2-1 Cell 製程簡介
一般 Cell 製程可細分為洗淨、轉寫、配向、框膠、散佈、液晶、組立、
切裂、磨邊、偏貼等製程，主要是要將 TFT 與 CF 兩片玻璃基板進行組合，
並依客戶需求的面板形式進行切割。小尺寸面板礙於基板切裂後需人力、
費時以及有玻璃薄化需求，現行國內製造廠大多於切裂及外觀檢查後，隨 即包裝出貨於需求客戶或是模組廠，如圖 2.1 所示。
圖 2.1 小尺寸面板 Cell 製程流程示意圖
現行小尺寸的面板有玻璃厚度縮小的需求，而玻璃基板厚度太薄於搬
送及製程中易破損，礙於工廠設備能力，改採用玻璃基板薄化方式，依薄 化需求不進行切割或是依比例切成 cut 形式，如圖 2.2 所示。如圖 2.2(b)紅 色線條為切割線，此為六切割。
(a)玻璃基板不切割 (b)玻璃基板 cut 形式切割 圖 2.2 玻璃基板切割示意圖
中小尺寸隨著產業競爭，為降低生產成本及提高產能，於新機種測試 時，逐步進行玻璃基板利用率的提高測試及評估，現階段 2 吋以下機種，
逐漸由 6cut 朝向 4cut 配置形式設計，單 cut 內的面板皆緊密相鄰，兩面取 間以切裂線為界，若框膠壓著後的幅寬過粗，將與相鄰面取黏合，於切裂 時易造成裂片或是不易分離。目前小尺寸緊密排版設計，框膠塗佈起始點 及終點為重疊方式，重疊後的幅寬控制是目前良率控制的關鍵。
2-2 框膠塗佈製程概述
框膠製程可分為框膠材料調合、膠材塗佈、框膠硬化、外觀檢查等程 序。其主要製程流程：將支撐面板間隙(cell gap)的間隔劑(spacer)與原膠材 依比例放入不銹鋼杯，如圖 2.3(a)，於真空中進行混合，續將混合後的膠材 在真空環境中，充填入鋁製針筒內，如圖 2.3(b)所示。在黃光的環境及適當
溫度(23~25℃)中，將針筒取至塗佈機上架固定，如圖 2.4 所示。續利用自 動光學檢查機台，檢查框膠外觀，確認塗佈是否有斷膠、膠寬超出規格等 異常檢查。玻璃基板經框膠塗佈、間隔劑散佈(spacer spray)、液晶滴下後，
進入組立製程，其真空幫浦(Pump)能力可使密閉室(Chamber)的真空壓小於 1Pa，將 TFT 及 CF 基板於真空中利用 Mark 對位方式，進行兩片基板貼合，
後續，合板於大氣壓力下取出進行膠材硬化，框膠經 UV 照射及 120~130℃
熱硬化後，將液晶穩固封止於設計之框型圖形內，而膠材內添加之間隔劑，
與散佈製程所用之間隔劑功用相似，有幫助穩定玻璃面板間隙(cell gap)之作 用。
(a)膠材置放不銹鋼杯 (b)膠材充填用製具 圖 2.3 膠材調合充填用製具
圖 2.4 框膠塗佈機正視圖
2-3 框膠塗佈設備運作方式
框膠塗佈設備為多軸複合動作之機構，其主要分可為 X、Y、Z 等三軸，
如圖 2.5 所示。其運作方式為交流伺服馬達帶動導螺桿(ball screw) ，如圖 2.6 (c)，使載物台於線性滑軌(linear guide)上進行直線運動。其中，Z 軸的功 用主要是控制膠筒塗佈時高度，Z 軸馬達的動作是塗佈膠量穩定性的關鍵。
(a)框膠針筒於 Z 軸升降動作 (b)玻璃基板載台於 X、Y 軸動作 圖 2.5 X、Y、Z 軸動作示意圖
X、Y 軸的功用主要是帶動載物台進行 X、Y 方向之直線動作，依規劃
圖 2.5(b)、2.6(b)所示，載物台中心之座標為(0,0)，X、Y 軸馬達 會依據設定之起始點座標及向量化之 X、Y 分量路徑進行載物台搬送 動作，以達到如圖 2.6(a)所示之順時針塗佈方向圖框。目前所使用之塗 佈機，其 X、Y 走行軸的馬達及其驅動器(driver)，為松下(Panasonic) 公司所生產[3]。
(a)塗佈圖形與路徑 (b)載物台(stage)
(c) 馬達與導螺桿(ball screw)組裝圖
(d)導螺桿與載物台的組裝套件
(e)線性滑軌(linear guide)與滑塊組裝圖
