第二章
第二章 第二章 文獻探討 文獻探討 文獻探討 文獻探討
本研究乃在於決定 TFT-LCD 產業建廠前之最適生產組合情境，即決定 其最適廠房規模與產品種類數。主要針對不同的廠房規模、產品種類數，
配置各製程階段各工作站所需之適當機台數，並就此配置結果規劃一適當 之主生產排程規劃以進行模擬實驗，最後利用資料包絡分析法評估其效 率，以決定最適生產組合情境。然而，目前並無學者針對 TFT-LCD 產業 之廠房規模與產品種類數之生產組合情境之評估進行探討，因此，本章將 依據吾人之研究理念，依序探討 TFT-LCD 三階段製程之製造程序與製程 特性、產能規劃、投料規劃與資料包絡分析法。
2.1、 、 、TFT-LCD 三階段製程之介紹 、 三階段製程之介紹 三階段製程之介紹 三階段製程之介紹
TFT-LCD 之製造程序主要分為三個階段製程，分別為薄膜電晶體陣列 (Array)製程、液晶面板組立(Cell Assembly)製程以及電路模組組裝(Module Assembly)製程。
一、薄膜電晶體陣列(Array)製程
此段製程與半導體製程極為類似，具有鍍膜、曝光、顯影、蝕刻等過 程，經過約 30~50 道之製程步驟，5~7 層的回流層數，在玻璃基板形成電 晶體。在這方面國內技術成熟，良率一般約有 90%以上。詳細製造流程如 圖 2-1 所示，而各製程之說明如下[32][33][43]：
1. 玻璃基板購入：檢驗購入之玻璃基板的厚度是否均勻，以及基板邊緣是 否有毀損等品質問題。
2. 洗淨(Cleaning)：洗淨的目的在於使玻璃基板具有良好的導電性，以提 升膜的密著度；主要是除去玻璃基板表面之微塵粒子以提升產品良率。
3. 成膜(Film Deposition)：成膜的製程主要分為兩類：物理方法的濺鍍法 與化學方法的電漿化學氣相沉積法。
4. 光阻劑塗佈(Coating)與曝光(Exposure)：當整片含有透明電極的玻璃光 罩進入生產線後，必須先清洗玻璃光罩後，再將光阻劑塗佈在光罩上等 候曝光。
5. 顯影(Developing)、蝕刻(Etching)與去光阻(Resist Stripping)：對曝光後 之光罩做顯影，然後將不需要之透明電極層蝕刻去除，僅剩下被光阻覆 蓋的介質層留在表面，最後再將殘留的光阻去除。
圖 2-1、薄膜電晶體陣列製程流程圖[32]
二、液晶面板組立(Cell Assembly)製程
組 立 製 程主 要 是 將 陣 列 製程 完 成 之 玻 璃基 板 與 彩 色 濾 光片 (Color Filter，CF)做配向處理，進行壓合並切割成預定液晶顯示器尺寸之面板，
注入液晶，及貼上偏光板，最後經過檢查等過程後，即完成薄膜液晶顯示 器的面板。圖 2-2 即為液晶面板組立之製程簡圖。
玻 璃 基 板
洗 淨
成 膜
光阻劑塗佈
曝 光
顯 影
蝕 刻
去 光 阻
TFT陣列基 板完成
重 重 重 重 覆 覆 覆 覆 必 必 必 必 要 要 要 要 之 之 之 之 次 次 次 次 數 數 數 數
光阻剝離(Asher) 設備 蝕刻 (Etching) 設備 顯影(Developer) 設備
曝光(Stepper) 設備
旋轉塗佈(Spin Coater) 設備 濺鍍
電漿(Plasma) CVD 洗淨設備(並非只是在此 做洗淨，而是在很多的 工程完畢後為之)
洗淨設備
圖 2-2、液晶面板組立段製程圖[27]
以下則針對液晶面板組立廠主要製程說明其細部作業[27][43]：
1. 洗淨與配向處理(Rubbing)：
首先將切割完的玻璃基板與彩色濾光片，進行 UV 洗淨與有機洗淨過 程，去除附著在玻璃基板與彩色濾光片之有機物，然後經過沖刷洗淨、超 音波洗淨以及流水洗淨等步驟，去除基板上的塵埃粒子，完成洗淨作業。
再將基板表面進行配向膜塗佈與烘烤，完成後於配向膜上製作出提供液晶 定向之溝槽，使液晶整齊排列於上下配向膜之間，以增加配向膜表面的配 向導向力。配向的方式是由 CF 基板上升，原地翻轉然後與下方之 TFT 基 板進行組合。
2. 真空回火(Vacuum Anneal)：
在高溫真空環境下，將組裝完成後仍存於空面板(Panel)內的水氣去除，
以縮短液晶注入時間，並可將其中的氣體轉為氮氣。
