中 華 大 學

中 華 大 學 碩 士 論 文

題目：減少老化測試時間對 TFT LCD 的影響評 估

The effect of reducing aging time of TFT LCD

系所組別： 電機工程學系碩士班 學號姓名： M09201009 林旻保 指導教授： 謝 焸 家 博 士

陳 竹 一 博 士

中華民國 九十四 年 七 月

摘要

本論文主要是針對顯示器工業中之 TFT LCD 產品，在工廠製程 上與設計流程上之工程認證中的可靠度作研究；並在國內的特定面板 廠內完成實驗及數據收集，並根據多年在該產業生產製造經驗判斷、

分析調查和研究有關 TFT LCD 在高溫操作時所產生的問題或症狀…

等等，作一整體性的資料蒐集、整理、分析，並加以描述和呈現這些 觀點，對於整個 TFT LCD 在品質保證上的影響甚鉅，藉由運用其資 料的結果能確保產品品質與節省製程成本。

Abstract

The TFT LCD manufacturing process continues to become stable and had quantity of application in IT 、 OA and mobile. The price 、 quality and reliability are important role in the LCD manufacturing and marketing. In this thesis, we present the study and made an experiment of TFT LCD to find out some different between process and reliability lab that can to decision aging process parameter and guarantee reliability for sale out. The result were obtained from special TFT LCD maker in

Taiwan and theory by the professional book and suit software companies like reference chater in thesis.

In my work experience provide our study, arrangement,

classification and analysis at data collection in experiment .We use the Probability-Weibull distribution and Probability-exponential distribution to find out the optimum aging parameter while to reducing aging

time ,made cost down and guarantee reliability. This is case by case study and not for all kind of TFT LCD product.

誌謝

本篇論文能夠順利的完成，首先，感謝我的父母及太太這兩年來 對我的全力支持與鼓勵。另外，陳竹一老師的指導，研究過程中所遇 到的問題與瓶頸，蒙受老師的解惑提點，使得能順利解決問題，並給 予諸多的鼓勵與提攜。

感謝公司及同事在資料收集技術上的支援，不吝互相指教，相互 提攜。同時也感謝愛發股份有限公司陳俊誠先生與皮托科技股份有限 公司張黎靜小姐在分析軟體上的幫忙協助，使我在分析速度上加快不 少。

另外也感謝羅久雄、張雅雯、施銘洲、范鶴齡、鄭國璋等同學 的陪伴與關懷，讓我在這兩年研究所生活裡充滿歡笑與不捨，現在終 於大家要畢業了，當然也有不捨之情，不過在進入社會各奔前程的同 時，希望大家能保持聯絡，使這份友情能夠長存。

林旻保 誌於新竹 中華民國九十四年七月

目 錄

摘要 ………Ⅰ Abstract ………Ⅱ 誌 謝 …..………Ⅲ 目錄 ………IV 圖目錄 ………...VI

第一章 簡介 ………1

1.1 前言………1

1.2 研究動機………3

1.3 研究方法………4

1.4 論文架構………5

第二章 製程與測試………..6

2.1 TFT LCD 的廣泛運用………..………... .6

2.2 TFT LCD 電路概述……….….………..…..6

2.3 TFT LCD 產品製程測試(TFT LCD test )………...8

2.4 老化測試 (Aging Test)……….... 10

2.5 可靠度測試 (Reliability Test)……….. ...12

2.5-1 可靠度定義………12

2.5-2 可靠度範圍………14

2.5-3 可靠度項目………16

第三章 AGING 實驗計畫……….…. .17

3.1 實驗目的.……….…………... 17

3.2 實驗判斷標準………..….……….17

3.2-1 實驗流程 (Process Flow)………17

3.2-2 評定手法 (Evaluation Method) ………..19

3.2-3 目標規格 (Target Specification) .………...…... 20

3.3 實驗數據分析………20

3.3-1 lot346 實驗結果………20

3.3-2 lot364 實驗結果………23

3.3-3 lot369 實驗結果………26

3.3-4 實驗總結與訂定 AGING 製程參數………29

第四章 製程成本控制……….………31

4.1 實驗成本.……….…………...31

4.2 製程成本………..….……….31

第五章 總結………. ………...34

參考文獻 ………...……….35

圖目錄

圖 1-1 各平面顯示器的產值 ..………..………..…2

圖 1-2 TFT LCD 顯示器的成長趨勢..……….………..…2

圖 2-1 TFT LCD 結構圖..……….. …. ….………..…8

圖 2-2 module sheet 製程流程圖..……….………...10

圖 2-3 浴缸曲線..………..…. ….………..…12

圖 2-4 可靠度範圍..………..….……….. .…15

圖3-1 實驗流程圖..………..….……….. .…19

圖3-2 lot#346不良率曲線圖………..…..……….. .21

圖3-3 lot#346可靠度曲線圖………..…..……….. .22

圖3-4 lot#346韋氏機率分布曲線圖………..…..…….23

圖3-5 lot#364不良率曲線圖………..…..……….. .24

圖3-6 lot#364可靠度曲線圖………..…..……….. .25

圖3-7 lot#364韋氏機率分布曲線圖………..…..…….26

圖3-8 lot#369不良率曲線圖………..…..……….. .27

圖3-9 lot#369可靠度曲線圖………..…..……….. .28

圖3-10 lot#369指數機率分布曲線圖………..…..……29

表3-1實驗總結..………..….………..….…30

圖4-1 AGING製程成本結構圖………..…..……….. .32

圖4-2 AGING製程成本與AGING時間趨勢圖………..….32

圖4-3 AGING時間對每片產品的成本趨勢圖……….. ..33

表 5-1 論文總..………..….………..….….34

第一章 簡介 1.1 前言

TFT LCD(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display)已 是下一世紀顯示器的標準配備與趨勢，同時它為世界帶來兆元台幣 的產值，因此政府將 TFT LCD 與半導體產業喻為兩兆雙星中的兩兆，

