OGS 二次强化(HF)工艺 「On-Cell」指将触控的感测组件(touch sensor)制作在 TFT-LCD 液晶面板中彩色滤光片 (color filter)的上面，触控组件主要为ITO 的x;y数组，为电容式触控(如图3)，由于on cell 并没有带来明显的减薄和成本优势，市场都还没有形成，在in cell 的趋起之后就已经式微 了。 ; G* O「Out-Cell」为将触控面板外挂在 TFT-LCD 面板上(如图 4)，包含电阻式触控、红外 线式触控、波动式触控、光学式触控，以及电容式触控技术等。 @6 x4 P2 目前较著名且广泛运用的新型 Out-Cell 触控技术为 One Glass Solution(OGS)和 Touch on lens(TOL) 将 ITO 直接镀膜在 cover lens glass，可省掉一片玻璃成本，制程上 亦可节省一道贴合程序，touch panel 成品厚度也较薄，可较 G/G 便宜约五成，较G/F 便宜 约15%，缺点是强化玻璃经过切割容易产生裂痕，造成产品机械抗压力下降。 二. 机械抗压力测试手法与规范说明 由触控面的制程区分来看, 不管是in cell / on cell / out cell 触控面板制程，或 是未来有机会取代TFT-LCD 产品的AMOLED，只要是有整合触控制程的触控面板产品都会面临 玻璃切割制程问题，而玻璃切割后的机械抗压力，就一直是各触控面板制造商需面临的重大 议题。大部分的触控面板厂是利用4-point bending test 来测试产品的机械抗压力(如图6)， 有些厂商用3-point bending test(如图7)，另外，有些产品也会用ball on ring(如图8) 方式测试机械抗压力。如何在切割之后可保持强化玻璃原有的机械抗压力，甚至将产品的机 械抗压力提升，因此，物理方式和化学方式的玻璃二次强化技术就油然而生。 i- C/ 关于机械抗压力的测试手法与规范在此简单说明，首先会依据触控面板尺寸大小，设 计不同规格轴距的制具去测试触控面板的4-point bending 能力(简称4pb test)，并收集测 试数据依照韦伯分布(Weibull distribution)作图，分析平均值(mean)和B10 来确认产品规 格是否符合客户要求。! E+ a% B5 `& d8 Z7 @2 }+ D- x: W# H 由GPTC 化学二强机台，在二强前后测试4pb，将数据经Weibull plot 找出平均值和B10 值(如图 9)，而所谓的 B10 乃测试数据由小到大排列，经过韦伯分析的计算公式推算出 10% 的数据落点。数据处理部分会将群落数据的最大值和最小值拿掉以便找出最具参考性的数据。 由实验数据可明显看出平均值在二强前为148.26Mpa，经过二次化强后可提升到662.27Mpa， B10 可由120.50Mpa 上升到595.07Mp 三. 玻璃二次强化制程种类与比较探讨6 [* }6 [% W @# G8 a 由于触控面板是由外部施加压力去进行感应组件的作动方式达到使用效果，因此产品的 机械抗压力是各大厂商要求的重要规范与指标。在触控面板二次强化的制程分类中，一般可 区分为物理方式和化学方式两种(如图8)。 物理方式而言，玻璃切割后段面的裂痕修整是利用研磨方式(polish)去进行二次强化的 制程，优点是良率高，机械抗压力能力可明显提升数倍，缺点是产能很低，不具备量产性， 且需要大量人力操作与机台设备，又制程相当费时，至少需 30 分钟才可产出一批货;相对而 言，化学方式的强化制程乃是利用氢氟酸(Hydrofluoric Acid, HF)微蚀刻玻璃段面的切割裂 痕，不但产能较大，量产性佳，且制程时间仅需7~8 分钟即可产出一批产品，机械抗压力可 提升4~8 倍以上，只要将机台安全性设计完善，且规划流畅的作业动线，可将作业危害降到 最低。后续产业界的化学二强设备的制程概念大都以其方式衍生。 四. 二次化学强化制程与问题讨论—前段玻璃来料部分/ O. B5 V# Z\' V* b! c9 G5 k. E 如何充份利用化学二次强化，有效率提升产品4pb 能力，这牵涉不同前段制程玻璃来料 和二次化强制程等因素。因为二次化强本身若蚀刻过久，产品外缘会产生水波纹造成外观不 良，若蚀刻不足则裂痕无法消除或减轻，无法达到机械抗压力增加的目的，若是OGS 产品蚀 刻过久将有边缘BM 脱落的问题，因此管控二次化强制程的蚀刻程度是一门重要的课题。 一般前段制程玻璃来料需要确认的是： (1)强化玻璃本身材质的特性(2)玻璃切割与磨 边制程处理的条件 (3)抗酸膜或是抗酸油墨的制程手法与涂布精度。 (1)强化玻璃本身材质的特性：玻璃材料若强化制程不同或是成份不同，其玻璃抗压性质就 会有所区别，举例来说一般钠钙玻璃(Asahi Soda Lime Glass)的 4pb 数值会比 Corning Gorilla 玻璃还要低，这是因为Corning Gorilla 玻璃为强化玻璃，由EDS 分析(如图10)有 发现钾离子的成份，而Asahi Soda Lime 玻璃没有钾离子层份，此Gorilla 玻璃其钾离子强 化层约20~30μ m，具有较佳的机械抗压力，换言之，若玻璃本身的离子强化层越厚，就具备 较佳的抗4pb 能力。 (2)玻璃切割与磨边制程处理的条件：若玻璃切割与磨边制程不佳，会产生许 多>100μ m 以上的延伸性裂痕(crack)，若要利用化学二次强化方式修补这样范围的延伸性裂 痕，则会产生明显的玻璃边缘水波纹，对于现今OGS 产品都走非遮蔽式的模块结合制程，水 波纹没有办法借由模块框遮蔽，将会有外观不良的问题。而选择较佳的切割方式如调整切割 下刀深度、切割角度，或是采用雷射切割方式，找到较佳的切割方向是必须的。另外，切割 后的玻璃段面研磨(精雕)也是影响二次强化的主因之一，选择较高番数的砥石去进行磨边， 降低延伸性裂痕的程度，将有助于化学二强的修补效果，但过高番数的精雕制程耗时且成本 高，亦不具量产性。 (3)抗酸膜或是抗酸油墨的制程手法与涂布精度：目前化学二次强化业界都采用抗HF 的薄膜进行贴附，在OGS 制程流程(如图11)为在母基板 (sheet)切割为成品(chip)之后，将 抗酸膜贴附在chip 上，然后将chip 装置在Cassette 中入HF 蚀刻槽中进行玻璃段面微蚀刻 制程，因此，抗酸膜贴覆的精度与气泡是否存在则关系到HF 时刻的效果，倘若抗酸膜贴覆精 度不佳则会影响OGS 玻璃边缘的外观，严重者侵蚀到BM 边缘，产品则需进行BM 补色制程， 降低产能。若是气泡产生则可能侵蚀到OGS 上面的金属线路(metal or ITO pattern)，产品 无法重工需报废处理，若气泡出现在玻璃段面则会遮蔽强化的效果造成凸点，凸点将使 OGS 产品产生组装不良的问题。近期发展出抗酸油墨制程，其成本低(约1/4 的抗酸膜成本)，不 过技术上仍然有瓶颈存在，包括印刷精度问题和抗酸能力问题需要作提升。 五. 化学二次强化制程与问题讨论—制程条件部分0 z9 z2 l, e7 p: U 化学二次强化制程相关的因素有：(1)HF 化学成分与浓度的监控(2)化学蚀刻制程温度的 管控(3)玻璃砂过滤处理问题( 4)蚀刻槽体较佳流场设计与过滤系统整合。 (1) HF 化学成分与浓度的监控：由于化学二强主要是利用 HF 微蚀刻玻璃段面因切割 产生的延伸性裂痕，使裂痕缩小甚至消失来提升产品的4pb 能力，因此在制程中HF 浓度会因 为蚀刻SiO2 而逐渐下降，影响到制程蚀刻速率，所以维持一定的HF 浓度，稳定蚀刻速率是 化学二强的制程重点。依据化学方程式说明(如图12)，HF 和SiO2 反应会生成氟化硅(SiF4)， 在水中会水解生成氟化硅和氟酸，氟化硅与氟酸生成氟硅酸(六氟硅酸)，六氟硅酸可溶于水 纯 H2SiF6 不稳定，容易分解生成 HF 和 SiF4。由 GPTC 二强实验数据(如图 12)得知 H2SiF6 的增加会影响蚀刻速率(Etching Rate;ER)的下降，因此化学二次强化制程除了定时监控 HF 浓度外，一般会在固定时间或是固定量的投产批次内，将HF 槽内的旧酸排放更新，让蚀刻速 率回复水平。技术上来说使用氟离子侦测器或是水阻值计测量HF 槽内的浓度或是水阻值表现， 可计算出氟离子的浓度。另外，加入副方化学成分如HCl、CH3CO2H 对于蚀刻厚的玻璃表面也 有不同的修饰效果。; ^. {8 ]0 C( w- d ( l+ b0(2) 化学蚀刻制程温度的管控：蚀刻制程为放热反应，若温度控制无法在适当的制程 温度范围内将影响蚀刻速率的快慢。如图13 两组实验数据讨论所示，数据1 玻璃蚀刻为放热 反应：起始温度 28.1 ℃升至35.4 ℃à 提高7.3 ℃，数据2 玻璃蚀刻为放热反应：起始温 度 34.8 ℃升至36.9 ℃à 提高2.1 ℃，不同起始温度经过长时间取样测量发现蚀刻温度逐 渐增加，又蚀刻温度影响着蚀刻速率的变化，故选择一个温度点可接近放热反应的最终温度， 可以稳定蚀刻速率和制程速率，这是化学二次强化制程调控上的重点。 j4 G5 e$ T6 B6 X! } (3) 玻璃砂过滤处理问题：- M7 `2 l6 |7 M3 N W2 L/ X HF 与SiO2 反应会生成H4SiO4，而H4SiO4 会沉淀下降形成所谓的玻璃砂，在蚀刻制程中 若蚀刻时间越久，蚀刻玻璃的量就会越多，而玻璃砂就产生越多，玻璃砂若沉积在蚀刻槽体 没有排除将影响玻璃蚀刻速率与表面质量，因此玻璃段面就容易出现凸点或是蚀刻不均的现 象，影响蚀刻后的机械强度和模块的组装质量，所以化学二强制程中玻璃砂的过滤效果是否 良好将决定产品出货时的良率状况。9 G2 x; a9 G; n4 ~$ V9 Y (4) 蚀刻槽体较佳流场设计与过滤系统整合：% m5 v1 l* ^- ~7 f& S+ H 若槽体流场设计不佳会导致玻璃砂无法有效的由玻璃表面带走，也会影响产品的质量， 较佳的流场设计也会让酸液在最短时间内有效的混合均匀，让槽体各部位的蚀刻能力达到一 致性，让产品蚀刻均匀度效果更佳;玻璃砂堆积严重者会堵塞机台管路，影响供酸循环系统效 果，严重者影响蚀刻效率，使产品4pb 改善效果降低，一般会设置过滤器(filter)来改善玻 璃砂的问题。故设计良好的过滤系统和流场较佳的蚀刻槽体，是化学二强设备设计的重点