障壁制作工艺及设备

障壁制作工艺及设备第1页/共70页主要内容一、障壁基本概念二、障壁制作方法三、COC障壁制作工艺及设备四、障壁制作相关材料第2页/共70页障壁基本概念第3页/共70页PANELMODULEDriverCircuitMemorySignalControlCircuitGlass第4页/共70页障壁作用：①保证两块基板间的放电间隙，确保一定的放电空间；②防止相邻单元间的光电串扰；③起反射层的作用，使荧光粉的发光产生反射从而提高亮度。主要技术要求：对障壁的要求是高度一致(偏差在5m以内)，形状均匀，还要求具有可以支撑前基板的强度特性。在保证障壁强度的前提下，障壁宽度应尽可能窄，以增大单元的开口率，提高器件亮度。障壁是构成PDP放电单元的基本要素，其高度和宽度直接影响放电空间的大小和控制驱动电路的动态范围，它们在全屏范围内的一致性更是决定显示器性能的重要指标。第5页/共70页1）条状障壁几种常见的障壁结构优点：结构简单，易于制作；能实现高精细化；前后基板对位要求不严格。缺点：荧光粉涂敷面积小；易发生光电串扰。主要应用于42英寸SD级PDP第6页/共70页2）井字形障壁优点：增大荧光粉发光面积，提高发光效率；有效避免光电串扰。缺点：对位要求提高；排气困难。易于排气第7页/共70页消除行间串扰适合高分辨率3）Waffle障壁结构第8页/共70页

红（R）、绿（G）、蓝（B）的单元位置成三角形结构，确保更大的放电空间，提高发光效率。各单元形态有蜂窝状的六边形结构和四边形结构等各种结构。4）DelTA障壁结构第9页/共70页增大荧光粉的涂敷面积，增加单元中的有效发光面积，从而使亮度和光效都得到提高，同时备有一定的排气通道。该结构对前后基板对位、ITO线条精度、障壁与寻址电极之间对位的要求提高，增加了制作难度。DelTA障壁结构第10页/共70页5）其它障壁结构

下面两种障壁结构是为了增大发光面积而在条状障壁结构基础上进行改进的结构示意图，第一个结构是在两个正常障壁之间加入一个辅助障壁，辅助障壁的两侧涂敷荧光粉从而增大发光面积，第二个结构是把障壁做成阶梯状以增大荧光粉的涂敷面积。第11页/共70页障壁制作方法第12页/共70页

障壁制作工艺一直都是PDP制造的瓶颈问题，也是影响PDP屏质量的一个重要因素，开发工艺简单、材料成本低的障壁制作技术是降低PDP制造成本的一项有效措施，因此制作工艺的改善和寻找新的材料一直是PDP屏工艺制作领域的热门话题。第13页/共70页障壁制作方法丝网印刷法喷砂法感光性浆料法刻蚀法填充法模压法梳挤成型法第14页/共70页1.丝网印刷法GlassPasteGlass

ScreenPrinting

Repetition(10~15times)第15页/共70页工艺步骤：印刷→干燥→印刷→干燥→……多次重复（10~15次），使障壁垒至所需高度→高温烧结形成障壁。优点：设备简单便宜，材料利用率高。缺点：受基板的厚度及平整度、刮刀的研磨状况和擦板压力等因素的影响，因此，存在对位不一致，高度不均匀等问题，且工艺复杂，难以实现精细化的要求。丝网印刷法第16页/共70页2.喷砂法第17页/共70页喷砂法工艺步骤：涂敷/印刷障壁材料→涂光刻胶/贴DFR→曝光→显影→喷砂→剥膜→高温烧结形成障壁。优点：尺寸精度和断面形状良好，高度均匀，且能形成精细的图形，能够满足XGA及其以上精度产品的要求。缺点：材料使用率低，工艺复杂，且存在砂粒的污染问题。第18页/共70页3.感光性浆料法第19页/共70页感光性浆料法工艺步骤：涂敷感光性浆料（第一层）→曝光→涂敷感光性浆料（第二层）→曝光→……→显影→高温烧结形成障壁。缺点：工艺复杂，对位要求精度高，材料成本高。第20页/共70页PhotosensitiveGlassPaste

UVExposure

Develop

日本TORAY公司有一种感光性障壁浆料，不需要多次涂敷、曝光，可以一次性完全曝光，因此工艺非常简单，且不存在对位的要求，是制作障壁的一种非常理想的材料。第21页/共70页4.刻蚀法

GlassPastePhotoresistCoating&Exposure

Develop/EtchPhotoresistStrip第22页/共70页刻蚀法工艺步骤：涂敷障壁材料（第一层）→干燥→涂敷障壁材料（第二层）→干燥→高温烧结→涂光刻胶→干燥→曝光→显影→刻蚀形成障壁→剥膜。优点：障壁尺寸均一性好，效率高，且能形成精细的图形，能够满足XGA及其以上精度产品的要求。缺点：材料使用率低。第23页/共70页5.填充法