也是台灣未來經濟發展的重點產業。在此同時，各世界大廠也相繼 發展不同材料與技術所生產的顯示器，其各技術的相對產值如圖 1-1[1]，圖 1-2 所示，我們可以發現 TFT LCD 產值逐年增加，代表 該技術已漸漸成熟，當一項技術已達大量應用之際，良率提升與降 低成本問題就會接踵而來，但往往忘記了可靠度的提升，目前相關 研究文獻在 IEEE 上搜尋並無所獲，相信這個研究是一個在產業與學 術上的觸發點。

圖 1-1 各平面顯示器的產值

圖 1-2 TFT LCD 顯示器的成長趨勢

本論文研究重點是針對 TFT LCD 製程中的 aging 製程上對產品

可靠度的影響評估；TFT LCD 製程分 ARRAY SHEET、CELL SHEET、MODULE SHEET 三大段，ARRAY SHEET 相當於半導體製程的曝光、蝕刻製程；

CELL SHEET 相當於半導體製程的 die cut、wafer testing；MODULE SHEET 相當於半導體製程的封裝測試。而本論文主要是針對 MODULE SHEET 範圍做研究。Aging 製程是 MODULE SHEET 中的老化測試製程，

它與半導體製程的 burn in 是異曲同工之妙，此製程是我們 TFT LCD 製程良率與可靠度的閘門，所有出廠的產品必須經過此製程的篩 檢，因此製程規格與製程花費時間就關係產品的良率、產品的成本 以及可靠度。由於部分資料屬不便公開範圍，如有需要相關資訊請 另以 E-MAIL 連絡。

1.2 研究動機

過去大家都著重半導體方面相關研究，相對的 TFT LCD 的研究 相對的較少。而 TFT LCD 已日、韓、台為全球的主要生產重鎮，又 以台灣的生產技術較具競爭力，但在品質上較不如日、韓廠，因此 選擇有關 TFT LCD 可靠度方面的研究。

相信各位有一種不好的經驗，在IT商店花了大把的金錢買了不管 是notebook、monitor、LCD TV或是PDA甚至手機等消費應用產品，買 來使用不久就有亮點、暗點、弱線甚至亮線等缺陷，當這些缺陷出現 時，不管你在工作時使用的CAD、CAE繪圖軟体或是播放多媒體影片，

你的眼睛會不由自主對所出現的缺陷多看一眼，此時是否覺得想更換 新品?當你興衝衝拿給店家告訴要換貨時，通常的答案是不在保固範 圍內或是換了的產品還是有瑕疵，因此造成心理的壓力與不悅。

又銷售市場以每年10%的降價空間來吸引消費者購買，但於物料 成本降價有限，人工成本逐年提高，相對製造廠商的利潤空間就變 小，故維有縮短製程時間與提升良率才能維持合理利潤，但往往因此 忽略品質的要求。

有鑑於此，我們將研究重心放於TFT LCD在可靠度方面資料蒐集 與分析，同時藉著實驗數據與分析進而達到降低成本維持品質的目 標，在過程中也能了解到業界目前的問題與解決問題的方法或研究理 論。

1.3 研究方法

由於在網站搜尋國際電子電機工程師學會 (IEEE) 關鍵字 (Key Word) 無法獲得相關文件，因此藉由圖書館尋找可靠度相關理論書籍 文件[2][3][4][5]，同時在GOOGLE網站搜尋相關應用軟體或尋求廠商 協助[6][7]，再利用本身在業界的工作經驗與公司的同意下，針對不 同aging製程條件下進行了相關實驗以及收集其相關數據、資料整理 以及基礎理論的瞭解，利用套裝軟體繪製圖文並茂的圖表。使得能達 到學理與實務上的相互契合，學習以掌握製程相關技術和彙編成整體

一系列有關的資訊。最後不但能縮短工時，減少製程成本，同時又能 保證可靠度，達成雙贏局面。

1.4 論文架構

本文章節如下：

第一章、 簡介：說明本文研究動機、方法及論文內容結構。

第二章、 製程與測試：分別說明目前TFT LCD製程和測試流程以 方法及可靠度定義與範圍。

第三章、 AGING實驗計畫：敘述本實驗相關注意事項與條件。

第四章、 製程成本控制：說明aging製程各生產要件的比例與如 何縮減製程成本又兼顧品質需求。

第五章、 總結

第二章 製程與測試

2.1 TFT LCD 廣泛運用

由於多媒體內容的豐富化與容易取得加上無線網路的普及及網 路傳輸速度的突飛猛進，漸漸帶動顯示器的相關應用，因此增添人們 的生活品質與多樣化。

目前市面上已有相當多的應用，我們用尺寸區分為大尺寸

(12.1＂以上)與中小尺寸(12.1＂以下)。大尺寸方面，例如LCDTV、

桌上型MONITOR、NOTEBOOK、醫療監視器、廣告看板等；中小尺寸方 面，個人數位助理（PDA）、手持式或掌上型電腦、手機、個人行動 多媒體 (PMP)、衛星器汽車導航GPS、視訊電話(VOIP)、可攜式DVD 播放器、數位相機、掌上型遊戲機、相片印表機、MP3播放機等多媒 體應用，這些應用產品對我們提升生活品質是功不可沒，相對的TFT LCD就是上述產品的關鍵零組件，當顯示器品質不佳時，間接會影響 產品的賣像與價值。

