瀑布流式薄化技術及其設備的應用

化學薄化的原理

化學薄化蝕刻液通常採用氫氟酸或含氫氟酸的混酸，其主要化學反應原理是利用HF與玻璃中主要材質二氧化硅（SiO2）產生化學反應，並溶解其表面層玻璃，來達到液晶面板和玻璃基板的減薄目的。

6HF+SiO2H2SiF6+2H2O

採用化學方式減薄面板基板速度較快，表面更為均勻，並可以通過調節蝕刻液酸性和時間控制薄化速度和厚度。

什麼是瀑布流式（cascade）液晶面板/玻璃基板蝕刻減薄？

蝕刻液通過頂部特定供液裝置在液晶面板/玻璃基板表面形成瀑布流，對蝕刻液的溫度、壓力、流量等參數進行全自動精確控制，具有薄化效率高，拋光比例低的特點。形成的瀑布流可有效沖刷帶走蝕刻後的反應沉積物，避免產生外觀缺陷，蝕刻精度和效率得到顯著提升。採用瀑布流式工藝的蝕刻設備，工作過程中使用特定材質（PVC）的平面板（JIG）或卡匣（Cassette），將蝕刻的玻璃面板固定進行單面或雙面蝕刻減薄。

瀑布流式頂部供液方式

1.頂部自由落下方式

被蝕刻玻璃基板上不受任何壓力減薄工藝技術可達0.1mm厚度之極限。

2.頂部噴洒或噴射方式【一般是指頂部噴淋（Top Spray）】

受壓力影響，目前減薄技術工藝減薄厚度極限大約在0.2mm。

（以上方式均可以實現單面蝕刻、雙面蝕刻和非對稱面蝕刻減薄）

【註：有相關文獻將頂噴式和瀑布流式區分討論，但由於頂噴式同樣能在被蝕刻玻璃面板表面形成蝕刻液瀑布流（頂噴模式類同於噴淋式和瀑布流式的綜合），故本文將頂噴式也歸納為瀑布流式的一種。】

工作原理

基本原理將氫氟酸或氫氟酸混酸的蝕刻化學藥液，採用頂部供液方式在被蝕刻玻璃表面均勻形成瀑布流，並不斷沖刷，使其連續不斷地發生化學反應，達到液晶面板和玻璃基板減薄的效果，並通過流動的液體帶走沉澱物，經過過濾後循環使用。（薄化設備工作流程圖如下）

（薄化設備工作流程圖）

單面蝕刻和雙面蝕刻減薄的實現

根據瀑布流蝕刻蝕刻構造，通常用特定裝置裝載被蝕刻的玻璃面板，但對於單面蝕刻都需對玻璃面板的不要蝕刻面用抗酸膜保護。

單面蝕刻機

將玻璃面板平整固定在JIG板上，另一面用抗酸膜保護，在裝入蝕刻機進行蝕刻減薄。

雙面蝕刻機

將玻璃面板裝載於特定的裝載卡匣中，其單面蝕刻時同樣要將不需蝕刻面用抗酸膜保護。

（OLED面板單面減薄和裝載卡匣）

薄化設備主要構成

薄化設備由蝕刻單元和清洗單元組成。結構分為：上料裝置、清洗區、蝕刻區、控制系統、液體循環供給系統。

設備構成主要材質

設備材質上採用耐腐蝕的PVC材料作為設備長期暴露於酸腐蝕環境中關鍵部位的表面材料，延長設備使用壽命，外觀美觀，清潔方便。

（原上海儀捷瀑布流式單面蝕刻機）

上料和下料裝置

瀑布流式的單面蝕刻機採用JIG板固定面板玻璃，人工或自動逐一投料移入/移除蝕刻設備進行蝕刻減薄。

瀑布流式的雙面蝕刻機採用卡匣（Cassette）集中裝載實現多片減薄，提高了產量和品質的一致性。也可以採用人工和自動方式移入/移出蝕刻設備，實現上料和下料。

（雙面蝕刻機卡匣示意圖）

蝕刻區和清洗區

蝕刻單元主要由蝕刻區和清洗區構成，該單元還包括了，傳輸倉、動力源設備、傳輸設備、承載設備和防護設備組成的傳輸裝置，內部傳輸裝置採用水密封原理設計，對傳動源及其傳動機構起到很好的保護作用，安全可靠。

蝕刻過程

首先將需蝕刻玻璃基板移入清洗區，清洗去除其表面可能殘留雜質。完成清洗後，通過蝕刻機內移載機構將玻璃基板輸送至蝕刻區進行蝕刻，蝕刻完成後再送回清洗區（若蝕刻設備有多單元清洗區則移入下一道清洗區），清除蝕刻後玻璃基板表面殘留蝕刻酸液。清洗區和蝕刻區可採用同樣的供液模式，只是使用藥液不同。

控制系統

薄化設備採用PLC和觸控操作電氣集成化自動控制系統。系統分為控制層和操作管理層，通過觸摸屏及PLC去控制機構動作和進行工藝參數管控，從而完成相應的工藝要求，實現生產流程自動化控制的無人值守作業。

控制系統採用直接觸摸屏的操作方式，各單元運行狀態、運行參數、設定均採用圖形化界面顯示，各種狀態。操作直觀、簡單和快捷。

系統配製伺服模塊控制伺服電機，確保玻璃基板在設備中按工藝流程進行，採用CC-Link方式與開關量模塊通訊，控制電機、氣缸、閥門等設備。系統在生產過程會對關鍵數據進行智能分析，及時調整生產參數，並可隨時監控管路壓力、流量及罐體液位的變化等。

報警管理模塊能及時顯示故障狀態，使操作人員隨時了解各系統的故障情況。

液體循環供給系統

液體循環供給系統由蝕刻液存儲灌、循環過濾裝置、純水罐組成。

蝕刻液存儲灌採用恆溫控制系統，內部設有加熱器和冷卻器，恆溫控制罐體內蝕刻液溫度，控制精度為±1℃。

（液體循環供給系統）

在加入新的藥液時，可通過內循環系統及溫控系統使蝕刻液保持恆定溫度，使蝕刻達到最佳效果。蝕刻液在線過濾系統隨時保證蝕刻藥液的純凈度，減少管路和出液裝置的堵塞。另外，管路系統採用實時監控，蝕刻液按照設定薄化參數供給，控制系統實施顯示和監控蝕刻液狀態，確保系統安全可靠運行。

總結

瀑布流式蝕刻設備具有薄化效率高，拋光比例低的特點。可以實現單面蝕刻、雙面蝕刻和非對稱面蝕刻減薄。另外，可實現生產流程自動化控制的無人值守作業。

可實現單片或多片同時蝕刻，通常用特定裝置裝載（JIG或Cassette）被蝕刻的玻璃面板，但對於單面蝕刻都需對玻璃面板的不需要蝕刻面用抗酸膜保護。

自由落下的瀑布流式不受壓力影響，減薄厚度極限可達0.1mm，而頂噴式會受壓力影響，目前減薄厚度極限大概在0.2mm左右。

蝕刻單元主要由蝕刻區和清洗區構成，該單元還包括了，傳輸倉、動力源設備、傳輸設備、承載設備和防護設備組成的傳輸裝置

液體循環供給系統由蝕刻液存儲灌、循環過濾裝置、純水罐組成。

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