OGS触控突破二次强化技术满足笔电变形设计

作者：电容式触摸屏时间：2013-11-11 源于：OFweek电子工程网总点击：

【导读】：尽管目前新概念的触控笔电具备明显的设计感和差异性，高销售价格却成为不景气时代的发展阻力，各品牌业者为压低成本，几乎将发展重心投注在降低笔电零组件的生产成本上，促使单片玻璃方案(OGS)触控产品成为现今触控笔电的产品首选。

笔电品牌商为提高旗下Ultrabook产品的附加价值，竞相开发出结合变形概念与窄边框设计的机种，导致OGS面板强度挑战加剧，因此OGS面板厂正纷纷借重物理与化学式二次强化制程，并克服二次强化衍生的相关缺陷与问题，以提升OGS面板强度。

　　随着Windows 8作业系统问世，产业界无不仔细观察此一以触控互动为核心的创新软体，是否有机会掀起一波新的消费性电子需求。特别是在触控笔电的应用领域，目前各家厂商研发的触控笔电皆以搭载轻薄、可拆平板萤幕、金属超薄外壳、窄边框萤幕的广视觉效果设计为理念，似乎成为下一代触控笔电的趋势主流。

　　然而，尽管目前新概念的触控笔电具备明显的设计感和差异性，高销售价格却成为不景气时代的发展阻力，各品牌业者为压低成本，几乎将发展重心投注在降低笔电零组件的生产成本上，促使单片玻璃方案(OGS)触控产品成为现今触控笔电的产品首选。

　　在高度全平面贴合技术的良率提升，以及Windows 8作业系统带动下，消费性触控电子产品市场需求逐渐浮现，OGS触控面板商机已在2012下半年爆发，不论大、中、小萤幕尺寸的行动装置，产品均已大量使用OGS，但OGS面板厂获利关键点在于压低OGS模组生产成本，简化生产制程站别数量和导入低价材料元件。

　　另外，随着苹果(Apple)将内嵌式(In-cell)(图1)触控技术用在iPhone 5产品上，高阶智慧型手机产品无不争先恐后的跟进，使得触控面板市场战火升温(表1)，包括薄膜电晶体液晶显示器(TFT LCD)面板厂(如友达、群创及华映)亦积极抢食触控商机大饼。

图1 In-cell Pixel Design示意图与面板剖面图说明

　　In-cell技术具备轻薄、透光率高及省电等优势，然黄光技术门槛高，故苹果选择In-cell，藉此与其他竞争对手区隔；但In-cell在良率与生产依然有很大的问题，短期内应无机会取代外挂式触控面板。因此，以目前发展观之，小尺寸产品可能采用In-cell触控；但大尺寸面板如13寸以上采用OGS或TOL(Touch On Lens)技术，将是较好的选择。

OGS产品前后段制程简介

　　OGS的制程方式为玻璃母基板(Sheet)进行金属线镀膜(Sputter)、黑色矩阵(Black Matrix, BM)氧化铟锡(ITO)制程后，再经过切割(Cutting)和研磨精雕制程(Grinding/CNC)为小基板(Chip)，接下来用抛光研磨修整玻璃边缘的细微裂痕(Chipping)。

　　OGS在前段黄光制程会先进行BM黄光制程(图2)，再进行ITO和Al/Mo/Al的黄光制程，金属层(Metal Layer)厚度皆小于4,000(A)，若发生粉尘粒子(Particle)、纤维(Fiber)、金属成膜不良等导致导电线路缺陷，将严重影响产品电性，造成报废无法出货。

图2 OGS产品前段制程流程图

　　OGS后段制程由切割开始算起(图3)，经过CNC磨边让产品产生导角，避免使用者刮伤或摔落测试时发生边缘破损，之后再投入物理或是化学二次强化制程，增加其产品在四点弯曲(4 Point Bending)测试的能力。若是化学二次强化后会再经过移除抗酸膜的站点，再进入清洗机台移除残胶和多余的氢氟酸，然后检测外观是否有问题，最后再到印刷电路板(PCB)的贴合及电性功能检测，填补BM制程，然后于OGS产品正反面贴上保护膜后，即可出货。

