一種GOA產品靜電失效的研究及改善

楊宗順，陶 雄，鐘 野，李 偉，王耀杰，張志聰

(重慶京東方光電科技有限公司，重慶 400714)

1 引 言

近年來，國內薄膜晶體管顯示器TFT-LCD(thin film transistor-liquid crystal)行業發展迅速，不斷的創新和推出新產品是各公司能保持競爭的關鍵。其中，GOA(Gate driver on Array)產品由于其低成本、低功耗、窄邊框等優點，逐步成為各公司新產品設計的新方向[1-2]。GOA技術是將柵極驅動器集成在線路基板上,因為基板自身集成了柵極驅動電路，故可降低產品成本，還可實現窄邊框。

在TFT-LCD工藝過程中基板在接觸、摩擦、擠壓、分離或受熱等情況下，很容易積累靜電。而基板本身是絕緣材料, 靜電散逸的速度很慢, 因此在基板表面容易積聚大量的靜電荷[3-5]。GOA產品在GOA區域內線路密度高，線路連接跨接、交叉布線多，因而GOA產品很容易在線路密集、繁雜的GOA區域積累靜電。當靜電積累達到一定臨界點時,就會發生靜電擊穿，造成線路損壞，導致短路或斷線類不良發生，造成品質和收益的損失。當前在窄邊框潮流下，GOA產品越來越多，GOA產品靜電相關不良也愈發突出，并逐漸引起了大家的重視。

本文就一款GOA產品靜電失效的排查及改善做了一系列驗證、研究。主要研究對象為一款在摩擦過程中產生靜電失效的GOA產品。針對摩擦制程引起的靜電失效，對摩擦制程各工藝參數、產線環境與靜電產生的相關性進行了驗證與分析。通過驗證發現，較為有效的改善措施是：摩擦布壽命管控、產線濕度增加、玻璃基板與機臺分離過程中頂針上升速度降低。而非接觸式的光配向工藝能徹底解決摩擦過程中引起的靜電。

2 靜電發生概述及排查

2.1 常見靜電的產生分析

當玻璃基板在滾輪上傳送或者是與設備頂針相互接觸、摩擦時會產生靜電荷, 電子會從玻璃基板轉移到滾輪或者頂針上, 兩者之間形成偶對電子層。如果靜電荷沒有得到及時的中和或散逸, 當滾輪或者頂針與玻璃基板分離后, 不同極性電荷就會分別積累在滾輪或者頂針與玻璃基板上[6-7]。靜電積累到超過TFT器件承受范圍時，就會發生靜電擊穿，從而造成顯示異常、線不良等電學不良。本文所述靜電擊穿，如圖1，屏點燈現象為多條水平方向線不良，以下簡稱水平橫線。

圖1 靜電擊穿圖示Fig.1 Phenomenon of ESD

2.2 不良及靜電的排查

水平橫線不良點燈為多條或滿屏橫線，并伴隨閃爍。通過對信號線區域顯微鏡排查，發現GOA區域存在靜電擊穿。使用靜電槍對正常屏相同區域進行靜電擊傷模擬，相同GOA單元區域可重現靜電擊穿現象。點燈現象同水平橫紋不良一致，基本鎖定GOA區域靜電擊穿為造成水平橫紋的直接原因。而點燈檢出水平橫紋之前，屏需經過前端繁雜的工序，各工藝段均有可能造成靜電擊穿。通過掃描電鏡觀察，信號傳輸層、絕緣膜層均炸裂，如圖2，可見靜電擊穿為絕緣膜鍍膜之后發生，這樣就大大縮小了靜電的排查范圍。

圖2 掃描電鏡圖示Fig.2 Phenomenon of FIB

TFT-LCD制程中，自動光檢機可通過拍照，獲得生產過程中的缺陷或異常點。通常自動光檢機可監控點缺陷、異物、膜面不均等異常。在排查靜電過程中我們也使用自動光檢機進行排查。首先在絕緣膜層完成后，出貨至貼合工廠前檢查，對靜電高發的GOA區域進行拍照，并排查照片是否可見靜電擊穿點；貼合工廠涂覆配向膜后繼續進行自動光檢機拍照；摩擦后再次拍照確認。以此逐段排查各工藝過程中是否產生靜電，直至發現產生靜電的工序。排查摩擦工藝后光檢機照片，發現GOA區域存在靜電擊穿，跟蹤摩擦工藝后存在靜電擊穿的屏至點燈檢查,檢出為水平橫紋不良，可見靜電為摩擦工序產生，排查結果如表1。

表1 靜電排查結果Tab.1 Results of ESD investigation

3 靜電的相關驗證及改善

3.1 摩擦模式與靜電的相關性

摩擦工藝為配向膜涂覆之后工藝，其作用是使配向膜形成一定溝槽，使其具有液晶配向能力。摩擦設備一般為兩個機臺，分為A側、B側，如圖3。摩擦工藝可以采用多種模式進行，A側只做TFT或CF(Color Filter)基板(條件1)；A側TFT/CF各一張基板依次交叉進行(條件2)；TFT/CF各一個卡(20張)依次交替進行(條件3)，B側同A側。通常認為，TFT側存在密集金屬線路，當同一摩擦機臺長時間跑TFT玻璃后，機臺靜電積累可能更嚴重。而條件2、條件3有交替跑CF玻璃，可能對機臺靜電散逸有一定緩解作用。改善驗證中，分別用3種摩擦模式進行了驗證，發現不同摩擦模式與靜電高發無明顯相關性，結果見表2。