ThickLayerResist

Exposure/Develop

SqueezingGlassPasteintogrooves

Strip第24页/共70页填充法工艺步骤：涂敷感光材料→曝光→显影形成与障壁相反的图形→填充障壁材料→除去感光胶→高温烧结形成障壁。优点：材料损耗少，不存在环境问题，制作出的障壁高宽比大，形状呈典型的窄梯形。且使用的感光材料与障壁的剥离性好，障壁的侧面光滑无损伤。缺点：注入障壁材料容易产生气泡。第25页/共70页6.模压法第26页/共70页模压法工艺步骤：先在基板上形成均匀厚度的障壁层,然后用已制作有障壁图形的金属模具对障壁层进行压制,取下模具,对障壁进行烧结。优点：这种方法可以形成任意断面形状的障壁,材料利用率高,工艺简单,有望获得低成本、高质量障壁,因而是一种极有前途的障壁形成方法。第27页/共70页增大荧光粉发光面积

第28页/共70页7.梳挤成型法第29页/共70页梳挤成型法工艺步骤：在基板上把浆料做成膜，前端有开口部的梳挤在浆料中移动，可以在基板上得到障壁状物。然后，通过干燥、烧结过程，在基板上形成条状的障壁。优点：工艺非常简单，材料利用率高，设备成本低，能形成宽小的障壁，能对应高精度，高亮度PDP的要求。对材料的要求：需要浆料能同时具有保形性和流动性两个相反的特性，并且梳挤极为高精度。第30页/共70页2023/5/331Advantage▲Neutral×Disadvantage几种典型障壁制作方法之比较第31页/共70页COC障壁制作工艺及设备第32页/共70页

GlassPaste障壁浆料涂敷/干燥/烧结Photoresist障壁PR涂敷/干燥障壁PR显影障壁PR剥膜障壁刻蚀刻蚀液剥膜液障壁PR曝光UV显影液刻蚀法制作障壁第33页/共70页COC障壁制作工艺流程后板介质烧结障壁涂敷前清洗障壁第一次涂敷干燥障壁第二次涂敷干燥障壁层烧结障壁PR涂敷前清洗障壁PR涂敷干燥障壁PR曝光障壁PR显影障壁刻蚀障壁PR剥膜障壁检查、修复荧光粉（R）涂敷第34页/共70页零件工艺流程

工艺设备英文名称障壁（Barrierrib）制作障壁涂覆涂覆机BarrierRibCoater障壁干燥干燥炉BarrierRibDryer障壁涂覆涂覆机BarrierRibCoater障壁干燥干燥炉BarrierRibDryerDiedribinspection&review检查机&Review机BarrierRibAutoOpticalInspection&reviewM/c障壁烧结障壁烧结炉RIBFiringM/CPRCoating涂覆机BarrierRibPRCoaterPR干燥干燥炉BarrierRibPRDryerPR曝光曝光机BarrierRibPRExposurePR显影显影机BarrierRibPRDeveloper显影PR测量测量机BarrierRibMeasuringMachine显影PR检查显影机BarrierRibAutoOpticalInspectionMachine障壁制作工艺及设备第35页/共70页零件工艺流程

工艺设备英文名称障壁（Barrierrib）制作显影PRReviewReview机BarrierRibReviewMachineRIB刻蚀刻蚀机BarrierRibEtchingM/C打孔打孔机ExhaustHoleDrillerPR撕膜撕膜机BarrierRibPRStrippeRIB测量测量机BarrierRibMeasuringMachineRIB检查检查机BarrierRibAutoOpticalInspectionMachineRIBReviewReview机BarrierRibReviewMachineRIBrepair障壁修理机BarrierRibrepairMachine障壁制作工艺及设备第36页/共70页1.障壁涂敷目的：在制作完后板介质的基板上均匀涂敷一定厚度的障壁浆料，以便通过刻蚀法得到一定高度的障壁结构。管理项目：项目上层障壁下层障壁浆料粘度15000~18000cps15000~18000cps涂敷速度50mm/sec50mm/sec湿膜厚度300μm200μm有效区域膜厚均一性±5%±5%第37页/共70页

涂覆机（coatermachine）设备简介：该设备用于在基板上涂覆一层厚度均匀的薄涂层。设备主要特点是涂敷范围广，从低黏度到高黏度均可。从薄膜到厚膜都可适用。由于是全量涂敷，可以最大限度地降低涂敷液体的损耗。由封闭回路液体供给系统将涂敷液体的时间变化控制到最小。设备主要构成：