2.2 TFT LCD電路概觀

TFT LCD電路製造是一個複雜且耗時，如圖2-1為TFT LCD的實 際結構圖，最下為背光模組，功能為產生足夠亮度的白光，當光行經 下玻璃，即TFT就做在此玻璃上，經過電氣訊號控制TFT的ON/OFF，

使影像訊號儲存在畫素電容上，當畫素電容與上層玻璃形成電場時，

驅使上下玻璃夾層中的液晶旋轉，液晶旋轉角度會依照畫素電容的電 場強度做旋轉，color filter是濾除多餘的兩種光線，使光區分為紅綠 藍三原色，因此可見到紅綠藍等顏色，當紅綠藍各個位置的電場不同 時就可組成全彩的顏色。

上下片偏光片(UP/DOWN POLARIZER)是貼在上下玻璃上，其作 用是使光旋轉90度，即將光變成單方向光，因此才不會有散射光影響 顯示器的顏色表現。

再來我們介紹TFT開關，首先類比影像訊號送到TFT的source腳，

接著開關脈衝送入gate腳，然後TFT就會將影像訊號送入畫素電容上 儲存，這時的操作就如上所述不再重複。TFT LCD顯示器有normal white與normal black，圖2-1是normal white操作，即液晶不驅動時，畫 面為白色，液晶驅動時，會依照各畫素電容電場強度顯示顏色，當紅 綠藍電場都為最強時，畫面為黑色；normal black操作則與normal white 操作相反，液晶不驅動時，畫面為黑色，液晶驅動時，畫面為白色。

由上所述動作是否有發現，像不像RAM的操作，只是RAM的 DATA是0與1的差別，而TFT LCD會有256階(8 bit的data解析度)的電 壓數值，如果以640*RGB*480的解析度就有921,600個點(640*3*480 個點)，且每個點的階調電壓差必需在+/-20mV，因此要製造完成一片

TFT LCD並不是件簡單的事，況且要作到整批產品的一致性更困難。

Glass Glass

- - -

-

④ Liquid Crystal Control the amount of light by the Applying Voltage

Back Light +

+

② Gate On/Off the

TFT

300 ㎛ (Approx)

Common Electrode One Pixel

Data Line Pixel Electrode

Gate Line

)

) ^{C/F Glass}

TFT Glass

③ Pixel Applying Voltage to the Liquid Crystal +

+ ++ ++ ++

- -

- - - - - -

White (TFT Off) Black (TFT On) Polarizer

Liquid Crystal

- - - - - -

White (TFT Off) Black (TFT On) Polarizer Polarizer

Liquid Crystal Liquid Crystal

① Source Transport the Data Signal

圖 2-1 TFT LCD 結構圖

當一個TFT損壞時就會出現點缺陷，當source line或是gate損壞 時就會產生線缺陷，當驅動IC壞掉一顆時，可能會出現橫的或直的區 塊無法顯示，若半壞不壞的種況下，我們做名稱前加上弱字，如弱點、

弱線等。若TFT漏電，造成相鄰間的TFT誤動作，此現象稱CROSS TALK，

畫面會以鬼影畫面顯像。若畫素間電壓的不均勻，會以類似皮膚病的 黑斑或是白斑顯像。

2.3 TFT LCD產品製程測試

如圖2-2為TFT LCD的MODULE SHEET製程流程圖，首先CELL SHEET生產完的PANEL，即灌完液晶、切割裂片、初期點燈(亮)測試 OK後的產品稱之。首道製程是將 PANEL做清洗動作，因此時的

PANEL會有灰塵、玻璃碎削、殘留液晶等異物髒污殘留，故必須經過 純水或特殊藥劑清洗並烤乾，然後貼附上下偏光片，接著用高溫壓頭 將帶有driver IC的film壓著在下玻璃的layout pad上，driver IC則打在 film材上，我們稱TAB。壓著介面材質為ACF(Anisotropic Conductive Film異方性導電膠)，ACF是一種膠帶，其膠帶中具有無數的鎳金粒 子 ， 在 高 溫 壓 著 後 具 有 上 下 導 通 ， 左 右 絕 緣 的 特 性 。 然 後 auto clave/dispensing製程，auto clave為將偏光片貼附時產生氣泡的產品利 用真空將氣泡擠壓出來；而dispensing為將TAB 貼附後的貼附區外露 線路用UV矽膠塗佈再照UV光(紫外光)是其硬化，以保護線路不致氧 化。

