二次強化技術突破 OGS觸控滿足筆電變形設計

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本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201710/368600.htm

　　筆電品牌商為提高旗下Ultrabook產品的附加價值，競相開發出結合變形概念與窄邊框設計的機種，導致OGS面板強度挑戰加劇，因此OGS面板廠正紛紛借重物理與化學式二次強化製程，並克服二次強化衍生的相關缺陷與問題，以提升OGS面板強度。

　　隨著Windows8作業系統問世，產業界無不仔細觀察此一以觸控互動為核心的創新軟體，是否有機會掀起一波新的消費性電子需求。特別是在觸控筆電的應用領域，目前各家廠商研發的觸控筆電皆以搭載輕薄、可拆平板螢幕、金屬超薄外殼、窄邊框螢幕的廣視覺效果設計為理念，似乎成為下一代觸控筆電的趨勢主流。

　　然而，儘管目前新概念的觸控筆電具備明顯的設計感和差異性，高銷售價格卻成為不景氣時代的發展阻力，各品牌業者為壓低成本，幾乎將發展重心投注在降低筆電零組件的生產成本上，促使單片玻璃方案(OGS)觸控產品成為現今觸控筆電的產品首選。

　　在高度全平面貼合技術的良率提升，以及Windows8作業系統帶動下，消費性觸控電子產品市場需求逐漸浮現，OGS觸控面板商機已在2012下半年爆發，不論大、中、小螢幕尺寸的行動裝置，產品均已大量使用OGS，但OGS面板廠獲利關鍵點在於壓低OGS模組生產成本，簡化生產製程站別數量和導入低價材料元件。

　　另外，隨著蘋果(Apple)將內嵌式(In-cell)(圖1)觸控技術用在iPhone5產品上，高階智慧型手機產品無不爭先恐後的跟進，使得觸控面板市場戰火升溫(表1)，包括薄膜電晶體液晶顯示器(TFTLCD)面板廠(如友達、群創及華映)亦積極搶食觸控商機大餅。

　　圖1In-cellPixelDesign示意圖與面板剖面圖說明

　　In-cell技術具備輕薄、透光率高及省電等優勢，然黃光技術門檻高，故蘋果選擇In-cell，藉此與其他競爭對手區隔；但In-cell在良率與生產依然有很大的問題，短期內應無機會取代外掛式觸控面板。因此，以目前發展觀之，小尺寸產品可能採用In-cell觸控；但大尺寸面板如13寸以上採用OGS或TOL(TouchOnLens)技術，將是較好的選擇。

　　OGS產品前後段製程簡介

　　OGS的製程方式為玻璃母基板(Sheet)進行金屬線鍍膜(Sputter)、黑色矩陣(BlackMatrix,BM)氧化銦錫(ITO)製程後，再經過切割(Cutting)和研磨精雕製程(Grinding/CNC)為小基板(Chip)，接下來用拋光研磨修整玻璃邊緣的細微裂痕(Chipping)。

　　OGS在前段黃光製程會先進行BM黃光製程(圖2)，再進行ITO和Al/Mo/Al的黃光製程，金屬層(MetalLayer)厚度皆小於4,000(A)，若發生粉塵粒子(Particle)、纖維(Fiber)、金屬成膜不良等導致導電線路缺陷，將嚴重影響產品電性，造成報廢無法出貨。

　　圖2OGS產品前段製程流程圖

　　OGS後段製程由切割開始算起(圖3)，經過CNC磨邊讓產品產生導角，避免使用者刮傷或摔落測試時發生邊緣破損，之後再投入物理或是化學二次強化製程，增加其產品在四點彎曲(4PointBending)測試的能力。若是化學二次強化後會再經過移除抗酸膜的站點，再進入清洗機臺移除殘膠和多餘的氫氟酸，然後檢測外觀是否有問題，最後再到印刷電路板(PCB)的貼合及電性功能檢測，填補BM製程，然後於OGS產品正反面貼上保護膜後，即可出貨。