圖 2.6 載物台(stage)動作路徑與軸承組裝示意圖
圖 2.7 松下(Panasonic)公司馬達及其驅動器
圖 2.8 馬達驅動器外型架構介紹 2-3.2 塗佈高度(gap)控制方式
參照圖 2.10，框膠塗佈針頭(nozzle)距離玻璃基板高度稱為塗佈高 度(gap)，一般塗佈高度設定在 20~40um 範圍內，設定過高會造成塗佈 膠量的不穩定，而高度過低則會有針頭刮到玻璃基板的風險。塗佈高 度的控制，由 Z 軸馬達依據圖 2.9 的雷射辨位計回饋所得的高度差值，
進行設定高度與實際高度之補正。圖 2.9(b)的雷射偵測器位於針筒的後 方，其偵測點位於塗佈針頭的左上方，其相對位置如圖 2.10(b)所示。
(a) 安立知(Anritsu)公司製控制器 (b)雷射偵測器(sensor) 圖 2.9 雷射辨位計(gap laser)機構套件
(a)塗佈高度(gap)示意圖 (b)雷射偵測點與框膠針頭相關位置 圖 2.10 塗佈高度與雷射偵測位置圖
圖 2.11 Z 軸馬達動作位置與雷射接收強度趨勢圖
框膠機台設備控制系統如圖 2.12 所示。於塗佈中，會紀錄 Position(Z 軸位置)、Intensity(雷射接收強度)、制御量(雷射偵測回饋數值)的等數值，
可以從主機(Main PC)存取其雷射回饋數值及 Z 軸位置數據，繪出其趨勢。
如圖 2.11 所示，其塗佈於素玻璃(dummy glass)上，雷射經反射於感測頭(gap
sensor)所接收到，其雷射接收強度穩定於-36db。Z 軸馬達依據雷射回饋的 制御量，進行高度位置調整(Z 軸向下移動量，其位置表示為負值)。
圖 2.12 框膠機台控制系統示意圖
2-4 框膠製程於面板設計之需求
框膠依面板設計，其膠材塗佈硬化後需符合位置精度及幅寬的要求。
針對面板設計所需之框膠幅寬(TFT 基板與 CF 基板壓著硬化後之框膠寬 度)，對應製程所塗佈膠量，而控制塗佈量的參數主要為塗佈速度、塗佈壓 力、塗佈高度。
使膠材從針頭推擠吐出的方式，依據機台設計可分為機械擠壓(screw) 及通氣體擠壓針筒內膠材兩種方式。本研究所使用之塗佈設備主要是通入 氮氣於針筒內推擠膠材，利用控制不同的氮氣壓力（0.01 ~ 0.6Mpa）的方 式，
達到製程所需之塗佈膠量。監控膠材塗佈量的方式是利用雷射機具於塗佈 後自動量測框膠斷面積(cross section area)數值，並調整所需輸出之氮氣壓力 大小。載物台移動的速度及膠材的塗佈高度，亦是影響塗佈膠量的設定參
數，然而，一般生產作業中，為求製程塗佈穩定性，當正常稼動時，塗佈 高度及塗佈速度大多維持不變，塗佈膠量以氮氣壓力的調節為主。
2-4.1 斷面積雷射運作方式
斷面積雷射與偵測塗佈高度之雷射辨位計相似，其主要是利用雷射偵 測框膠塗佈後之寬幅(W)與膠高(H)，回饋於機台的斷面機雷射控制器，其 系統程式以積分計算方式，顯示其所量測之截面積數值。
圖 2.13 斷面積雷射量測方向示意圖
(a)斷面積雷射 (b)量測所得之曲線示意圖 圖 2.14 塗佈機斷面積雷射機具與量測所得之曲線示意圖
2-4.2 塗佈壓力、塗佈速度與塗佈量之相關性
當固定塗佈速度(載物台 X、Y 軸移動速度 80mm/s)時，可參考圖
2.15(a)，塗佈壓力增加時，可增加斷面積數值，亦提高膠材塗佈量。當固定 塗佈壓力(氮氣輸出壓力 0.4MPa)時，可參考圖 2.15(b)，塗佈速度增加，會 降低斷面積數值，促使膠材塗佈量下降。
為避免人員在塗佈量調節上的困擾及機台塗佈的穩定性，通常會固定塗 佈速度，以調整塗佈壓力方式，達到製程所需之塗佈條件(斷面積數值)。
(a) 塗佈壓力與斷面積之關係圖塗佈壓力
(b) 塗佈速度與斷面積之關係圖塗佈壓力 圖 2.15 塗佈壓力及塗佈速度與斷面積之關係圖