接著是PCB貼附製程，是將驅動產品的系統電路利用高溫壓頭壓 著，使TAB與PCB做緊密結合，壓著介面材質為ACF。然後是組裝上 背光模組。再來是visual inspection，這時會使用畫面產生器(pattern generator)產生檢測畫面來檢測產品，通過檢測標準的產品就送入高溫 爐中進行高溫動作測試，即老化測試。此製程是利用高溫將具有不可 靠且使用壽命較短的產品篩檢出來，而測試時間是非常長的，因此製 程成本非常高；若測試規格無法有效攔檢時，出貨的產品就有退貨或 客訴問題發生，因而影響商譽，故aging製程是TFT LCD產品品質的 守門員，絕不能馬虎。

ⓐ Cleaning

ⓓ Auto Clave /Dispensing

Cell Factory

ⓑ Polarizer Assembly

ⓒ TAB Bonding

ⓔ PCB Bonding ⓕ Back Light Assembly

ⓖ Visual

Inspection ⓗ Aging/

Light on test

ⓘ Packing

ⓐ Cleaning

ⓐ Cleaning

ⓓ Auto Clave /Dispensing

ⓓ Auto Clave /Dispensing

ⓓ Auto Clave /Dispensing

Cell Factory

Cell Factory

ⓑ Polarizer Assembly

ⓑ Polarizer Assembly

ⓒ TAB Bonding

ⓒ TAB Bonding

ⓔ PCB Bonding

ⓔ PCB Bonding ⓕ Back Light Assembly

ⓕ Back Light Assembly

ⓖ Visual Inspection

ⓖ Visual

Inspection ⓗ Aging/

Light on test

ⓗ Aging/

Light on test

ⓘ Packing

ⓘ Packing

圖 2-2 module sheet 製程流程圖

通過高溫測試的產品會再經過畫面產生器檢驗一次，符合出貨標 準的產品才能包裝出貨。有鑒於aging製程最能反映該產品的品質，

因此我們就以該製程為出發點來探討在此製程的學理與實務應用。

2.4 老化測試

談到老化測試，我們必須說明何謂老化，我們以圖2-3浴缸曲線 (Bath Tub)來說明，途中我們以人的壽命、學理上名稱與數學圖形趨 勢做相互比對說明，圖中橫軸是時間，縱軸是故障率或死亡率。當一 個電子產品從投料到製造完成時，相當於人類壽命中幼兒期或初期故 障期，而此時期常常會因原材料不良、製程參數不佳、人員操作不良、

或是設計不當，造成產品未販售就損壞；往往新產品剛產出時故障率 最高，經過長時間的改善及教育訓練使得這些故障次數漸漸變少，在 數學模型上成為漸減型故障率(Decreasing Failure Rat)；為什麼這時期

稱幼兒期?實乃因幼兒到懂事年齡間，長因父母本身基因異常、生病、

疏於照顧的意外等造成早夭，早夭比率會因幼兒漸漸長大，懂得保護 自己，身體的抵抗力漸漸增強而減少。

當產品經過層層檢驗關卡把關後，所出廠的產品應當是最具韌性 且使用壽命最長的時候，此時期稱偶發故障期或青壯年期。此時期的 產品品質最優良故障率最低，且是偶爾發生故障的類型為之，相當於 人類壽命的青壯年，這時是事業發展與體力達到最巔峰的時刻，由於 是偶發異常，在數學模型上為常數型故障率(Constant Failure Rat)。

當產品經過時間及環境的磨練摧殘，產品的使用壽命漸漸降低，

故障率漸漸爬升，此時期稱摩耗故障期或老年期。此時期的產品品質 最差故障率也最高，且是經常發生故障的類型為之，相當於人類壽命 的老年，這時是事業發展走下坡與體力已無法負荷且常常生病的時 刻，由於是經常性異常，在數學模型上為漸增型故障率(Increasing Failure Rat)。有些產品在摩耗故障期發生故障時，可以藉由更換模組 或是經由維修來恢復產品使用壽命，例如notebook、TV等電子產品。

而初期故障期是產品製造商要在其工廠內經由aging製程(相當半 導體的burn in製程)將不良或是品質有風險的產品先期篩檢，因此篩 間的規格關係到良率與工廠生產成本，若篩檢過當，造成良率偏低，

生產成本勢必會提高；當篩檢的規格過鬆，良率特別高，卻會將不良

或是具有可靠度風險的產品販售出去，造成退貨或是影響商譽。那麼 會有人問，怎樣的篩檢規格才不會產生上述問題呢?這就是本論文討 論範圍。

λ(t)

Specification

Specification 偶發故障期

CFR (青壯年期) 初期故障期

DFR(幼兒期)

耐用壽命 耐用壽命

摩耗故障期 IFR(老年期)

After repair

Time

Burn in Burn in

圖2-3 浴缸曲線

2.5 可靠度測試 2.5-1 可靠度定義

當我們要評量一件事情時，首先我們要了解評量的標準在哪裡?

