超聲波清洗技術(shù)在液晶面板制造過程中的應用

一、LCD制造過程中超聲波清洗的應用

    液晶顯示器LCD的應用越來越廣泛，由于LCD顯示基板上有大量的微米級精細線路與控制用晶體管。因此，LCD顯示屏制造過程的清洗是精密清洗，清洗技術(shù)要求之高、潔凈度要求之高是業(yè)內(nèi)所公認的，為了提高清洗的能力與技術(shù)水平，大家都想盡一切化學與物理的方法來進行，有藥液清洗、刷洗、高壓汽水清洗。超聲波清洗技術(shù)也得到了廣泛應用。主要有下列使用場合：

    1、成盒前的清洗：包括涂光刻膠前的清洗、退膜清洗、涂PI/TOP前的清洗。ITO玻璃在入廠運輸及生產(chǎn)過程的運輸中很容易被灰塵、有機物、油脂等雜質(zhì)污染，因此在對玻璃表面進行涂層（光刻膠、PI及TOP）前，需要經(jīng)過多道工序的清洗后才能進行涂布，這些清洗過程通常采取如下工藝：

    入口段 →化學噴淋→ 化學刷洗→ DI水噴淋→浸泡式超聲波28KHZ清洗 → DI水噴淋→高壓（氣）水噴淋→兆高頻超聲波噴淋1MHZ→FINAL DI水噴淋→ 氣刀吹干 →出口段

    從上面的流程可以看出，這里用到兩種頻率的超聲波進行清洗，主要是基于不同的作用機理所決定的。前面已經(jīng)講到：低頻超聲清洗適用于大部件表面或者污物和清洗件表面結(jié)合強度高的場合，在液體中容易產(chǎn)生空化，產(chǎn)生的力度大，作用也越強，適用于對工件進行初級次清洗。兆高頻超聲波清洗適合于清洗污物與被清洗件表面結(jié)合力較弱的場合，它能去除微米、亞微米級的污物而對清洗工件沒有任何損傷。它清洗時不產(chǎn)生空化，而主要是聲壓梯度、粒子速度和聲流的作用。特點是清洗方向性強，被清洗工件一般置于與聲束平行的方向。

    2、制成液晶盒后的清洗：液晶玻璃在制成盒后需要進行灌注液晶，灌注前需要進行抽真空，抽真空過程中液晶由于氣泡的原因會飛濺到玻璃上、灌注過程中玻璃直接與液晶接觸，灌注后玻璃表面與夾縫中會有液晶的殘留。為了避免玻璃邊劃傷軟性連接元器件以及方便管腳安裝，灌注后的玻璃還要進行磨邊倒角處理，磨邊后也會有玻璃碎屑殘留在玻璃表面與夾縫中。這些殘留的液晶與玻璃碎屑要進行徹底清洗掉，才能制造出合格并有保證的產(chǎn)品——LCD顯示器。成盒后的液晶玻璃清洗一般采用插籃多槽式的超聲波分段清洗并配備循環(huán)過濾系統(tǒng)、沖淋槽、干燥槽以及其它附件，流程一般如下：

    上料 →水基清洗劑1超聲波清洗→水基清洗劑2超聲波清洗→ DI水噴淋清洗→純水超聲波漂洗 1→純水超聲波漂洗 2→慢提拉脫水→熱風烘干→下料

    同時按照廠家技術(shù)要求及產(chǎn)量的不同情況，有自動機械手型式的、也有手動人工搬運方式的，各廠家根據(jù)自己產(chǎn)品檔次的不同，對各清洗槽配置的具體數(shù)量也有差異。同時，為在提高清洗效果的同時節(jié)省純水的用量，清洗劑清洗后的多槽超聲波漂洗通常采取純水循環(huán)利用的方式進行，這也將更加能夠保證溫度的穩(wěn)定與一致。

二、LCD超聲波清洗過程控制技術(shù)要點

    LCD顯示屏制造過程的清洗是精密清洗，為了達到良好的清洗效果，必須對超聲波清洗的相關(guān)參數(shù)進行有效的控制與優(yōu)化，達到事半功倍的目的。超聲波清洗在LCD制造過程中重點要控制好下列幾個關(guān)鍵參數(shù)：頻率、工件位置、清洗介質(zhì)、功率密度、清洗液的流動速度、水溫等。

    1、頻率：超聲波空化和頻率有密切關(guān)系，頻率低，空化容易產(chǎn)生，同時在低頻情況下，液體受到的壓縮和稀疏作用有更長的時間間隔．使氣泡在崩潰前能生長到較大的尺寸，增高空化強度，有利于清洗作用，但空化強度高的同時，易侵蝕清洗件表面，不適宜清洗表面光潔度高或有流動物體的部件，而且空化噪聲大。40KHz左右的頻率，在相同聲強下，產(chǎn)生的空化泡數(shù)量比頻率為20KHz時多，穿透力較強，宜清洗表面形狀復雜或有盲孔的工件，但空化強度較低，空化噪聲較小，適合清洗     

    污物與被清洗件表面結(jié)合力較弱的場合。通過實踐試驗，LCD前制程的浸泡式超聲波清洗一般采用28～40KHZ的頻率，而成盒后的液晶玻璃由于玻璃盒中有墊隔層，不能采用過低的頻率，一般采用40-68-100KHZ的頻率進行組合來實現(xiàn)清洗，并根據(jù)不同的拼版大小進行功率調(diào)整來避免由于墊隔層（粉狀玻璃棒，如圖8）的松動而影響到玻璃盒厚的一致性。