图3 OGS产品后段制程流程图

　　由现今市场走向观察，OGS有趋近大尺寸的趋势，且触控产品使用强化玻璃，其强化深度与售价皆是向上成长，故OGS产品成本将逐渐增加，良率问题格外重要，因此如何在前段制程有效利用玻璃、避免报废，是现今OGS生产线必须重视的问题。

抢搭变形触控笔电风潮　OGS异形切割/挖孔良率成关键

　　OGS触控产品的效应快速扩散后，许多品牌厂商亦纷纷瞄准OGS供应链，开始整合资源，以确保产品供货量稳定性。在2013年台北国际电脑展(Computex)中，英特尔(Intel)即特别与宸鸿、达鸿及和鑫光电等多家触控面板厂签署协议，希望可以确保未来具备触控功能的超轻薄笔电(Ultrabook)机种有足够的OGS面板供应量，以便满足日益增长的市场需求。

　　为了增加Ultrabook产品附加价值，台湾触控面板厂如宸鸿、达鸿、胜华、友达及群创等，齐力开发出具备多样化触控功能的Ultrabook，并结合变形的概念。当今的触控笔电其变形的概念有基本触控萤幕功能、萤幕旋转功能(可拆卸或旋转萤幕)、萤幕折合功能，以及正反双萤幕功能(如华硕太极)。

　　为吸引消费者，Ultrabook必须提供出更多不同于以往的全新操作体验，除添加四大基本功能，供操作者灵活运用外，触控萤幕的质感往往是消费者选择产品的关键所在。

　　目前许多品牌厂设计变形触控笔电时，首先会针对窄边框进行改良，窄边框可让视觉更加宽广(图4)，减少边框的宽度可减少产品重量，因此现在的新式触控笔记型电脑设计，在萤幕的左右边框宽度会由原本1.5？2公分缩减至1公分以下为目标；上下边框宽度则会由原本的2？2.5公分缩减至1.5公分以下。

图4 OGS触控笔电的触萤幕的窄框趋势

　　照相机视讯镜头将会内缩到OGS的BM区域，因此OGS中大尺寸若设计在Ultrabook时，必须用物理或雷射将OGS玻璃的镜头模组位置挖洞，但若是OGS玻璃为康宁(Corning)第三代Gorilla Fit，其强化深度(DOL)层到达40微米(μm)以上，挖洞的良率问题就会很大，很容易因玻璃硬化层应力问题，在挖洞过程中产生微裂痕(Micro Crack)，或是挖洞之后孔洞的玻璃微裂痕过大(>70μm以上)，造成产品进行信赖性整机摔落测试时，容易产生萤幕破损。

　　也因此，为迎合轻薄化触控笔电产品趋势，如何在OGS玻璃变薄、挖洞、异形切割后保留良好的机构抗压力，并可通过四点弯曲验证测试达550Mpa以上，考验着OGS供应厂的制程水准。

　　强化OGS硬度　物理与化学方式各有优劣

　　OGS成本低廉且厚度更薄，符合智慧型手机产品和触控面板模组厂的利益诉求。然而，现阶段OGS最大问题在于玻璃的强度不足，导致摔落时易碎，面对这样的问题，OGS开发商已研发出物理和化学方式的强度加工方式，对OGS玻璃的强度问题可得到很大改善。

　　由于触控面板是由外部施压去进行感应元件的作动方式，达到使用效果，因此产品的机构抗压力是各大厂商要求的重要规范与指标。在触控面板二次强化的制程分类中，一般可区分为物理和化学方式两种(图5)。

图5 物理方式和化学方式二次强化示意图

以物理方式而言，玻璃切割后，断面的裂痕修整系利用研磨(Polish)方式进行二次强化，优点是良率高、机构抗压能力可明显提升数倍；缺点是产能很低，不具备量产性，且需要大量人力操作与机台设备，以及制程相当费时，至少需30分钟才可产出一批货。