要如何做?在這裡我們要探討的主題不再是良率而已，良率只是可靠 度的一環，它無法完全代表一件產品耐用程度，充其量只能說是評 量工廠製程是否穩定、設備狀況是否良好、人員的操作素質，它只 是某一時間我們所統計出來的良率，當我們把時間拉長後，當初所 統計的良率就不一定是剛剛的數值，可能會變小或相等。因此可靠 度的定義即如 2.5-1~5 式所示，其中 f(t)代表故障密度函數(failure

的故障率(Instantaneous failue rate)；R(t)代表可靠度(reliability)。由 2.5-1 式可得，當故障率為零時，可靠度等於 1; 由 2.5-2 式可得，λ (T)愈高，則 R(t)愈低，代表產品在未來使用的壽命可靠度不佳。由 2.5-3 式可得，瞬時故障率相當於不同時間的產品良率函數，f(t)愈 高，可靠度愈差。詳細公式推導與說明參閱[3][4][5]。

0

- ( )

( )

t

T d T

R t ⁼ e ^∫

( ) ( ) ( )

( ) ( )

dR t

f t dt

t R t R t

λ

−

= =

( ) ( ) ( ) d F t d R t

f t d t d t

= = − --- 2.5-3式

(

)

( )

( )

F t f t d t f t d t

= ∫

= ∫

( ) 1 . 0 %

R t = − f a i l u r e s

probability)與指數分布機率(Exponential probability)來推得浴缸曲 線，用以預測該產品的可靠度與平均耐用壽命。韋氏分布主要應用 在故障率是緩慢上昇型的資料型態，可用以推定產品的可靠度與平 均耐用壽命(Mean Time Between Failure)；指數分布主要應用在故障 率是常數型的資料型態，可用以推定產品的可靠度與平均耐用壽命 (Mean Time Between Failure)。在過去電腦不發達的情況下，人們將

各函數公式轉換成機率紙，方便工程人員將得資料描繪在圖紙上進 行預測，圖紙名稱為韋氏分布機率紙及指數分布機率紙，詳細使用 說明參閱[3][4][5]。現今因科技發達，電腦普及，就有一些軟體公司 發展出套裝軟體，本論文使用愛發股份有限公司[7]代理的套裝軟體 Weibull++ 6 來進行預測，詳細軟體操作請洽原廠與代理商。

2.5-2 可靠度範圍

一般來說，TFT LCD的可靠度有兩種範圍，一種是在設計階段的 評量標準，另一種是量產製程上的評量標準；我們用圖2-4作說明。

圖中虛線部分為量產製程上的評量標準，它包含了設計階段的評量標 準，主要差異在設計階段的評量標準是經過製程上篩選過後剃除製程 不良的產品所測試出的可靠度數據，其所得到的數據遠比實際的數據 要完美，但是量產製程上的評量標準是將所有該批量所生產的不良率 計算進去，因此較能真實表現出實際的產品可靠度。因此要知道實際 該產品的可靠度數據，就要從製程評量標準著手，因此後面我們有針 對三個不同批量同產品的實驗數據來談討此問題。

圖2-4 可靠度範圍

因為可靠度範圍的差異，造成以下的問題發生：

1. 設計階段的評量標準所評估出來的可靠度數據大於量產製程 上的評量標準，造成誤判產品品質及商譽受損。

2. 因為錯判，造成各產品無法有效降低生產成本，提高利潤。

3. 設計階段的評量標準是以功能導向為不良判斷依據，並不會 把亮點、暗點、微弱線缺陷列入不良檢測標準，而製程上標 準則都涵蓋在內，因此無法保證及有效指出產品在使用或是 保固期間內不會在使用者的顯示器上出現亮點、暗點、微弱 線缺陷，往往消費在消費資訊產品時，其保固項目常不包含 上述項目，主要也是規避此問題，同時也要重視糾正它。

Reliability in process

Reliability of

design

approved

2.5-3 可靠度項目

接下來我們探討可靠度到底要測哪些項目：

1. 高溫高濕動作測試：在環境溫度50~85度，環境濕度70~95%

作點亮TFT LCD並送測試畫面，時間有120小時、240小時、

500小時。

2. 高溫動作測試：在環境溫度50~85度，作點亮TFT LCD並送測 試畫面，時間有120小時、240小時、500小時。

3. 高溫儲存測試：在環境溫度70~90度，不點亮TFT LCD下，時 間有120小時、240小時、500小時。

4. 低溫動作測試：在環境溫度-30~-10度，作點亮TFT LCD並送 測試畫面，時間有120小時、240小時、500小時。

5. 高低溫冷熱衝擊測試：在環境溫度-30~-10度、50~85度，作溫 度循環並點亮TFT LCD且有送測試畫面，循環次數100cycle、

200 cycle，間隔時間在10~30分鐘。

6. 振動測試：產品固定在一測試治具上，該治具可作3D振動測 試，振動頻率55~100HZ。

由於資源有限，我們的實驗只執行高溫動作測試，相關討論也僅 在此限。

第三章 AGING 實驗計畫 3.1 實驗目的

本實驗目的主要是探討TFT LCD在不同高溫環境下操作對可靠度 上有什麼影響，以及建立最嚴謹的AGING溫度、時間製程條件以確保 出貨產品的品質。

為什麼我們要藉由實驗來訂定AGING的製程條件呢?主要就是現 在業界實際的製程參數都是抄襲日本、韓國，例如日本作60度、2小 時，那麼台灣各大廠都紛紛以此當作標準，但是你去問各大廠製程工 程師或測試工程師該數據如何得來?如何保證產品品質?得到答案大 多是不知道。因此常會聽到有人抱怨他的顯示器出現亮暗點或亮暗線 缺陷，也就是浴缸曲線中幼兒期部份的產品篩檢不全，AGING製程參 數過於寬鬆，使得較脆弱的產品被販售出廠，如果持續維持此產品品 質，縱使面板價格再怎麼低，未來還是會失去市場。