　　圖3OGS產品後段製程流程圖

　　由現今市場走向觀察，OGS有趨近大尺寸的趨勢，且觸控產品使用強化玻璃，其強化深度與售價皆是向上成長，故OGS產品成本將逐漸增加，良率問題格外重要，因此如何在前段製程有效利用玻璃、避免報廢，是現今OGS生產線必須重視的問題。

　　搶搭變形觸控筆電風潮OGS異形切割/挖孔良率成關鍵

　　OGS觸控產品的效應快速擴散後，許多品牌廠商亦紛紛瞄準OGS供應鏈，開始整合資源，以確保產品供貨量穩定性。在2013年臺北國際電腦展(Computex)中，英特爾(Intel)即特別與宸鴻、達鴻及和鑫光電等多家觸控面板廠籤署協議，希望可以確保未來具備觸控功能的超輕薄筆電(Ultrabook)機種有足夠的OGS面板供應量，以便滿足日益增長的市場需求。

　　為了增加Ultrabook產品附加價值，臺灣觸控面板廠如宸鴻、達鴻、勝華、友達及群創等，齊力開發出具備多樣化觸控功能的Ultrabook，並結合變形的概念。當今的觸控筆電其變形的概念有基本觸控螢幕功能、螢幕旋轉功能(可拆卸或旋轉螢幕)、螢幕折合功能，以及正反雙螢幕功能(如華碩太極)。

　　為吸引消費者，Ultrabook必須提供出更多不同於以往的全新操作體驗，除添加四大基本功能，供操作者靈活運用外，觸控螢幕的質感往往是消費者選擇產品的關鍵所在。

　　目前許多品牌廠設計變形觸控筆電時，首先會針對窄邊框進行改良，窄邊框可讓視覺更加寬廣(圖4)，減少邊框的寬度可減少產品重量，因此現在的新式觸控筆記型電腦設計，在螢幕的左右邊框寬度會由原本1.5?2公分縮減至1公分以下為目標；上下邊框寬度則會由原本的2?2.5公分縮減至1.5公分以下。

　　圖4OGS觸控筆電的觸螢幕的窄框趨勢

　　照相機視訊鏡頭將會內縮到OGS的BM區域，因此OGS中大尺寸若設計在Ultrabook時，必須用物理或雷射將OGS玻璃的鏡頭模組位置挖洞，但若是OGS玻璃為康寧(Corning)第三代GorillaFit，其強化深度(DOL)層到達40微米(μm)以上，挖洞的良率問題就會很大，很容易因玻璃硬化層應力問題，在挖洞過程中產生微裂痕(MicroCrack)，或是挖洞之後孔洞的玻璃微裂痕過大(>70μm以上)，造成產品進行信賴性整機摔落測試時，容易產生螢幕破損。

　　也因此，為迎合輕薄化觸控筆電產品趨勢，如何在OGS玻璃變薄、挖洞、異形切割後保留良好的機構抗壓力，並可通過四點彎曲驗證測試達550Mpa以上，考驗著OGS供應廠的製程水準。

　　強化OGS硬度物理與化學方式各有優劣

　　OGS成本低廉且厚度更薄，符合智慧型手機產品和觸控面板模組廠的利益訴求。然而，現階段OGS最大問題在於玻璃的強度不足，導致摔落時易碎，面對這樣的問題，OGS開發商已研發出物理和化學方式的強度加工方式，對OGS玻璃的強度問題可得到很大改善。

　　由於觸控面板是由外部施壓去進行感應元件的作動方式，達到使用效果，因此產品的機構抗壓力是各大廠商要求的重要規範與指標。在觸控面板二次強化的製程分類中，一般可區分為物理和化學方式兩種(圖5)。

　　圖5物理方式和化學方式二次強化示意圖

　　以物理方式而言，玻璃切割後，斷面的裂痕修整系利用研磨(Polish)方式進行二次強化，優點是良率高、機構抗壓能力可明顯提升數倍；缺點是產能很低，不具備量產性，且需要大量人力操作與機臺設備，以及製程相當費時，至少需30分鐘才可產出一批貨。