　　相对而言，化学方式的强化制程乃是利用氢氟酸(Hydrofluoric Acid, HF)微蚀刻玻璃断面的切割裂痕，不仅产能较大、量产性佳，且制程时间仅需7？8分钟即可产出一批产品，机构抗压力可提升四至八倍以上，只要将机台安全性设计完善，且规画流畅的作业动线，可将作业危害降到最低。

　　最早期利用HF蚀刻玻璃边缘达到二次强化效果，系由康宁于2010年8月24日在美国申请的一项专利，名为Method of strengthening edge of glass article，是由Joseph M.Matusick等人发表，文献公告于2012年5月1日。后续产业界的化学二次强化设备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产品经过CNC加工后，显微镜下常见的缺陷与问题，如细微裂痕、放射裂痕(Radial Crack)、侧向裂缝(Lateral Crack)、扭梳纹(Twist Hackle)及振纹(Chatter Mark)等(图6)，这些问题若不改善，即使经过二次强化也无法有效提升产品的机构抗压力，因此客户皆会针对不同产品等级规画不同的制程规范。

图6 OGS产品在CNC后常见的缺陷与问题

　　在沉浸式湿制程设备(Dipping Type Wet Bench Equipment)进行化学二次强化常见的问题(图7)，如凸点(Pimple)、渗酸造成的BM色阻缺色、边缘破损、及刮伤等问题。当然这些问题的起因，有部分是制程造成，有部分是玻璃原料在前段制程导致，如抗酸油墨或抗酸膜与玻璃贴附性不佳，造成蚀刻过程中发生漏酸侵蚀玻璃表面，使BM色阻缺色，一般是重工(Rework)再将BM色阻补上，防范措施为选择黏着度较佳的抗酸膜或沾附性较佳的抗酸油墨。

图7 OGS产品经沉浸式湿式设备化学二次强化后常见的缺陷与问题

　　另外，部分可能与玻璃承载治具有关，如玻璃边缘的破损或裂痕，可能是蚀刻制程中气泡(CDA Bubble)量过大产生严重震荡，造成玻璃边缘破裂，须要调整适当的制程参数，即可改善此问题；或是人员摆放玻璃过程中，不小心破触碰到治具边缘产生，必须要透过专业教育训练与人员操作认证方可改善。当然玻璃表面的脏污问题，可在贴上抗酸膜或抗酸油墨之前，将玻璃进清洗机台(Pre-Cleaner)进行清洗工作，防止脏污沾黏在玻璃表面造成外观不佳。

兼顾轻薄、窄边框及多功能　OGS在3C市场崭露锋芒

　　基于OGS触控产业陆续蓬勃发展，触控产品本身的规格要求也日渐严苛，所有触控面板出货前均要分批测试四点弯曲验证或落球测试(Ball Drop Test)，且依据触控产品应用性，其规格也个别定义，大部分的触控业者在玻璃切割制程均采用钻石刀轮切割，外加精雕制程；雷射切割也有部分业者使用但成本过高，量产能力不佳，且经过实验数据得知，近30%的雷射切割产品机械抗压性不足，显微镜下观察，在异形切割位置的微裂痕有超过50μm的规格，须进行二次强化，如物理抛光或氢氟酸浸泡蚀刻。

　　目前品牌厂如华硕、宏碁、索尼(Sony)、联想等都看好此波商机，积极下单给OGS触控面板制造商，希望OGS制造厂可发展更轻薄的OGS产品，并为2.5D或是3D玻璃触控面板搭配多功能性，如防水、抗污、抗刮、防眩光的效能，当然窄边框设计和相机模组内缩至OGS玻璃BM区，亦为产品设计的趋势，也希望这些精致3C触控产品，有机会吸引消费者的目光，为消费性电子市场注入新的一波购买动力。