玻璃基板熱收縮率測(cè)量方法淺析

隨著顯示技術(shù)向高分辨率發(fā)展，對(duì)玻璃基板的品質(zhì)提出了更高的要求，尤其是LTPS制程中的熱收縮性能已成為玻璃基板的核心指標(biāo)之一。目前，國(guó)內(nèi)玻璃基板研究院所、生產(chǎn)企業(yè)開發(fā)設(shè)計(jì)了不同的方法對(duì)熱收縮性能進(jìn)行測(cè)試，如劃線對(duì)比法、膨脹法、激光法、密度法、拉絲法。本文基于生產(chǎn)實(shí)踐，對(duì)目前的測(cè)試方法進(jìn)行介紹，并分析其優(yōu)缺點(diǎn)，籍此，對(duì)玻璃基板的性能測(cè)試提供幫助和借鑒。（1）劃線對(duì)比法：是東旭集團(tuán)有限公司及下屬子公司研發(fā)的一種方法，因其具有設(shè)備簡(jiǎn)單、方法簡(jiǎn)便、精度較高等特點(diǎn)，在下屬子公司普遍應(yīng)用。該方法也是國(guó)內(nèi)技術(shù)最成熟、應(yīng)用范圍最廣的方法。其測(cè)量原理為通過(guò)測(cè)量變化長(zhǎng)度△L與原長(zhǎng)度L0的比值，即可獲得樣品的熱收縮率。①刻標(biāo)記線：取待測(cè)玻璃樣品，沿樣品兩端刻劃出兩條基準(zhǔn)線（刻劃線），在玻璃表面上形成標(biāo)記，如圖1（a）所示，兩個(gè)基準(zhǔn)線之間的長(zhǎng)度為L(zhǎng)0。按照?qǐng)D1（b）所示，用玻璃刀把玻璃樣品沿與基準(zhǔn)線垂直的方向切割，均分成兩片。②試樣熱處理：將其中一片玻璃樣品置于瓷舟或耐火材料上，放入加熱爐中進(jìn)行預(yù)定的熱處理。熱處理工藝根據(jù)玻璃基板使用過(guò)程經(jīng)歷的熱歷史來(lái)制定。③測(cè)量位移量：在具有一定剛性的潔凈玻璃板上，將熱處理和未處理的玻璃樣品按切割初始的狀態(tài)對(duì)齊，將玻璃樣品與潔凈玻璃板粘合，用顯微鏡來(lái)測(cè)量標(biāo)記線在熱處理前后的變化位移量（△L1、△L2），如圖1（c）所示。圖1熱收縮率測(cè)試步驟優(yōu)缺點(diǎn)分析：該方法合理地考慮了玻璃基板所經(jīng)歷的熱歷史，對(duì)研發(fā)、生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義，且高分辨率的顯微鏡使得測(cè)試結(jié)果誤差大大降低，滿足了精度要求。但是該方法目前使用砂紙進(jìn)行劃線，劃線粗細(xì)和質(zhì)量直接影響測(cè)量精度，因此需要進(jìn)一步研發(fā)更高精度的劃線方法。（2）膨脹法：是由海南中航特?？萍加邢薰狙邪l(fā)的一種方法，其測(cè)量原理與劃線對(duì)比法相同。①取一塊平板玻璃待測(cè)樣品，沿長(zhǎng)度方向?qū)⒋郎y(cè)樣品平均分割為A、B兩塊，并將A、B兩塊平板玻璃長(zhǎng)度方向的兩端面磨平，使A、B兩塊平板玻璃豎直放置；用螺旋測(cè)微計(jì)測(cè)量A、B兩塊平板玻璃的長(zhǎng)度LA和LB，并將長(zhǎng)度單位轉(zhuǎn)換為mm，小數(shù)精確到個(gè)位。②樣品熱處理：在膨脹儀上輸入所測(cè)試樣品名稱和初始長(zhǎng)度LA，并設(shè)置升溫曲線制度：按照5℃/min的升溫速度升溫，溫度升至580℃，然后在此溫度下保溫5min，使玻璃受熱均勻，最后以2℃/min的冷卻速度降溫至室溫。