二次强化技术突破 OGS触控满足笔电变形设计

2013-11-09 08:07:00来源: 新电子 关键字:二次强化  OGS触控
    笔电品牌商为提高旗下Ultrabook产品的附加价值,竞相开发出结合变形概念与窄边框设计的机种,导致OGS面板强度挑战加剧,因此OGS面板厂正纷纷借重物理与化学式二次强化制程,并克服二次强化衍生的相关缺陷与问题,以提升OGS面板强度。

随着Windows 8作业系统问世,产业界无不仔细观察此一以触控互动为核心的创新软体,是否有机会掀起一波新的消费性电子需求。特别是在触控笔电的应用领域,目前各家厂商研发的触控笔电皆以搭载轻薄、可拆平板萤幕、金属超薄外壳、窄边框萤幕的广视觉效果设计为理念,似乎成为下一代触控笔电的趋势主流。  
然而,尽管目前新概念的触控笔电具备明显的设计感和差异性,高销售价格却成为不景气时代的发展阻力,各品牌业者为压低成本,几乎将发展重心投注在降低笔电零组件的生产成本上,促使单片玻璃方案(OGS)触控产品成为现今触控笔电的产品首选。  

在高度全平面贴合技术的良率提升,以及Windows 8作业系统带动下,消费性触控电子产品市场需求逐渐浮现,OGS触控面板商机已在2012下半年爆发,不论大、中、小萤幕尺寸的行动装置,产品均已大量使用OGS,但OGS面板厂获利关键点在于压低OGS模组生产成本,简化生产制程站别数量和导入低价材料元件。  

另外,随着苹果(Apple)将内嵌式(In-cell)(图1)触控技术用在iPhone 5产品上,高阶智慧型手机产品无不争先恐后的跟进,使得触控面板市场战火升温(表1),包括薄膜电晶体液晶显示器(TFT LCD)面板厂(如友达、群创及华映)亦积极抢食触控商机大饼。  


图1     In-cell Pixel Design示意图与面板剖面图说明

In-cell技术具备轻薄、透光率高及省电等优势,然黄光技术门槛高,故苹果选择In-cell,藉此与其他竞争对手区隔;但In-cell在良率与生产依然有很大的问题,短期内应无机会取代外挂式触控面板。因此,以目前发展观之,小尺寸产品可能采用In-cell触控;但大尺寸面板如13寸以上采用OGS或TOL(Touch On Lens)技术,将是较好的选择。  

OGS产品前后段制程简介

OGS的制程方式为玻璃母基板(Sheet)进行金属线镀膜(Sputter)、黑色矩阵(Black Matrix, BM)氧化铟锡(ITO)制程后,再经过切割(Cutting)和研磨精雕制程(Grinding/CNC)为小基板(Chip),接下来用抛光研磨修整玻璃边缘的细微裂痕(Chipping)。  

OGS在前段黄光制程会先进行BM黄光制程(图2),再进行ITO和Al/Mo/Al的黄光制程,金属层(Metal Layer)厚度皆小于4,000(A),若发生粉尘粒子(Particle)、纤维(Fiber)、金属成膜不良等导致导电线路缺陷,将严重影响产品电性,造成报废无法出货。  


图2    OGS产品前段制程流程图
OGS后段制程由切割开始算起(图3),经过CNC磨边让产品产生导角,避免使用者刮伤或摔落测试时发生边缘破损,之后再投入物理或是化学二次强化制程,增加其产品在四点弯曲(4 Point Bending)测试的能力。若是化学二次强化后会再经过移除抗酸膜的站点,再进入清洗机台移除残胶和多余的氢氟酸,然后检测外观是否有问题,最后再到印刷电路板(PCB)的贴合及电性功能检测,填补BM制程,然后于OGS产品正反面贴上保护膜后,即可出货。  


图3    OGS产品后段制程流程图
由现今市场走向观察,OGS有趋近大尺寸的趋势,且触控产品使用强化玻璃,其强化深度与售价皆是向上成长,故OGS产品成本将逐渐增加,良率问题格外重要,因此如何在前段制程有效利用玻璃、避免报废,是现今OGS生产线必须重视的问题。  

抢搭变形触控笔电风潮 OGS异形切割/挖孔良率成关键
OGS触控产品的效应快速扩散后,许多品牌厂商亦纷纷瞄准OGS供应链,开始整合资源,以确保产品供货量稳定性。在2013年台北国际电脑展(Computex)中,英特尔(Intel)即特别与宸鸿、达鸿及和鑫光电等多家触控面板厂签署协议,希望可以确保未来具备触控功能的超轻薄笔电(Ultrabook)机种有足够的OGS面板供应量,以便满足日益增长的市场需求。 

为了增加Ultrabook产品附加价值,台湾触控面板厂如宸鸿、达鸿、胜华、友达及群创等,齐力开发出具备多样化触控功能的Ultrabook,并结合变形的概念。当今的触控笔电其变形的概念有基本触控萤幕功能、萤幕旋转功能(可拆卸或旋转萤幕)、萤幕折合功能,以及正反双萤幕功能(如华硕太极)。 

为吸引消费者,Ultrabook必须提供出更多不同于以往的全新操作体验,除添加四大基本功能,供操作者灵活运用外,触控萤幕的质感往往是消费者选择产品的关键所在。 

目前许多品牌厂设计变形触控笔电时,首先会针对窄边框进行改良,窄边框可让视觉更加宽广(图4),减少边框的宽度可减少产品重量,因此现在的新式触控笔记型电脑设计,在萤幕的左右边框宽度会由原本1.5?2公分缩减至1公分以下为目标;上下边框宽度则会由原本的2?2.5公分缩减至1.5公分以下。 


