二次強化技術(shù)突破：OGS觸控滿足筆電變形設(shè)計分析

筆電品牌商為提高旗下Ultrabook產(chǎn)品的附加價值，競相開發(fā)出結(jié)合變形概念與窄邊框設(shè)計的機種，導(dǎo)致OGS面板強度挑戰(zhàn)加劇，因此OGS面板廠正紛紛借重物理與化學(xué)式二次強化制程，并克服二次強化衍生的相關(guān)缺陷與問題，以提升OGS面板強度。

隨著Windows8作業(yè)系統(tǒng)問世，產(chǎn)業(yè)界無不仔細觀察此一以觸控互動為核心的創(chuàng)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(yīng)用領(lǐng)域，目前各家廠商研發(fā)的觸控筆電皆以搭載輕薄、可拆平板螢?zāi)?、金屬超薄外殼、窄邊框螢?zāi)坏膹V視覺效果設(shè)計為理念，似乎成為下一代觸控筆電的趨勢主流。

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

在高度全平面貼合技術(shù)的良率提升，以及Windows8作業(yè)系統(tǒng)帶動下，消費性觸控電子產(chǎn)品市場需求逐漸浮現(xiàn)，OGS觸控面板商機已在2012下半年爆發(fā)，不論大、中、小螢?zāi)怀叽绲男袆友b置，產(chǎn)品均已大量使用OGS，但OGS面板廠獲利關(guān)鍵點在于壓低OGS模組生產(chǎn)成本，簡化生產(chǎn)制程站別數(shù)量和導(dǎo)入低價材料元件。

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

In-cellPixelDesign示意圖與面板剖面圖說明

In-cell技術(shù)具備輕薄、透光率高及省電等優(yōu)勢，然黃光技術(shù)門檻高，故蘋果選擇In-cell，藉此與其他競爭對手區(qū)隔；但In-cell在良率與生產(chǎn)依然有很大的問題，短期內(nèi)應(yīng)無機會取代外掛式觸控面板。因此，以目前發(fā)展觀之，小尺寸產(chǎn)品可能采用In-cell觸控；但大尺寸面板如13寸以上采用OGS或TOL(TouchOnLens)技術(shù)，將是較好的選擇。

OGS產(chǎn)品前后段制程簡介

OGS的制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)制程后，再經(jīng)過切割(Cutting)和研磨精雕制程(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在前段黃光制程會先進行BM黃光制程，再進行ITO和Al/Mo/Al的黃光制程，金屬層(MetalLayer)厚度皆小于4,000(A)，若發(fā)生粉塵粒子(Particle)、纖維(Fiber)、金屬成膜不良等導(dǎo)致導(dǎo)電線路缺陷，將嚴(yán)重影響產(chǎn)品電性，造成報廢無法出貨。

OGS產(chǎn)品前段制程流程圖

OGS后段制程由切割開始算起，經(jīng)過CNC磨邊讓產(chǎn)品產(chǎn)生導(dǎo)角，避免使用者刮傷或摔落測試時發(fā)生邊緣破損，之后再投入物理或是化學(xué)二次強化制程，增加其產(chǎn)品在四點彎曲(4PointBending)測試的能力。若是化學(xué)二次強化后會再經(jīng)過移除抗酸膜的站點，再進入清洗機臺移除殘膠和多余的氫氟酸，然后檢測外觀是否有問題，最后再到印刷電路板(PCB)的貼合及電性功能檢測，填補BM制程，然后于OGS產(chǎn)品正反面貼上保護膜后，即可出貨?！?/p>

OGS產(chǎn)品后段制程流程圖

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

搶搭變形觸控筆電風(fēng)潮O(jiān)GS異形切割/挖孔良率成關(guān)鍵

OGS觸控產(chǎn)品的效應(yīng)快速擴散后，許多品牌廠商亦紛紛瞄準(zhǔn)OGS供應(yīng)鏈，開始整合資源，以確保產(chǎn)品供貨量穩(wěn)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簽署協(xié)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(yīng)量，以便滿足日益增長的市場需求。

為了增加Ultrabook產(chǎn)品附加價值，臺灣觸控面板廠如宸鴻、達鴻、勝華、友達及群創(chuàng)等，齊力開發(fā)出具備多樣化觸控功能的Ultrabook，并結(jié)合變形的概念。當(dāng)今的觸控筆電其變形的概念有基本觸控螢?zāi)还δ?、螢?zāi)恍D(zhuǎn)功能(可拆卸或旋轉(zhuǎn)螢?zāi)?、螢?zāi)徽酆瞎δ?，以及正反雙螢?zāi)还δ?如華碩太極)。

為吸引消費者，Ultrabook必須提供出更多不同于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?zāi)坏馁|(zhì)感往往是消費者選擇產(chǎn)品的關(guān)鍵所在。

目前許多品牌廠設(shè)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，減少邊框的寬度可減少產(chǎn)品重量，因此現(xiàn)在的新式觸控筆記型電腦設(shè)計，在螢?zāi)坏淖笥疫吙驅(qū)挾葧稍?.5?2公分縮減至1公分以下為目標(biāo)；上下邊框?qū)挾葎t會由原本的2?2.5公分縮減至1.5公分以下。