依據圖 2.16，當塗佈高度 30um 時，Z 軸約有 8.4um 的不穩定移動 量，若把塗佈高度變更為 22um 時，可發現異常的制御幅度縮小至 3.6um。此異常的制御幅度，將造成局部框膠偏細(塗佈膠量較少)及框 膠斷線等不良，如圖 3.1 所示。
(a)塗佈高度 30um，Z 軸制御趨勢圖
(b)塗佈高度 22um，Z 軸制御趨勢圖 圖 2.16 塗佈高度與 Z 軸制御位置之趨勢圖
2-5 框膠塗佈用針頭(nozzle)的型式
目前所使用之針頭，為高單價的精密加工品，其尖端處之材質屬於較 硬且脆的鎢鋼，其與玻璃基板垂直接觸雖不易變形，但在清洗或是固鎖時，
若針頭側邊不慎遭撞擊，仍會有缺角破損之現象，為降低使用成本，尋找 國內廠商協助客製化塗佈用針頭(nozzle) ，依據其製作方式，可分為焊接式 及一體成型兩種型式。
圖 2.17 框膠塗佈用針頭(nozzle)外觀尺寸圖(單位: mm) 2-5.1 焊接式針頭
目前廣泛使用中的塗佈針頭(nozzle)皆為此型式，其為不同金屬材質焊 接，依構造材質參考圖 2.17，其可分為三個部分，為噴嘴、基座及銲料等。
噴嘴主要成分為 WC-Co，基座主要成分為不銹鋼 SAE 304，焊料主要成分 為 Ag(Wt 約 50%)、Cd、Zn、Cu 近似 AWS BAg-1，一般塗佈 17 吋面板，
其所使用之孔徑為Ф0.35~0.40mm，目前廣泛使用在 17”面板以下之針頭孔 徑為 0.25~0.35mm。
噴嘴部位
基座部位
(a) 噴嘴與基座以焊料銜接
(b) 噴嘴內部構造 圖 2.18 針頭(nozzle)剖視圖
鎢鋼材質噴嘴鑲埋於不銹鋼基座後，以銀基底之焊料焊接 圖 2.19 針頭噴嘴與基座底部剖視圖
圖 2.20 針頭噴嘴與基座側部剖視圖
圖 2.21 針頭不銹鋼基座底部剖視圖(底部經過拋光處理)
目前工業常使用的接合方式，主要有銲接(Welding)、硬銲(Brazing)、
軟銲(Soldering)三種。銲接是將母材接合處局部熔化的接合方式，然而母 材在局部佳熱後，容易產生殘餘熱應力造成接合後變形。硬銲和軟銲則是 在母材之間加入填充合金，在升溫至填充合金熔點以上約 10~50℃(不超過 母材熔點)，使填充合金完全熔化潤濕母材，並在接合處產生冶金反應後冷 卻凝固而形成接點，由於其製程方式大多是和母材整體同時加熱，可減少 殘餘熱應力的產生及接合後的變形問題，故就接合方式而言，硬銲製程為 接合異種材料的最佳方式之一。
面對嚴苛的使用環境，常會使用耐磨耗、耐高溫、耐腐蝕材料，例如 習稱鎢鋼的碳化鎢[8]，但是鎢鋼的材料成本高，且不易加工又易脆，故許 多製造商將碳化鎢焊接在精密的工具、儀器或是治具，延長其使用壽命。
整體皆使用鎢鋼會有韌性不足易脆裂問題，而鋼材雖然有較佳韌性，但是
使用壽命短，利用硬銲接合方式，將碳化鎢與鋼材兩種異質材料接合，便 是一種兼顧精密部位的耐磨耗及整體的韌性。目前所使用的日製塗佈針 頭，便是利用異質材料接合的優點進行製作。
2-5.2 一體成型針頭型式
意指無異質材料焊接，僅以加工金屬坯方式製作針頭(nozzle)外型及其 內部構造。目前測試製作之樣品材質，主要分為使用成分 Wt 99.8%以上的 高純度鎳(Ni)及合金工具鋼 SKD11 兩種材質加工品。如下圖所示，圖 2.22 為使用鎳材質針頭，其具有耐鹼、耐氧化、抗高溫能力，無經過熱硬化處 理，硬度約 HRC 45，內部經化學方式拋光處理，使表面呈現光滑。圖 2.23
意指無異質材料焊接，僅以加工金屬坯方式製作針頭(nozzle)外型及其 內部構造。目前測試製作之樣品材質，主要分為使用成分 Wt 99.8%以上的 高純度鎳(Ni)及合金工具鋼 SKD11 兩種材質加工品。如下圖所示，圖 2.22 為使用鎳材質針頭，其具有耐鹼、耐氧化、抗高溫能力，無經過熱硬化處 理，硬度約 HRC 45，內部經化學方式拋光處理，使表面呈現光滑。圖 2.23