3.2 實驗判斷標準

3.2-1 實驗流程 (Process Flow)

首先我們會依據圖3-1的實驗流程圖來逐步訂定相關實驗條件與 實驗流程：

1. 嚴選待測玻璃：用意在清除因待測物不同所造成的實驗數據 誤差，使得實驗數據能真正反映產品的品質。選用的TFT LCD

母玻璃(相當於半導體的wafer)要同一產品、不同時間生產 (間隔3~4週為最佳)、進入模組製程要同一lot的母玻璃、所 有sheet的製程設備參數必需相同(aging除外，因該製程為實 驗對照組)與不得經過任何老化實驗測試過的產品為之；本實 驗依時間順序選用的lot NO.為346、364與369。

2. 檢驗人員挑選：用意在清除因檢測人員的素質不同所造成漏 檢或判斷標準不同，使得所測得不良能真實被記錄。選用的 檢測操作人員必須經過該公司三個月教育訓練且能通過產品 不良檢驗測試合格者使得擔當。

3. AGING設備選用：用意在清除因設備不同、驅動訊號不同所 造成的檢測差異。相同溫度測試必須用相同設備進行實驗。

4. 記錄時間：每30分鐘進行高溫檢測，並記錄每個測試畫面的 所產生的不良。

5. 區分AGING前後所產生的不良：本實驗的數據只有AGING在 高溫中所測得的數據，並不包含AGING前的不良。AGING前 的不良一般可用常溫檢測即可篩出，但高溫下的不良是無法 經由常溫檢測檢測出，也是產品可靠度的一項重要指標。

6. AGING溫度訂定：因一般TFT LCD應用最大操作溫度都在70 度以下，因此產品規格書都註明最大操作溫度在70度，因此

我們實驗最低溫度定為70度；然而設計階段的可靠度溫度都 以80、85度為最高溫，且背光模組與偏光片材料耐溫無法達 到80、85度的操作需求，此為破壞性實驗，因此我們將實驗 溫度設定80、85度作為對照。

7. 實驗終斷條件：我們採可靠度禮論中的時間終斷與數量終斷 混用，乃實驗中連續五小時沒有出現不良即為實驗中斷標準。

8. 整理與分析數據：將三個lot，70、80、85度三種條件的實驗 數據整理，並套用於套裝軟體內來分析各lot、各條件的可靠 度[6][7]。

圖3-1 實驗流程圖

3.2-2 評定手法 (Evaluation Method)

本實驗我們用韋氏機率分布與指數機率分布來作為評量的方 法，並使用weibull++6[7]套裝軟體作為分析工具來推定各條件是否

Clear sample glass

Operator selection

EQ condition setting

Operation environment Sorting before

aging defect Per 30min to

check

Still 5hours not have

Termination experiments

Analysis data

符合需求。

3.2-3 目標規格 (Target Specification)

因我們此次實驗的產品為應用於數位照相機面板，一般消費者 一天使用時間 3~4 小時，產品的生命週期為 1 年，因此可得 1200 小 時的耐用壽命；電子產品的可靠度要求大多為 0.9，因此我們的目 標規格訂在 MTBF 為 1200 小時，可靠度 0.9。

3.3 實驗數據分析 3.3-1 lot346實驗結果

本實驗使用weibull++6[7]軟體作可靠度相關數據分析與製圖。

圖3-2為批號346的不良率曲線圖，圖中縱軸為為不良率f(t),橫軸為 時間(小時)，粉紅色曲線為85度條件的不良率曲線，青色曲線為80 度條件的不良率曲線，黑色曲線為70度條件的不良率曲線；我們可以 很明顯看出隨溫度增加，產品的不良率會呈正比增加。

以不良率觀察，70度與80度條件，1200小時時的不良率低於 0.01，85度時為0.1。

圖3-2 lot#346不良率曲線圖

圖3-3為批號346的可靠度曲線圖，圖中縱軸為為可靠度R(t),橫 軸為時間(小時)，粉紅色曲線為85度條件的可靠度曲線，青色曲線為 80度條件的可靠度曲線，黑色曲線為70度條件的可靠度曲線；我們可 以很明顯看出隨溫度增加，可靠度曲線會往左移動並且曲線斜率愈 抖，這表示溫度愈高，愈能在短時間內將不良產品篩出。

70度可在1小時AGING時間內保證可靠度0.9，80度與85度條件下 可看出很快的產品品質就掉到0，因此80度與85度條件不合格。

圖3-3 lot#346可靠度曲線圖

圖3-4為批號346的韋氏機率分布曲線圖，圖中縱軸為為不可靠度 F(t),橫軸為時間(小時)，粉紅色曲線為85度條件的韋氏機率曲線，

青色曲線為80度條件的韋氏機率曲線，黑色曲線為70度條件的韋氏機 率曲線；我們可以很明顯看出隨溫度增加，不可靠度斜率愈陡峭，曲 線往左移動並且曲線斜率愈抖，這表示溫度愈高，產品可能因條件過 度嚴苛，造成產品不可靠度極速攀升。圖中70度條件的可靠度都大於 0.9，因此符合我們的標準。