(1)槽模,(2)间隙传感器,(3)基板吸附构件,(4)模的移动/升降构件,(5)槽模头的清洗构件,(6)涂敷液的供给泵/罐,(7)自动归零构件.设备的动作:

(1)基板安装,(2)基板厚度变动的测定,(3)涂敷,(4)模头的清洗,(5)湿膜厚度测定/厚度调整使用工序：ITOPR电极制作，前介质，后介质，障壁和RIBPR制作。第38页/共70页设备构造和原理：由带有吸附功能的固定台（固定盘）吸附基板、槽模前端与基板表面保持适当的间隙、一边由涂料定量供给槽模，一边由槽模移动进行涂敷的设备。影响膜厚因素：浆料性质、涂覆速度、间隙、供料压力等

第39页/共70页动作流程第40页/共70页2.障壁PR曝光负性PR胶：曝光区域发生化学变化，其在未曝光前是易溶的，曝光后变成不溶或难溶，这样，当在特定溶剂中显影时，未曝光部分被洗去，曝光部分保留下来。障壁PR曝光量：40~80

mJ/cm2Gap：100~200㎛

第41页/共70页曝光机设备

简介：曝光机用于对感光性浆料进行选择性的曝光，留下需要的部分，除去不需要的部分，经曝光、显影、刻蚀等工艺过程，得到设计的图形。其过程是首先在母版上形成所需要的图形，之后通过光刻工艺把所需的图形转移到产品上。

主要组成：（1）光路系统，（2）光室，（3）STAGE，（4）上载下载装置（5）photo-maskhold,(6)空调系统，（7）Photo-mask，（8）其他动作介绍：（1）基板上载，（2）基板翻转为80度，（3）基板移载（4）基板吸附到STAGE上成90度，（5）玻璃基板和PHOTO-MASK对位

（6）曝光，（7）下载。

使用工序：ITO电极制作，BUS电极制作，ADD电极制作，障壁制作第42页/共70页3.障壁PR显影显影目的：显影去除PR胶未曝光部分，将母版图形转移到PR胶上。显影液：Na2CO3(aq)浓度：0.3~0.5wt.%温度：25~

40℃压力：1.0

~1.5kgf/cm2时间：140~160sec

第43页/共70页显影的基本工艺参数显影的基本知识显影液成分Na2CO3溶液显影液浓度0.3%Na2CO3(混合原液Na2CO3+DI使用)显影喷嘴摆动幅度及频率摆动宽度:喷嘴间隔宽度的1/2以上；频率Max:50RmpNozzleSprayPressureITO:Max3bar±0.15bar以下；BUS&ADD:Max3bar以下；显影液温度25~35℃ProcesstimeITO显影以170s为基准；BUS和ADD显影均以140s为基准喷射方式药液：向下Spray方式；Rinse：向上、向下Spray方式。PassLine1200±20mmIROven(BUS&ADD)使用温度:110℃±3℃(BaseonGlass)TactTime100s第44页/共70页设备结构第45页/共70页设备基本结构第46页/共70页4.障壁刻蚀目的：通过刻蚀液与障壁材料的反应，刻蚀得到一定宽度（顶宽、底宽）和高度的障壁结构。主要工艺参数：刻蚀液浓度刻蚀液温度喷射压力喷射方式基板移送速度托盘间隔第47页/共70页

1）刻蚀液浓度刻蚀液浓度是影响障壁刻蚀速率的主要因素，为达到一定的刻蚀速率，工艺过程中刻蚀液浓度必须在所要求的范围。浓度偏低，会使刻蚀速率降低，从而得不到所要求的障壁形状，浓度偏高，则会使刻蚀速率加快，造成障壁过刻蚀。

2）刻蚀液温度刻蚀液温度对障壁的刻蚀速率也有影响，温度高刻蚀速率快，温度低则刻蚀速率慢。此外，刻蚀液温度太高会降低PR胶与障壁材料的粘附性。

3）喷射压力刻蚀液喷射压力只有达到一定强度后，才能通过PR胶缝隙，到达需要刻蚀的区域，达到及时对刻蚀液进行补充和更新的目的。另外，刻蚀液喷射压力对障壁刻蚀速度也有影响，喷射到障壁材料表面的压力大则刻蚀速度快，压力小则刻蚀速度慢。但喷射压力过大也会造成不良后果，如使PR胶脱落、障壁过刻蚀等。主要工艺参数第48页/共70页4）喷射方式除设备上的保证外，工艺上可对喷嘴的摆动距离和摆动速度进行调整，以得到所要求的障壁形状和障壁尺寸均一性。5）基板移送速度对于一定长度的障壁刻蚀设备，基板移送速度的快慢决定了障壁刻蚀工艺时间的长短。障壁材料对工艺时间有一定要求（400~800sec），不能太长或太短：太长会造成障壁过刻蚀，太短则得不到所要求的障壁形状。6）托盘间隔对基板进行投料时，需考虑合适的托盘间隔。托盘间隔过大，生产节拍时间难以保证，过小则可能会降低障壁刻蚀的品质。从理论上讲，刻蚀设备应该存在一个最小的托盘间隔，按照该间隔即不会对产品品质产生影响又能保证最快的节拍。主要工艺参数第49页/共70页刻蚀液：HNO3(aq)浓度：0.1~0.3wt.%温度：30~