③數(shù)據(jù)測(cè)量：運(yùn)行膨脹儀并自動(dòng)收集數(shù)據(jù)，在同一溫度下，儀器自動(dòng)反復(fù)精確記錄樣品緩慢降至室溫時(shí)玻璃收縮變化量數(shù)據(jù)，每秒測(cè)定一次，待儀器降至室溫時(shí)，取出經(jīng)過(guò)重加熱-冷卻后的樣品A，導(dǎo)出測(cè)試記錄，選用穩(wěn)定后即樣品玻璃冷卻到室溫時(shí)的最后6個(gè)絕對(duì)收縮量數(shù)據(jù)△LA1、△LA2、△LA3、△LA4、△LA5和△LA6（單位為mm，小數(shù)保留到小數(shù)點(diǎn)后4位），計(jì)算平均值△LA。計(jì)算出A樣品的收縮率XA，如圖2所示，其中XA的單位為×10-6；即，XA＝△LA/LA×106。重復(fù)步驟，測(cè)得樣品B的收縮率XB。圖2膨脹法測(cè)試熱收縮示意圖優(yōu)缺點(diǎn)分析：該方法對(duì)玻璃收縮量的讀數(shù)可精確到10nm，結(jié)果更加精確，操作簡(jiǎn)單、測(cè)量精確度高。然而，對(duì)于厚度≤0.7mm的玻璃試樣，容易受推桿壓頭擠壓變形、翹曲、斷裂，影響玻璃樣品在熱處理過(guò)程中微小變化的測(cè)量。（3）激光法：是由北京工業(yè)大學(xué)研發(fā)的一種方法，其測(cè)量原理與劃線對(duì)比法相同。該方法的測(cè)量設(shè)備為自制設(shè)備，如圖3所示，其中，激光傳感器的測(cè)量精度達(dá)0.025～0.25mm。①測(cè)量玻璃試樣的初始長(zhǎng)度L0。②樣品安裝：將玻璃試樣安放在石英支架上，并置于加熱爐勻溫區(qū)內(nèi)的加熱棒上端，玻璃試樣上部放置石英桿，石英桿伸出加熱爐外，調(diào)節(jié)XYZ三維移動(dòng)平臺(tái)的XYZ三方向，使固定在XYZ三維移動(dòng)平臺(tái)上的激光傳感器的光斑對(duì)準(zhǔn)石英桿。③樣品熱處理：加熱爐按照測(cè)試要求的溫度曲線進(jìn)行升溫、保溫、降溫，模擬不同熱處理的工藝制度。④數(shù)據(jù)測(cè)量及結(jié)果計(jì)算：激光傳感器自動(dòng)記錄在溫度制度范圍內(nèi)的玻璃試樣伸長(zhǎng)或收縮變化量，當(dāng)溫度降到起始溫度時(shí)，獲得整個(gè)溫度處理工藝條件的收縮值△L，將收縮值△L與玻璃試樣原始長(zhǎng)度L0相除，計(jì)算出玻璃試樣的收縮率。圖3激光法測(cè)量?jī)x示意圖優(yōu)缺點(diǎn)分析：該方法測(cè)量精度高；采用在線測(cè)量法，玻璃試樣無(wú)需劃線和稱量工作，不會(huì)人為引入誤差；當(dāng)玻璃試樣初始長(zhǎng)度L0為300mm時(shí)，收縮率測(cè)量精度達(dá)1×10-6，能滿足LTPS制程工藝對(duì)玻璃基板的再熱收縮率的測(cè)量要求。然而，由于樣品為薄玻璃制品，豎直放置時(shí)，可能產(chǎn)生彎曲變形，影響測(cè)試精度。經(jīng)過(guò)以上實(shí)驗(yàn)可以看出：劃線對(duì)比法、膨脹法、激光法盡管存在一些技術(shù)難題，劃線對(duì)比法需改進(jìn)劃線方式，進(jìn)一步提高精度；膨脹法可通過(guò)調(diào)整系統(tǒng)壓力或者位移補(bǔ)償