LCD 玻璃划线机切割工艺提升

2015-11-28张兴华蔡克新

山西电子技术 2015年3期

张兴华，蔡克新，郑彦

(中国电子科技集团公司第二研究所，山西太原 030024)

随着液晶技术的发展和流行趋势的变化，现在的液晶显示器件如手机，平板电脑及液晶电视等液晶显示产品逐渐向大尺寸、薄厚度、窄边框的趋势发展，这对液晶玻璃的切割提出了更高的要求。随着液晶玻璃的厚度越来越薄、强度越来越高，客户对玻璃断面和尖角的品质也在不断提高，这就对液晶切割设备的性能和切割工艺提出了更高的要求。

1 LCD 玻璃切割机

LCD 玻璃划线机是液晶显示器生产过程中的关键工艺装备，该设备主要是将成盒后的大片玻璃进行切割，使之成为最终产品大小的液晶显示器单体(PANEL)。随着液晶显示器技术的发展升级，玻璃切割设备也经历了由单刀到多刀、从手动到自动、由直线到异形，切割尺寸由小到大、切割精度不断提高的发展历程。

五刀玻璃切割机以工控机为控制中心，主要由运动控制、压力控制、机器视觉识别定位和气动控制等组成(如图1)。运动控制系统完成X 向直线电机刀头组件、Y 向切割工作台和Θ 向切割台板旋转角度的精确定位，同时通过伺服加压机构实现切割刀头的精确定位和精确压力控制。机器视觉识别系统完成玻璃对位Mark 进视野后的精确对位。本机型主要用做TFT 玻璃的直线切割，旋转工作台有0°和90°两个工位，通过Y 向电机带动旋转工作台前后移动，完成切割动作。为满足玻璃切割工艺要求，保证切割质量，各轴的运动控制和加压轴的压力控制需要达到很高的精度。

图1 五刀玻璃切割机结构图

2 切割工艺分析和改进

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。当刀轮以一定压力划过玻璃表面时，由于外力施加于玻璃表面，微裂纹尖端应力将成倍数增加，并且随着外力的增大，微裂纹的长度也在增长，即微裂纹扩展。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愈来愈大，从而导致微裂纹增殖和产生分支，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。

根据微裂纹理论，在LCD 玻璃切割过程中，刀轮对玻璃产生两种类型的破坏，即横向微裂纹和纵向微裂纹。纵向微裂纹的扩展纵向贯穿整个玻璃，使玻璃整体强度减小，方便后续裂片工作。横向微裂纹会在玻璃表面产生垂直于切割线的微裂纹，形成微小的缺口，直接影响切割后单片玻璃的强度，同时产生玻璃屑，影响后续的工艺制程。所以如何更好地优化切割机台特性，更合理地设置各项工艺参数，使之保证裂片效果的同时，尽量减少横向微裂纹的产生和扩展，成为广大设备厂商和工艺人员不断探索的方向。

国内工艺人员经过长期的实践摸索，对玻璃切割工艺有了较为深入的认识，对于不同玻璃的刀轮选型，压力控制和良率保证有了一定的研究:孙立蓉［1］和李超［2］主要分析了刀轮研磨方式，刀轮角度和压力对裂纹的影响，通过不同机台，对切割工艺做出了定性的分析，提出了有意义的指导性意见;艾雨［3］从长期工业生产所积累的数据入手，对设备平整度，刀压控制，刀轮选择和压力设定进行了讨论;吕沫［4］和陈绒［5］主要研究TP 玻璃的切割工艺，由于是同种设备切割，所以在切割工艺上有借鉴意义。

但以上所有的分析都是基于刀轮在没有切割过的光滑的玻璃表面切割时的分析，而在实际切割过程中刀轮会不可避免地经过已经切割过的有切割线的地方。随着液晶玻璃的厚度越来越薄(单层0.15 mm 以下)，客户对切割断面和玻璃尖角品质要求的提高，在两条切割线交点处的撞击破损的问题凸显出来。通过实际切割可以发现，无论是先划0°或者先划90°，在刀轮选用正确和刀轮压力合适的情况下，先划的线是没有任何问题的，但是在台板转过90°划相交线的时候，由于玻璃上已经有刀线凹槽存在，90°切割时刀轮已经不是在平板玻璃上运行了，而是会经过已有的刀线凹槽，所以在切割过程中刀轮会有一个短暂的出玻璃进玻璃的过程。切割压力越大，切割速度越快，在过相交线时刀轮的振动越大，对玻璃的撞击越严重，产生交点处各种缺陷及破损的概率越大，最终体现就是产品整体良率不高。但是如果让90°后切线整条线慢速小压力切割，生产效率必然大幅降低，而且整条线小压力切割很可能会造成玻璃没有切开，裂纹延伸不够，裂片失败，正版产品报废。因此采用在切割线交点处慢速减压甚至抬刀通过，而在其它地方正常切割的方法，可以在保证生产效率的情况下，大幅度提高交点质量，避免各种缺陷和报废的产生。