    2、工件位置：被清洗件的聲學特性和在清洗槽中的排列對清洗效果也有較大的影響。吸聲大的清洗件，如橡膠，布料等清洗效果差，應該避免在超聲波清洗槽中進行清洗。而對超聲波反射強的清洗件，如金屬件，玻璃制品的清洗效果好。清洗件面積小的一面應朝聲源擺放，并且排列要有一定的間距。清洗件在超聲清洗槽內(nèi)時，無論是清洗件還是清洗籃都不能觸及槽底（距離槽底一般要10~30mm），尤其是較重的清洗件，以免影響清洗槽底板的振動，也避免清洗件擦傷底板而加速空化腐蝕。清洗件總的橫截面積不應超過超聲清洗槽橫截面積的 70％ 。清洗件最好是懸掛在槽中，或用金屬籃盛好懸掛，但須注意在保證強度足夠的情況下，籃的支撐架、支撐條要盡可能少，以減少對超聲波的吸收和屏蔽。

    同時，前面已經(jīng)提過，超聲波發(fā)生作用時，會在液體中產(chǎn)生駐波，在λ/2的整數(shù)倍位置處聲壓最大，因此臟物最容易被洗掉。因此，對于枚頁式玻璃基板清洗，由于玻璃的位置是固定的，要將玻璃位置控制在駐波位置來實現(xiàn)最好的清洗效果，以40KHZ浸泡式超聲波為例，駐波的位置為1500000÷40000÷2約19mm，即工件距離液面19 mm處聲壓最大，清洗效果最理想。

    而對于插籃式超聲波清洗，為了避免由于駐波而導致清洗效果不均勻，必須采取相關(guān)辦法來改善。一般是在清洗槽上配套安裝上下拋動的機構(gòu)帶動工件上下移動從而保證工件上每個位置都有駐波存在，并且拋動的幅度要大于λ/2，保證真正意義上使工件上每個位置都有駐波存在，來實現(xiàn)整體的均勻清洗。

    3、清洗介質(zhì)：清洗劑的選擇要從兩個方面來考慮：一方面要從污物的性質(zhì)來選擇化學作用效果最好的清洗劑；另一方面要選擇表面張力、蒸氣壓及粘度合適的清洗劑，因為這些特性與超聲空化強弱有關(guān)。液體的表面張力大則不容易產(chǎn)生空化，但是當聲強超過空化閾值時，空化泡崩潰釋放的能量也大，有利于清洗。高蒸氣壓的液體會降低空化強度，而液體的粘度大也不容易產(chǎn)生空化，因此蒸氣壓高和粘度大的清洗劑都不利于超聲波清洗。此外，清洗液的靜壓力都對清洗效果有影響，清洗液的靜壓力大時，不容易產(chǎn)生空化，所以在密閉加壓容器中進行超聲波清洗或處理時效果最差。
 
    4、功率密度：功率密度=發(fā)射功率（W）/發(fā)射面積（CM2）

    超聲波的功率密度越高，空化效果越強，速度越快，清洗效果越好，但對于精密的表面光潔度甚高的工件，采用長時間的高功率密度清洗會對工件表面產(chǎn)生空化、腐蝕。

    5、清洗液的流動速度：清洗液的流動速度對超聲波清洗效果也有很大影響。最好是在清洗過程中液體靜止不流動，這時泡的生長和閉合運動能夠充分完成。如果清洗液的流速過快，則有些空化核會被流動的液體帶走，有些空化核則在沒有達到生長閉合運動整個過程時就離開聲場，因而使總的空化強度降低。在實際清洗過程中有時為避免污物重新粘附在清洗件上．清洗液需要不斷流動更新（漂洗），此時應注意控制清洗液的流動速度不能過快，以免降低清洗效果。
    
    6、水溫：水清洗液最適宜的清洗溫度為 40-60℃ ，尤其在天冷時若清洗液溫度低則空化效應差，清洗效果也差。當溫度升高后空化易發(fā)生，所以清洗效果較好。當溫度繼續(xù)升高以后，空泡內(nèi)氣體壓力增加，引起沖擊聲壓下降，反映出這兩個因素的相互作用。

結(jié)語

   超聲波清洗技術(shù)已經(jīng)成為LCD制造過程中的重要裝備技術(shù)，特別是在精細線路產(chǎn)品的生產(chǎn)上更是發(fā)揮越來越大的技術(shù)作用。隨著納米級電子線路的發(fā)展，LCD制造技術(shù)要求將會更高，為了達到更高的精細清洗的目的，目前已經(jīng)有廠商研究出由多個頻率段組成的爆洗式超聲波清洗機，它能夠根據(jù)控制程序設(shè)定的要求，在同一塊振板上產(chǎn)生不同頻率的超聲波，對工件進行綜合清洗，實現(xiàn)更高的要求。下面是通過實驗得出的各種清洗方法的清洗效果比較。

    清洗方法    剩余殘留物％
    吹式清洗    86
    浸潤式清洗  70
    蒸汽式清洗  65
    刷子清洗    8
    超聲清洗    0-0.5