3. 液晶灌入(LC Injection)：
將液晶槽及液晶材料充分脫氣，以獲得較高的可靠度。首先將液晶放入 一個密封箱中，利用基座將已切割後的 LCD 顯示面板固定住，然後將密 封箱抽成真空，再由下方的海綿提供液晶，藉著彈簧活動機構將海綿往上 頂，釋放空氣進入箱中，使 LCD 板藉由毛細現象將液晶完全吸入 LCD 板 中間，完成灌入液晶的作業。
4. 封口(End Seal)、偏光板貼附與檢查：
灌入液晶後在其開口處進行封口，以防止液晶外漏，接著洗淨 LCD 板，
然後將相差九十度的偏光板貼附在 LCD 面板上、下兩面，最後進行面板 厚度等的相關品管檢驗工作即完成液晶顯示面板。
三、電路模組組裝(Module Assembly)製程
為 TFT-LCD 之最終段製程，主要是將驅動電晶體電路板、背光電源組 與組立製程完成之液晶面板進行組裝。製程步驟如圖 2-3 所示，其詳細製 程如下說明[34][43]：
1. 偏光板與異方性導電膠(Anisotropic Conductive Film；ACF)貼附：將面
板不要之線路剪斷與貼上偏光板後，再利用機器在面板上貼附異方性導 電膠。
2. IC 壓合：將已貼附異方性導電膠之 LCD 面板，進行 IC 定位預熱壓以 及 IC 定位本壓，最後再將完成 IC 壓合之面板轉送至載具機上，送至下 一製程工作站。
3. 彈性電路板壓合(Flexible Polymer Board；FPC)：將面板貼上 ACF 然後 進行 FPC 壓合，作業程序與 IC 壓合相同，但是其壓合參數條件與所使 用之 ACF 皆與 IC 壓合作業不同。
4. 封膠(Dispensor)：將保護膠均勻地塗佈在面板裸露電路區域，再讓膠於 室溫中自然乾燥或是加熱乾燥。目的在於防止線路的表面於環境中氧化 而造成品質劣化。
5. 印刷電路板(Printed Wiring Board；PWB)壓合：將封膠完成之面板與印 刷電路板做壓合作業。
6. 背光(Back Light)模組作業：將背板鐵殼、燈管、燈管蓋板、導光片、
擴散片以及稜鏡片做組立作業。
7. 燒機作業(Aging)：目的在於將產品潛在品質問題提前顯現出來，以防 止顧客使用後產生品質不良之問題。
8. 檢驗：對產品做最後之品質檢驗，並篩選出產品等級。
此段製程為目前 TFT LCD 廠人力需求最多的部分，雖製程並不困難，
但因無法自動化作業，必須用人工加工完成，所須人事成本較高，因此也 有公司採外包作業，或轉至人力成本較低之大陸設廠。而且在生產設備與 製程技術都已經相當成熟，其製程難度不高，良率接近 100%。
圗 2-3、電路模組組裝段製程圖[38][43]
2.1.1、 、 、 、薄膜電晶體陣列 薄膜電晶體陣列 薄膜電晶體陣列 薄膜電晶體陣列(Array)生產特性 生產特性 生產特性 生產特性
薄膜電晶陣列廠為 TFT-LCD 三階段製程之最上游製程，考量機台設備 相當昂貴的因素，因此屬於存貨式生產(Make To Stock；MTS)。其所加工 之玻璃基板尺寸會隨著世代廠的不同而有所差異，製程技術越高的世代 廠，玻璃基板尺寸則越大，可切割的面板數也越多。而在相同世代廠之玻 璃基板欲切割成不同尺寸之面板時，一樣會造成切割片數的不同。因此玻 璃基板的利用率與切割片數會因為世代廠與面板尺寸的不同而有所差 異。表 2-1 即為各世代廠生產不同尺寸面板的切割片數與玻璃基板利用率。
表 2-1、各世代廠之玻璃基板可供不同面板尺寸之切割片數與利用率 世代廠 G3.5 G4 G5 G5.5 G6 面板尺寸 CR U(%) CR U(%) CR U(%) CR U(%) CR U(%)
12.1 6 63 9 74 24 82
14.1 6 84 6 65 16 73 24 80 15.0 4 63 6 74 16 83 20 76
15.4 4 63 6 73 15 76 20 75 30 83 17.0 4 84 4 65 12 82 16 80 24 87 19.0 2 52 4 81 9 76 12 71 16 72 20.1 2 58 4 90 9 85 12 83 16 81 23.0 2 69 2 53 8 89 8 65 12 71 27.0 1 46 2 732 6 90 8 88 8 65 30.0 1 57 2 84 3 55 6 81 8 79 32.0 1 64 1 50 3 63 6 92 8 90 37.0 1 68 2 57 3 62 6 89