圖3-4 lot#346韋氏機率分布曲線圖

3.3-2 lot364實驗結果

圖3-5為批號346的不良率曲線圖，圖中縱軸為為不良率f(t),橫 軸為時間(小時)，粉紅色曲線為85度條件的不良率曲線，橘色曲線為 80度條件的不良率曲線，黑色曲線為70度條件的不良率曲線；我們可 以很明顯看出隨溫度增加，產品的不良率會呈正比增加。

以不良率觀察，70度條件，1200小時時的不良率低於0.01，80 度時，不良率大時0.01，85度時呈只數增加。

圖3-5 lot#364不良率曲線圖

圖3-6為批號364的可靠度曲線圖，圖中縱軸為為可靠度R(t),橫 軸為時間(小時)，粉紅色曲線為85度條件的可靠度曲線，橘色曲線為 80度條件的可靠度曲線，黑色曲線為70度條件的可靠度曲線；我們可 以很明顯看出隨溫度增加，可靠度曲線會往左移動並且曲線斜率愈 抖，這表示溫度愈高，愈能在短時間內將不良產品篩出。

70度可在1小時AGING時間內保證可靠度0.6，80度與85度條件下 可看出很快的產品品質就掉到0，因此80度與85度條件不合格。

圖3-6 lot#364可靠度曲線圖

圖3-7為批號364的韋氏機率分布曲線圖，圖中縱軸為為不可靠度 F(t),橫軸為時間(小時)，粉紅色曲線為85度條件的韋氏機率曲線，

橘色曲線為80度條件的韋氏機率曲線，黑色曲線為70度條件的韋氏機 率曲線；我們可以很明顯看出隨溫度增加，不可靠度斜率愈陡峭，曲 線往左移動並且曲線斜率愈抖，這表示溫度愈高，產品可能因條件過 度嚴苛，造成產品不可靠度極速攀升。圖中所有溫度條件的可靠度都 小於0.9，因此不符合我們的標準。

圖3-7 lot#364韋氏機率分布曲線圖

3.3-3 lot369實驗結果

圖3-8為批號369的不良率曲線圖，圖中縱軸為為不良率f(t),橫 軸為時間(小時)，粉紅色曲線為85度條件的不良率曲線，青色曲線為 80度條件的不良率曲線，黑色曲線為70度條件的不良率曲線；我們可 以很明顯看出隨溫度增加，產品的不良率會呈正比增加。

以不良率觀察，所有溫度條件，1200小時時的不良率趨近0。

圖3-8 lot#369不良率曲線圖

圖3-9為批號369的可靠度曲線圖，圖中縱軸為為可靠度R(t),橫 軸為時間(小時)，粉紅色曲線為85度條件的可靠度曲線，青色曲線為 80度條件的可靠度曲線，黑色曲線為70度條件的可靠度曲線；我們可 以很明顯看出隨溫度增加，可靠度曲線會往左移動並且曲線斜率愈 抖，這表示溫度愈高，愈能在短時間內將不良產品篩出。

70度與80度可在1小時AGING時間內保證可靠度0.9， 85度條件下 可看出很快的產品品質就掉到0，因此85度條件不合格。

圖3-9 lot#369可靠度曲線圖

圖3-10為批號369的指數機率分布曲線圖，圖中縱軸為為可靠度 F(t),橫軸為時間(小時)，粉紅色曲線為85度條件的指數機率曲線，

青色曲線為80度條件的指數機率曲線，黑色曲線為70度條件的指數機 率曲線；我們可以很明顯看出隨溫度增加，可靠度斜率往下傾斜，曲 線往上移動，這表示溫度愈高，產品可能因條件過度嚴苛，造成產品 不可靠度極速攀升。圖中70度與80度條件的可靠度都大於0.9，因此 符合我們的標準。

圖3-10 lot#369指數機率分布曲線圖

3.3-4 實驗總結與訂定AGING製程參數

從表3-1，我們歸納了實驗結果，共分為兩個結果，Matched為符 合MTBF 1200小時、可靠度0.9的要求；Fail為無法達到要求。其中 lot 364會有一點風險，原因為在1200小時的MTBF下只有0.6的可靠度，此 標準為電子產品的可靠度下限標準，很容易產生OVER規格。

就製程條件來說，70度在三個批量的實驗結果都符合需求，且在 AGING時間1小時即可達到1200小時的MTBF需求，因此我們將最好的 AGING製程參數定為70度1小時；但為什麼不訂在80度呢?乃因80度為 破壞性測試，經AGING測試後所生產的產品無法對外銷售，因此80度 無法作為生產條件。另從表中也可觀察到，愈晚生產的批號可靠度愈

好，代表製程愈來愈穩定。

以溫度方面變化觀察，溫度愈高能加速不良品的篩選，可以藉此 縮短AGING時間；以此實驗觀察，雖縮短時間，但產品的可靠度也一 併犧牲掉，造成過宰現象。所以每個產品針對每種應用應當有一個最 適合的生產條件，這樣才不會浪費時間與金錢去作OVER規格的測試。

表3-1實驗總結

▲： have risk

◆ 85℃

◆ 80℃

◆

#346 70℃

◆ 85℃

◆ 80℃

◆ 70℃

#369

◆ 85℃

◆ 80℃

▲

#364 70℃

Fail Matched

Lot No.

