的。所以，此时我们应该选择使用激光切割工艺。因为激光切割工艺不需要任何后续的清洁及磨削步骤，所以激光切割工艺能减少工艺步骤，所以虽然激光切割机的投资成本要高于机械系统，但激光切割的总投资成本将因免去了磨削设备而低于机械加工的成本。同时，激光切割使得在玻璃上切割曲线更为简单。对曲线切割的需求正在增长，尤其是移动智能终端设备领域，许多制造商希望使用玻璃来替代塑料的外壳，从而提高抗磨损能力。此时，激光切割工艺技术的优势已凸现出来。

四、结语

随着液晶显示器和触摸屏的不断发展，所选用的玻璃基板材质、厚度也会发生变化，同时随着终端产品的款式多样化，每个显示器或触摸屏的单体形状也会发生很大的变化，所以与之相应的切割工艺也会不同。总之，选用的切割技术应考虑的主要因素是各自工艺的特点、优缺点、各自工艺对切割产品的良率以及投资总成本及以后生产中更换易耗件等维护成本。

参考文献

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作者简介：任慧（1980—），女，江苏南京人，南京中电熊猫液晶材料科技有限公司工程师，从事TFT- LCD彩色滤光片的研发和技术管理及质量管理工作。