45℃压力：1.0

~3.0kgf/cm2时间：400~800sec800mmTray진행방향Tray进行方向Tray间隔：标准运行为800mm（以作业时不成为问题为标准进行制作）第50页/共70页设备结构第51页/共70页障壁刻蚀设备基本结构

1)Loader2)Neutral

3)RibEtching

4)Neutral

5)Rinse

6)AirKnife+HotBlower

7)Unloader第52页/共70页障壁刻蚀设备药液供给示意图第53页/共70页5.障壁PR剥膜目的：刻蚀完成后，将起保护作用的PR胶剥离并进行清洗，完成障壁的最终制作。剥膜液：NaOH(aq)浓度：2~7wt.%温度：30~

45℃压力：1.0

~3.0kgf/cm2时间：60~140sec第54页/共70页障壁剥膜设备基本结构：1)Loader

2)Neutral

3)RibStrip

4)Neutral

5)Rinse6)UltraSonicorBubbleJet

7)FinalRinse

8)AirKnife+HotDryer

9)IRDryer

10)Unloader障壁剥膜设备药液供给示意图第55页/共70页在MixingTank里供给40℃纯水.TankMaterial:PVC(Clear)，使用液40℃以上,要使用HTPVC.设备的主要材质剥膜设备--主要材质药液RinseAirKnifeHotDryerFrameSSBathPPPVC(Clear)HTLaminatedShaftSUSTopCover强化Glass透明PVCPipingPP/PVC/SUS第56页/共70页障壁制作相关材料第57页/共70页1）基本组分1.刻蚀性障壁浆料刻蚀性障壁浆料无机粉末有机载体树脂溶剂助剂低熔点玻璃粉填料颜料Pb系Pb-free系：BaO-ZnO-SiO2-B2O3

ZnO-Al2O3

TiO2

ECBCATerpineol分散剂、流平剂消泡剂等第58页/共70页障壁材料特性2）材料特性第59页/共70页50”FullHD用障壁上下层材料特性下障壁材料上障壁材料540~590℃540~590℃80x10-7/℃80x10-7/℃Full-DensityFull-Density商品用以上商品用以上D10(㎛)0.90.9D50(㎛)2~32~3D90(㎛)10左右10左右------8㎛/min4㎛/minWhiteWhitenonenone8~108~10---->70Mpa>70Mpa--机械特性强度强度电气特性导电率导电损失率阻抗化学特性Etchingrate色调电极反应物理特性粒度B.E.T残留应力(Mpa)比重Full-HD用

Etching障壁材料测定项目热特性烧结温度热膨胀系数细微构造表面潮湿度第60页/共70页3）性能要求良好的涂敷性能浆料的粉末粒度、粘度、触变性等参数决定了其涂敷性能，因此需对这些参数进行严格控制，使浆料能按要求均一、稳定的涂敷。良好的干燥和烧结性能在干燥和烧结过程中，浆料中的溶剂和树脂粘结剂应能稳定的挥发，并不留灰分，以避免气泡、突起、凹陷、针孔等缺陷的产生。适当的刻蚀速率在一定的工艺条件下，障壁材料的刻蚀速率必须适中，速率过慢将降低障壁制作效率，满足不了量产对节拍时间的要求，过快则使工艺难以控制。第61页/共70页侧向腐蚀控制在障壁制作过程中侧向腐蚀是不可避免的，对于性能优良的障壁浆料来说，应能通过一定的刻蚀工艺和设备，将侧向腐蚀控制在所要求的范围，使垂直刻蚀速率与侧向腐蚀速率比值尽可能大，以形成所需高度的障壁。此外，通过采用双层障壁材料也能有效控制刻蚀过程中的侧向腐蚀。高障壁强度在满足刻蚀要求的前提下，障壁强度越高越好。若强度过低，则可能导致工艺过程中障壁的倒塌，缺陷增多，同时后续工艺对障壁强度也有一定要求。第62页/共70页2.障壁光致抗蚀剂（PR胶）正性光致抗蚀剂：曝光区域发生化学变化，其在未曝光前是不溶或难溶的，曝光后变成易溶，这样，当在特定溶剂中显影时，曝光部分被洗去，未曝光部分保留下来。负性光致抗蚀剂：曝光区域发生化学变化，其在未曝光前是易溶的，曝光后变成不溶或难溶，这样，当在特定溶剂中显影时，未曝光部分被洗