圖3 摩擦機臺圖示Fig.3 Phenomenon of rubbing stage

表2 摩擦模式與靜電相關驗證Tab.2 ESD results vs. different RUB model

3.2 摩擦工藝參數與靜電相關性

摩擦工藝中摩擦輥會接觸、摩擦基板膜面，摩擦機臺中存在頂針與基板接觸并使其升降。此過程中輥與基板摩擦接觸、頂針托著基板升降、玻璃與機臺接觸、分離過程中都容易產生靜電。

摩擦制程中表征摩擦工藝強度的參數之一為轉速(輥一份鐘轉的圈速)。摩擦工藝完成后機臺頂針上升使玻璃基板與機臺分離，上升完成后機械手再進行取片、換片動作，頂針上升完成時間定義為頂針1S(頂針1 s完成上升過程)。機臺與基板分離瞬間容易產生靜電，為降低瞬間靜電產生可能，對機臺進行防靜電液涂覆(產品說明：可降低表面電阻至107～108Ω)。

根據以上，對摩擦輥的轉速、機臺頂針上升速度、機臺是否涂覆防靜電液等變量，進行了控制變量實驗驗證，對比項為正常量產(轉速：1 200、頂針上升速度：頂針1S、機臺情況：未涂覆防靜電液)。驗證發現：機臺頂針上升速度減緩對靜電改善有一定效果；而摩擦輥轉速降低、機臺涂覆防靜電液無明顯改善效果，結果見表3。

表3 機臺參數與靜電相關驗證Tab.3 ESD results vs. stage parameters

3.3 產線濕度與靜電相關性

TFT行業中濕度是產線管控的重要環境指標之一，濕度(%RH,Relative Humidity)一般指相對濕度，指在一定溫度條件下，單位體積氣體(通常為空氣)中水蒸氣含量與相同體積氣體中水蒸氣飽和時水蒸氣含量的百分比。

通常認為，濕度對靜電的影響很大，濕度越大，電荷在潮濕的空氣中得不到累積或者說更容易散逸，就不容易產生高壓放電。所以濕度越大，靜電越少；濕度越小，靜電越大。驗證中對摩擦制程產線濕度進行了調整，并做了不同濕度的驗證。驗證發現：濕度升高對靜電降低有較為明顯效果，見表4。實際生產考慮到濕度太大，有TFT基板線路腐蝕風險，最高70%RH驗證，應用于量產。

表4 產線濕度與靜電相關驗證Tab.4 ESD results vs. Environmental humidity

3.4 摩擦布與靜電相關性

3.4.1 摩擦布類型與靜電相關性

摩擦布為摩擦過程中直接與玻璃基板接觸的介質。常見摩擦布按大類分為2類，棉布系列：棉布材質為主材；尼龍系列：尼龍材質為主材。一般認為棉布較為柔和，摩擦強度稍弱，但產生靜電少；尼龍布摩擦強度大，摩擦效果較好，但容易產生靜電。改善靜電過程中，分別對不同摩擦布類型及相同類型不同種類摩擦布做了靜電相關性驗證，發現棉布整體靜電效果稍好，但差異并不明顯，見表5。

表5 摩擦布類型與靜電相關驗證Tab.5 ESD results vs. rubbing cloth type

3.4.2 摩擦布壽命與靜電相關性

摩擦布作為生產中耗材，其使用具有一定壽命周期，本文所述產品壽命為200(200片玻璃基板)；通過數據分析發現，隨著摩擦布壽命的延長，越靠摩擦布壽命后期的產品更容易發生靜電,如圖4。更直觀對比為前60片玻璃基板，靜電發生率為0.48%，第60～100片發生率為1.4%，第100～200片發生率為8.2%。可見將摩擦布壽命控制在100以下，可很大程度降低靜電相關不良的發生。

圖4 摩擦布壽命和靜電關系Fig.4 Correlation between rubbing cloth life and ESD

3.5 光配向導入與靜電的根本改善

光配向是一種利用紫外光照射配向膜，使配向膜在光化學反應下產生各向異性，從而使配向膜形成具有配向能力的聚合物膜，以實現對液晶分子取向的控制[8-10]。光配向是一種非接觸式工藝，是摩擦工藝的一種補充、替代，目前各公司已逐漸引入光配向工藝。

在改善本次靜電失效中，引入光配向工藝后，此款產品靜電失效未再發生。同時也說明此GOA產品靜電主要為摩擦工藝過程中，接觸摩擦所導致。

4 結果與討論

以上，對摩擦工藝中摩擦模式、機臺相關工藝參數、環境濕度、摩擦布類型及摩擦布壽命等變量條件與靜電相關性進行了一系列驗證。

通過驗證結果，結合產線實際情況，導入了機臺頂針上升速度2S、產線濕度70%，并管控了摩擦布壽命≤100片，此后GOA產品靜電失效不良發生率由高發時6.8%降至0.7%，但未能完全消除。當引入非接觸式光配向工藝替代摩擦工藝后，靜電得到了徹底的解決。

5 結 論

靜電是TFT行業甚至半導體行業中，僅次于異物，容易引起產品失效發生的第二誘因。其發生工序眾多，發生原因不盡相同。

本文主要針對摩擦工藝過程中產生靜電的情況進行了探究。通過一系列實驗發現：摩擦工藝中，摩擦布壽命、環境濕度對靜電產生影響很大，摩擦布壽命越靠后，靜電越容易發生；濕度越大，靜電越不容易發生。摩擦機臺頂針上升速度、摩擦布類型也對靜電發生有一定影響，頂針緩慢上升，靜電不容易發生；棉布較尼龍布靜電效果較好。針對摩擦摩擦工藝產生的靜電失效,光配向替代是一種可根本解決的方法。