OGS觸控筆電的觸螢?zāi)坏恼蜈厔?/p>

照相機視訊鏡頭將會內(nèi)縮到OGS的BM區(qū)域，因此OGS中大尺寸若設(shè)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(yīng)力問題，在挖洞過程中產(chǎn)生微裂痕(MicroCrack)，或是挖洞之后孔洞的玻璃微裂痕過大(>70μm以上)，造成產(chǎn)品進行信賴性整機摔落測試時，容易產(chǎn)生螢?zāi)黄茡p。

也因此，為迎合輕薄化觸控筆電產(chǎn)品趨勢，如何在OGS玻璃變薄、挖洞、異形切割后保留良好的機構(gòu)抗壓力，并可通過四點彎曲驗證測試達550Mpa以上，考驗著OGS供應(yīng)廠的制程水準(zhǔn)。

強化OGS硬度物理與化學(xué)方式各有優(yōu)劣

OGS成本低廉且厚度更薄，符合智慧型手機產(chǎn)品和觸控面板模組廠的利益訴求。然而，現(xiàn)階段OGS最大問題在于玻璃的強度不足，導(dǎo)致摔落時易碎，面對這樣的問題，OGS開發(fā)商已研發(fā)出物理和化學(xué)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。

由于觸控面板是由外部施壓去進行感應(yīng)元件的作動方式，達到使用效果，因此產(chǎn)品的機構(gòu)抗壓力是各大廠商要求的重要規(guī)范與指標(biāo)。在觸控面板二次強化的制程分類中，一般可區(qū)分為物理和化學(xué)方式兩種。

物理方式和化學(xué)方式二次強化示意圖

以物理方式而言，玻璃切割后，斷面的裂痕修整系利用研磨(Polish)方式進行二次強化，優(yōu)點是良率高、機構(gòu)抗壓能力可明顯提升數(shù)倍；缺點是產(chǎn)能很低，不具備量產(chǎn)性，且需要大量人力操作與機臺設(shè)備，以及制程相當(dāng)費時，至少需30分鐘才可產(chǎn)出一批貨。

相對而言，化學(xué)方式的強化制程乃是利用氫氟酸(HydrofluoricAcid,HF)微蝕刻玻璃斷面的切割裂痕，不僅產(chǎn)能較大、量產(chǎn)性佳，且制程時間僅需7?8分鐘即可產(chǎn)出一批產(chǎn)品，機構(gòu)抗壓力可提升四至八倍以上，只要將機臺安全性設(shè)計完善，且規(guī)畫流暢的作業(yè)動線，可將作業(yè)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，系由康寧于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(fā)表，文獻公告于2012年5月1日。后續(xù)產(chǎn)業(yè)界的化學(xué)二次強化設(shè)備的制程概念大都以其方式衍生。

　　克服CNC加工后缺陷制程/原料/治具扮要角

在OGS產(chǎn)品經(jīng)過CNC加工后，顯微鏡下常見的缺陷與問題，如細微裂痕、放射裂痕(RadialCrack)、側(cè)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(jīng)過二次強化也無法有效提升產(chǎn)品的機構(gòu)抗壓力，因此客戶皆會針對不同產(chǎn)品等級規(guī)畫不同的制程規(guī)范。

在沉浸式濕制程設(shè)備(DippingTypeWetBenchEquipment)進行化學(xué)二次強化常見的問題，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(dāng)然這些問題的起因，有部分是制程造成，有部分是玻璃原料在前段制程導(dǎo)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(fā)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，防范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。

另外，部分可能與玻璃承載治具有關(guān)，如玻璃邊緣的破損或裂痕，可能是蝕刻制程中氣泡(CDABubble)量過大產(chǎn)生嚴(yán)重震蕩，造成玻璃邊緣破裂，須要調(diào)整適當(dāng)?shù)闹瞥虆?shù)，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(chǎn)生，必須要透過專業(yè)教育訓(xùn)練與人員操作認(rèn)證方可改善。當(dāng)然玻璃表面的臟污問題，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，防止臟污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

基于OGS觸控產(chǎn)業(yè)陸續(xù)蓬勃發(fā)展，觸控產(chǎn)品本身的規(guī)格要求也日漸嚴(yán)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(jù)觸控產(chǎn)品應(yīng)用性，其規(guī)格也個別定義，大部分的觸控業(yè)者在玻璃切割制程均采用鉆石刀輪切割，外加精雕制程；雷射切割也有部分業(yè)者使用但成本過高，量產(chǎn)能力不佳，且經(jīng)過實驗數(shù)據(jù)得知，近30%的雷射切割產(chǎn)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(guī)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(lián)想等都看好此波商機，積極下單給OGS觸控面板制造商，希望OGS制造廠可發(fā)展更輕薄的OGS產(chǎn)品，并為2.5D或是3D玻璃觸控面板搭配多功能性，如防水、抗污、抗刮、防眩光的效能，當(dāng)然窄邊框設(shè)計和相機模組內(nèi)縮至OGS玻璃BM區(qū)，亦為產(chǎn)品設(shè)計的趨勢，也希望這些精致3C觸控產(chǎn)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。