　　相對而言，化學方式的強化製程乃是利用氫氟酸(HydrofluoricAcid,HF)微蝕刻玻璃斷面的切割裂痕，不僅產能較大、量產性佳，且製程時間僅需7?8分鐘即可產出一批產品，機構抗壓力可提升四至八倍以上，只要將機臺安全性設計完善，且規畫流暢的作業動線，可將作業危害降到最低。

　　最早期利用HF蝕刻玻璃邊緣達到二次強化效果，系由康寧於2010年8月24日在美國申請的一項專利，名為Methodofstrengtheningedgeofglassarticle，是由JosephM.Matusick等人發表，文獻公告於2012年5月1日。後續產業界的化學二次強化設備的製程概念大都以其方式衍生。

　　克服CNC加工後缺陷製程/原料/治具扮要角

　　在OGS產品經過CNC加工後，顯微鏡下常見的缺陷與問題，如細微裂痕、放射裂痕(RadialCrack)、側向裂縫(LateralCrack)、扭梳紋(TwistHackle)及振紋(ChatterMark)等(圖6)，這些問題若不改善，即使經過二次強化也無法有效提升產品的機構抗壓力，因此客戶皆會針對不同產品等級規畫不同的製程規範。

　　圖6OGS產品在CNC後常見的缺陷與問題

　　在沉浸式溼製程設備(DippingTypeWetBenchEquipment)進行化學二次強化常見的問題(圖7)，如凸點(Pimple)、滲酸造成的BM色阻缺色、邊緣破損、及刮傷等問題。當然這些問題的起因，有部分是製程造成，有部分是玻璃原料在前段製程導致，如抗酸油墨或抗酸膜與玻璃貼附性不佳，造成蝕刻過程中發生漏酸侵蝕玻璃表面，使BM色阻缺色，一般是重工(Rework)再將BM色阻補上，防範措施為選擇黏著度較佳的抗酸膜或沾附性較佳的抗酸油墨。

　　圖7OGS產品經沉浸式溼式設備化學二次強化後常見的缺陷與問題

　　另外，部分可能與玻璃承載治具有關，如玻璃邊緣的破損或裂痕，可能是蝕刻製程中氣泡(CDABubble)量過大產生嚴重震蕩，造成玻璃邊緣破裂，須要調整適當的製程參數，即可改善此問題；或是人員擺放玻璃過程中，不小心破觸碰到治具邊緣產生，必須要透過專業教育訓練與人員操作認證方可改善。當然玻璃表面的髒汙問題，可在貼上抗酸膜或抗酸油墨之前，將玻璃進清洗機臺(Pre-Cleaner)進行清洗工作，防止髒汙沾黏在玻璃表面造成外觀不佳。

　　兼顧輕薄、窄邊框及多功能OGS在3C市場嶄露鋒芒

　　基於OGS觸控產業陸續蓬勃發展，觸控產品本身的規格要求也日漸嚴苛，所有觸控面板出貨前均要分批測試四點彎曲驗證或落球測試(BallDropTest)，且依據觸控產品應用性，其規格也個別定義，大部分的觸控業者在玻璃切割製程均採用鑽石刀輪切割，外加精雕製程；雷射切割也有部分業者使用但成本過高，量產能力不佳，且經過實驗數據得知，近30%的雷射切割產品機械抗壓性不足，顯微鏡下觀察，在異形切割位置的微裂痕有超過50μm的規格，須進行二次強化，如物理拋光或氫氟酸浸泡蝕刻。

　　目前品牌廠如華碩、宏碁、索尼(Sony)、聯想等都看好此波商機，積極下單給OGS觸控面板製造商，希望OGS製造廠可發展更輕薄的OGS產品，並為2.5D或是3D玻璃觸控面板搭配多功能性，如防水、抗汙、抗刮、防眩光的效能，當然窄邊框設計和相機模組內縮至OGS玻璃BM區，亦為產品設計的趨勢，也希望這些精緻3C觸控產品，有機會吸引消費者的目光，為消費性電子市場注入新的一波購買動力。