第四章 製程成本控制 4.1 實驗成本

本實驗所花費的時間、人力、材料等成本共新台幣二十萬二千元 左右，由原來AGING時間2小時，縮短為1小時，同時又能保證產品品 質，可說花費甚小，所得利益甚鉅。

4.2 製程成本

圖4-1 為TFT LCD中小尺寸產品(4＂以下)AGING製程成本結構圖 其中人力成本、生產耗材成本、設備成本為此項製程成本結構中的前 三名，因此各面板廠都已紛紛西進，以減少成本支出；圖4-2為AGING 製程成本與AGING時間趨勢圖，計算機基準為每月產能20萬片產品的 生產線，縱軸為每生產一片產品中各個成本因素所發生的費用，橫軸 為AGING時間(分鐘)，圖中可清楚知道成本會隨AGING時間增加成正比 變化。

圖4-3 AGING時間對每片產品的成本趨勢圖，圖中AGING時間為2 小時，在每片售出的產品上的成本為新台幣8.44，AGING時間為1小 時，在每片售出的產品上的成本為新台幣5.37，共減少了36.4%的成 本，換句話說，就是增加了3.07元的利潤。這對現有市場價格競爭的 激烈的產品是一大利基。

以本次實驗所花費的成本回推到每月20萬的產量下，對每片的生

產成本增加新台幣0.1元，先前提到說經過實驗改善後每生產一片可 增加3.07元的利潤，因此我們投資20萬的實驗，卻每月可節省台幣 61.4萬，並且第一個月就可回收，以投資報酬率來評估，是穩賺不賠 的生意。

THE STRUCTURE OF TFT LCD COST

MANPOWER 43%

Consumable parts cost ( NT/MONTH)

40%

EQ COST

14% UTILITY COST

3%

FOOTPRINT COST

0% EQ COST

FOOTPRINT COST

UTILITY COST

Consumable parts cost ( NT/MONTH)

MANPOWER

圖4-1 AGING製程成本結構圖

COMPARE THE AGING TIME TO EACH COST CHART

0 1 2 3 4 5 6 7

30MIN 60MIN

90MIN 120MI

N 150MI

N 180MI

N 210M

IN

AGING TIME

NT/PANEL

EQ COST

FOOTPRINT COST

UTILITY COST

Consumable parts cost ( NT/MONTH) MANPOWER

COMPARE THE AGING TIME FOR SALE OUT COST CHART

3.72

5.37

6.74

8.44

9.99

11.62

13.24

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00

30MIN 60MIN 90MIN 120MIN 150MIN 180MIN 210MIN AGING TIME

NT/PANEL

COST OF SALE OUT

圖4-3 AGING時間對每片產品的成本趨勢圖

第五章 總結

我們以表 5-1 作為本論文的結論，在 AGING 時間方面，原本是 2 小時，現改為 1 小時；測試溫度由抄襲日、韓廠的 70 度西，變成 可保證品質的 70 度西；可靠度方面，由原本不知道變成可以保證 0.9；成本方面，共節省約 40%的製程成本。

0.6times 90%

MTBF 1200hour

70 ℃ 1hour

After

Decrease 0.4times 1times

cost

90%

MTBF 1200hour Unknown

Reliability

Not different 70℃

Japan and Korea)

temperature

Decrease 1hour 2 hour

Japan and Korea)

Aging time

Effect Before

0.6times 90%

MTBF 1200hour

70 ℃ 1hour

After

Decrease 0.4times 1times

cost

90%

MTBF 1200hour Unknown

Reliability

Not different 70℃

Japan and Korea)

temperature

Decrease 1hour 2 hour

Japan and Korea)

Aging time

Effect Before

表5-1 論文總結

由於台灣目前的研發技術仍落後日韓大廠，製造是台灣最強的項 目，但品質卻落後日韓，因此經由本論文的探討，我們可以一步步將 台灣TFT LCD的品質漸漸改善，期能迎頭趕上，製造出品質第一、價 錢便宜的LCD顯示器。

參考文獻

[1] Display search, “2005 Taiwan FPD international conferace” 報告, http://www.displayresearch.com.tw

[2] 工研院電子所 徐正池先生等,“驅動與電路設計＂,經濟部工業 局平面顯學系研究所碩士論文，June 1997.

[3] 陳耀茂著,“可靠度分析與管理＂, 五南圖書出版公司

[4] 王宗華著,”可靠度工程技術的理論與實用”, 中華民國品質管制 協會。

[5] Paul Kales University of Massachusetts,”Reliability for Technology, Engineering,and Management”.1998 by Prentice-Hall,Inc.

Simon&Schuster/A-Viacom company.

[6] Reliability analysis tooling:relex. relex relexsoftware 公司出版,台 灣代理商皮托科技股份有限公司, 原廠與代理商網址

http://www.reliasoft.com

http://www.pitotech.com.tw/index.htm

[7] Reliability analysis tooling:Weibull++ 6 . ReliaSoft 公司出品, ,台 灣代理商愛發股份有限公司, 原廠與代理商網址

http://www.relexsoftware.com/products.

http://www.apic.com.tw/products/sys_ReliaAnalysis.html