影响TFT- LCD玻璃基板质量的重要加工设备:磨边机和磨边砂轮

发布时间 | 2023-09-14 10:49 分类 | 粉体加工技术 点击量 | 396
磨料 石英 氧化锌 金刚石 碳酸钙 氧化镁 氧化硅 氧化铝
导读:随着国内TFT-LCD行业和技术迅猛发展,通过国内科研院所、设备公司和TFT-LCD 生产公司三方通力协作,对TFT-LCD 相关工艺设备研究和开发,在TFT-LCD行业一些设备国产化开发方面取得了显著成就,如...

当今,国内TFT-LCD行业和技术发展迅猛,液晶显示已成为主流显示。TFT-LCD是薄膜晶体管有源矩阵液晶显示器,即在LCD内部引入薄膜晶体管作为开关器件,再注入液晶材料的结构,主要应用于智能手机、笔记本计算机、液晶电视等。其中TFT-LCD玻璃基板是面板产业关键战略材料,随着显示行业的飞速发展,例如较新的8.5代TFT-LCD玻璃基板的尺寸为2.2公尺x2.5公尺,可切割6块55英寸屏幕,到10.5代以上基板尺寸更大。目前仅有少数国家有高世代TFT-LCD玻璃基板生产技术,国内如大尺寸液晶电视所需要高世代TFT-LCD玻璃基板之前较为仰赖国外技术与商品,国内企业近几年逐渐突破“卡脖子”难点,推进产业化进程。


生产过程中,TFT玻璃基板(包括素玻璃基板、CF玻璃基板、TFT阵列玻璃基板,以及成盒后双层玻璃基板等三类)切割/裂片后需对其四边部进行磨削,使基板四边部形成需要的高光洁度弧面,磨削质量的好坏直接造成加工缺陷发生,也很大程度上影响后续工序的加工稳定性和良率。玻璃基板磨边是通过磨边机来实现的,国内现有TFT玻璃基板、TFT-LCD生产线以进口国外磨边机为主,国内相关设备开发也在逐渐实现国产化替代。

国内其他玻璃行业的磨边机国产化发展势头很好,如建筑玻璃、中空玻璃和汽车玻璃等,磨边机类型也很多,这些国内设备公司也涉足TFT行业,将相关的超薄玻璃磨边机推广应用到TFT-LCD玻璃基板上,如直线双边磨边机和仿形磨边机等。


TFT 玻璃基板的特性和磨边

玻璃的种类有碱玻璃、低碱玻璃和无碱玻璃三类,由于TFT-LCD制造工艺的要求很高,使用的玻璃基板与一般普通玻璃不同,是“无碱玻璃”,不含碱金属氧化物的硼硅玻璃,碱金属氧化物的存在不仅污染液晶材料,还会对TFT的特性会产生影响,比如降低玻璃的熔点。液晶玻璃为透明固体,以二氧化硅为主要成分,还有氧化铝、氧化硼、氧化钠、氧化钾、氧化钙、氧化钡、氧化镁氧化锌等各种各样成分,主要原料有石英粉、碳酸锶、碳酸钡、硼酸、硼酐、碳酸钙、硝酸钡等。


由于TFT-LCD制造过程中的特殊环境,如高温、高压、酸性-中性-碱性的环境变更等,要求玻璃基板具备一定的特性:耐高温、耐强酸强碱、超薄、超平滑、超精细、高透光性、高平整度、良好的抗溶剂和热收缩率小的性能。


TFT-LCD 行业使用的素玻璃基板、CF玻璃基板和TFT玻璃基板切割后,存在着边缘不平整、光滑或锐角等缺陷,为避免这些缺陷对后续工序造成影响,需要对切割后玻璃基板四边部进行磨边加工。

磨边是通过磨边机的磨边砂轮与玻璃基板相对运动,砂轮中的磨粒对玻璃的磨削,使玻璃基板边部形成高光洁度的弧面。磨边质量的好坏直接影响磨边缺陷的发生,如表面有连续横向裂纹、纵向烧伤和豁口掉片等缺陷,也很大程度上影响后续工序产品的稳定性和良率。