图4    OGS触控笔电的触萤幕的窄框趋势
照相机视讯镜头将会内缩到OGS的BM区域,因此OGS中大尺寸若设计在Ultrabook时,必须用物理或雷射将OGS玻璃的镜头模组位置挖洞,但若是OGS玻璃为康宁(Corning)第三代Gorilla Fit,其强化深度(DOL)层到达40微米(μm)以上,挖洞的良率问题就会很大,很容易因玻璃硬化层应力问题,在挖洞过程中产生微裂痕(Micro Crack),或是挖洞之后孔洞的玻璃微裂痕过大(>70μm以上),造成产品进行信赖性整机摔落测试时,容易产生萤幕破损。 

也因此,为迎合轻薄化触控笔电产品趋势,如何在OGS玻璃变薄、挖洞、异形切割后保留良好的机构抗压力,并可通过四点弯曲验证测试达550Mpa以上,考验着OGS供应厂的制程水准。 

强化OGS硬度 物理与化学方式各有优劣

OGS成本低廉且厚度更薄,符合智慧型手机产品和触控面板模组厂的利益诉求。然而,现阶段OGS最大问题在于玻璃的强度不足,导致摔落时易碎,面对这样的问题,OGS开发商已研发出物理和化学方式的强度加工方式,对OGS玻璃的强度问题可得到很大改善。 

由于触控面板是由外部施压去进行感应元件的作动方式,达到使用效果,因此产品的机构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,一般可区分为物理和化学方式两种(图5)。 


图5    物理方式和化学方式二次强化示意图
以物理方式而言,玻璃切割后,断面的裂痕修整系利用研磨(Polish)方式进行二次强化,优点是良率高、机构抗压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,以及制程相当费时,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)微蚀刻玻璃断面的切割裂痕,不仅产能较大、量产性佳,且制程时间仅需7?8分钟即可产出一批产品,机构抗压力可提升四至八倍以上,只要将机台安全性设计完善,且规画流畅的作业动线,可将作业危害降到最低。 

最早期利用HF蚀刻玻璃边缘达到二次强化效果,系由康宁于2010年8月24日在美国申请的一项专利,名为Method of strengthening edge of glass article,是由Joseph M.Matusick等人发表,文献公告于2012年5月1日。后续产业界的化学二次强化设备的制程概念大都以其方式衍生。 

克服CNC加工后缺陷 制程/原料/治具扮要角

在OGS产品经过CNC加工后,显微镜下常见的缺陷与问题,如细微裂痕、放射裂痕(Radial Crack)、侧向裂缝(Lateral Crack)、扭梳纹(Twist Hackle)及振纹(Chatter Mark)等(图6),这些问题若不改善,即使经过二次强化也无法有效提升产品的机构抗压力,因此客户皆会针对不同产品等级规画不同的制程规范。 


图6    OGS产品在CNC后常见的缺陷与问题
在沉浸式湿制程设备(Dipping Type Wet Bench Equipment)进行化学二次强化常见的问题(图7),如凸点(Pimple)、渗酸造成的BM色阻缺色、边缘破损、及刮伤等问题。当然这些问题的起因,有部分是制程造成,有部分是玻璃原料在前段制程导致,如抗酸油墨或抗酸膜与玻璃贴附性不佳,造成蚀刻过程中发生漏酸侵蚀玻璃表面,使BM色阻缺色,一般是重工(Rework)再将BM色阻补上,防范措施为选择黏着度较佳的抗酸膜或沾附性较佳的抗酸油墨。 


图7    OGS产品经沉浸式湿式设备化学二次强化后常见的缺陷与问题
另外,部分可能与玻璃承载治具有关,如玻璃边缘的破损或裂痕,可能是蚀刻制程中气泡(CDA Bubble)量过大产生严重震荡,造成玻璃边缘破裂,须要调整适当的制程参数,即可改善此问题;或是人员摆放玻璃过程中,不小心破触碰到治具边缘产生,必须要透过专业教育训练与人员操作认证方可改善。当然玻璃表面的脏污问题,可在贴上抗酸膜或抗酸油墨之前,将玻璃进清洗机台(Pre-Cleaner)进行清洗工作,防止脏污沾黏在玻璃表面造成外观不佳。 

兼顾轻薄、窄边框及多功能 OGS在3C市场崭露锋芒

基于OGS触控产业陆续蓬勃发展,触控产品本身的规格要求也日渐严苛,所有触控面板出货前均要分批测试四点弯曲验证或落球测试(Ball Drop Test),且依据触控产品应用性,其规格也个别定义,大部分的触控业者在玻璃切割制程均采用钻石刀轮切割,外加精雕制程;雷射切割也有部分业者使用但成本过高,量产能力不佳,且经过实验数据得知,近30%的雷射切割产品机械抗压性不足,显微镜下观察,在异形切割位置的微裂痕有超过50μm的规格,须进行二次强化,如物理抛光或氢氟酸浸泡蚀刻。 

目前品牌厂如华硕、宏碁、索尼(Sony)、联想等都看好此波商机,积极下单给OGS触控面板制造商,希望OGS制造厂可发展更轻薄的OGS产品,并为2.5D或是3D玻璃触控面板搭配多功能性,如防水、抗污、抗刮、防眩光的效能,当然窄边框设计和相机模组内缩至OGS玻璃BM区,亦为产品设计的趋势,也希望这些精致3C触控产品,有机会吸引消费者的目光,为消费性电子市场注入新的一波购买动力。

关键字:二次强化  OGS触控

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/2013/1109/article_27555.html
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