40.0 2 66 2 48 3 52
(CR：切割片數 U：利用率) 在同一世代廠，雖然玻璃基板切割成不同面板尺寸的切割片數不同，
但同一屬性1之玻璃基板的製程步驟與加工時間皆相同，且具有再回流與重 加工特性。另外，關於機台的特性方面，由於陣列階段製程所生產之玻璃 基板體積龐大，機台設備考量空間之因素，皆為序列機台，與晶圓廠之批 次機台可一次加工多個批量之特性不同；而所有機台除了黃光(Photo)機台 加工不同產品時，需耗用少許的換光罩時間外，其餘機台皆幾乎無換線時 間。然而，為了簡化本研究之複雜度，將不考慮此階段製程各工作站之換 線時間。
在廠房之佈置型態上，目前業界大部分皆採零工式佈置，將功能相同 或相似之機台放置同一工作站，可使生產較具有彈性之調整。陳氏[33]對 於各項機器設備，按照加工步驟相近和製程相似者歸為同一加工區，按各
1 在薄膜陣列廠為了控制產品良率，必須將產品抽批進行導線線寬、光阻塗佈厚度以及均勻的良
測作業，因此考量量測狀況下，玻璃基板屬性可分為一般玻璃基板與量測玻璃基板。一般玻璃基
區可分為：
1. 薄膜區：洗淨設備、濺鍍設備及電漿設備。
2. 黃光區：光阻塗佈設備、曝光設備及顯影設備。
3. 蝕刻區：濕式蝕刻設備、乾式蝕刻設備及光阻剝離設備。
4. 測試區：當玻璃基板加工完成，需進行最終測試，故有測試設備、修 復設備。
吾人亦將採用上述之歸類方式，將所有機台設備分為上述四個工作區 域，作為廠房生產佈置型態。
2.1.2、 、 、 、液晶面板組立 液晶面板組立 液晶面板組立 液晶面板組立(Cell Assembly) 生產特性 生產特性 生產特性 生產特性
液晶面板組立廠屬於存貨式生產(Make To Stock；MTS)，製程主要分 為前段之序列工作站、中段批量工作站以及後段序列工作站。各工作站內 之各個機台皆為等效平行機台，而其中中段批量工作站之加工時間約佔了 總製程之 70%。吾人透過文獻探討[22][27]將各工作站之製程特性整理如 下：
1. 廠房佈置為流線型生產系統。
2. 機台加工期間不得進行換件或插件。
3. 批量機台之加工時間非常長。
4. 產品經過真空回火(Vacuum Anneal)加工後必須在 240 分鐘內進入液晶 灌入，且在液晶灌入後必須在 360 分鐘內進行封口(End Seal)，若不在 此限制時間內進入進行下一各製程的加工，產品將形成報廢。
2.1.3、 、 、 、電路模組組裝 電路模組組裝 電路模組組裝 電路模組組裝(Module Assembly) 生產特性 生產特性 生產特性 生產特性
電路模組組裝置成為最接近顧客端，重視滿足顧客需求與降低庫存 量，因此採用訂單式生產(Make to Order；MTO)。其相關製程特性如下[34]：
1. 生產線之佈置型態屬於流線型(Flow Shop)。
2. 製程以 PWB 工作站劃分為前段與後段製程，前段製程主要考量機台之
產能；後段製程以人力為主，備料相當重要。
3. 所有工作站皆為序列工作站。
4. 產品於機台加工期間不允許換件或插件。
2.2、 、 、產能規劃 、 產能規劃 產能規劃 產能規劃
產能規劃的主要目的在於考量生產或服務單位資源在以滿足顧客的各 項需求之前提下，規劃出符合產出需求之產能配置方式。有完備的產能規 劃，才能因應市場的需求變異，對系統資源做最佳之配置，才得以達到市 場對數量與交期的雙重目標。Stevenson[16]依據規劃時間的長短對企業組 織之產能規劃區分為長期、中期與短期三種，各規劃時間長度分別為一年
產能規劃的主要目的在於考量生產或服務單位資源在以滿足顧客的各 項需求之前提下，規劃出符合產出需求之產能配置方式。有完備的產能規 劃，才能因應市場的需求變異，對系統資源做最佳之配置，才得以達到市 場對數量與交期的雙重目標。Stevenson[16]依據規劃時間的長短對企業組 織之產能規劃區分為長期、中期與短期三種，各規劃時間長度分別為一年