通常,磨边形式有两种,一种是“C”型边,另一种是“上下磨”。玻璃基板的磨边工艺流程是:玻璃基板切割→横向磨边→转向装置→纵向磨边→转向装置→倒 角检查→清洗等。

磨边机种类

通常在生产中,大尺寸、连续生产的,采用直线双边磨边机;中小尺寸、不连续生产或测试的,采用数控磨边机或仿形磨边机。

1.直线双边磨边机

直线双边磨边机是TFT行业自动化生产线应用最常见的机型,主要是对大尺寸的玻璃基板进行磨边,可以同时磨削玻璃基板的两个对边,可以磨直边和圆边,完成磨边作业需要横向磨边机、转向设备和纵向磨边机等。


直线双边磨边机

其中,磨削机构主要包括磨头电机、伺服电机和砂轮等,磨边机两侧分别配置粗、精磨头砂轮各一个,伺服电机驱动调节开度以满足不同尺寸规格玻璃基板的需要。在磨头砂轮磨削中,对磨削处喷水,起到降温和冲洗磨屑的作用;出料隔水风刀将玻璃基板上下面含磨屑的水吹干净,减少磨屑和研磨剂随玻璃基板进入后续清洗设备。


玻璃基板磨边流向示意图

2.仿形磨边机

仿形磨边机就是靠模板准确定位,准确磨削。在建筑玻璃、汽车玻璃等行业,仿形磨边机运用较多,优点是磨出的玻璃形状准确,尺寸统一和生产效率高,缺点就是需要制作专门的模板,当生产品种较多时,制作模板费用较高,更换也麻烦。该种机型适合于生产品种不多或单一,大批量生产。仿形磨边机在TFT-LCD行业也有使用,主要应用于中小尺寸、不连续生产或测试的玻璃基板磨边,把吸附平台当做模板,玻璃基板长X宽单边尺寸比模板分别大15mm左右。

该机型磨边机采用玻璃基板旋转方式,砂轮装在磨头电机上,磨头电机装在摆臂上,摆臂安装在可以旋转的轴上,砂轮在扭力控制下缓慢贴近玻璃基板后靠在玻璃的边缘进行磨边,利用玻璃基板旋转的边缘轨迹近似于仿形的方法加工。砂轮对玻璃基板的压紧力通过控制摆臂的扭力矩能够精确调整。

异形仿形磨边机

由于仿形磨边机具有磨边质量好、加工速度快、造价低、调整简单、维护方便等优点,可以将半自动磨边机改成全自动,单工位改成多工位,运用到生产流水线上。

磨边砂轮

磨边砂轮安装在磨头上,是磨边机磨削的关键部件,也是主要易损件,磨削主要是通过磨边砂轮和玻璃基板的相对运动来实现,如直线双边机是通过玻璃基板直线运动和砂轮圆周运动来实现,仿形磨边机是通过玻璃基板和砂轮同时做圆周运动来实现。砂轮质量的好坏,如砂轮的材料、形状、目数等,影响着磨削的效果,也决定着磨削距离的长短。

砂轮是由结合剂将磨料固结成一定形状,如圆柱和圆锥台,并具有一定强度的固结磨具,常见的有陶瓷砂轮、树脂砂轮、橡胶砂轮和金刚石砂轮等,TFT-LCD行业应用较多的是树脂和金刚石砂轮,有圆柱和圆锥台两种形状。


圆锥台树脂砂轮

圆柱形树脂或带环形磨槽金刚石用于磨“C”型边,而圆锥台型树脂或金刚石砂轮用于玻璃基板上下边磨;砂轮的目数与磨削精度要求有关,一般情况下,300-400目的砂轮用于粗磨,600-800目用于精磨,而1000目以上用于抛光。相比树脂砂轮,金刚石砂轮价格贵,但金刚石砂轮有使用广、磨削精度好和使用寿命长的优势。


金刚石砂轮

总结

随着国内TFT-LCD行业和技术迅猛发展,通过国内科研院所、设备公司和TFT-LCD 生产公司三方通力协作,对TFT-LCD 相关工艺设备研究和开发,在TFT-LCD行业一些设备国产化开发方面取得了显著成就,如检查设备、模组设备、机器人、传送设备、清洗机、显影机、剥离机、蚀刻机、划片机、磨边机、倒角机等。继续深入研发关键工序设备,就能够打破国外设备垄断和卡脖子,完善国内生产设备配套,提高设备国产化率,推动我国平板显示产业更好发展。


参考来源:

1.浅谈第六代TFT-LCD玻璃基板国产磨边机,高永亮(科学技术创新);

2.TFT-LCD玻璃基板材料性能与生产特点,陆丹、徐刚(新材料产业)。


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