工艺路线
电容触摸屏的生产工艺,很多都是源自线路板生产工艺,由于基板是玻璃,所以跟后来的液晶显示器生产工艺几乎是一样,只是工序稍有调整。现在所谓的丝印工艺、黄光工艺、激光工艺等,在液晶显示器行业里都要用到。至于后段的模组装配生产,就完全跟液晶显示器件生产是一样的了。
电容触摸屏生产主要有三大块:SENSORS功能片制作、COVER盖板制作、模组贴合组装。而大型的生产企业,则按加工中心划分:图形制作、外形加工、模组贴合。相对来说,后面这一种划分更专业些。
图形制作
图形制作部分,主要分为丝印工艺、光刻工艺、激光加工工艺,一般是三种工艺并存的,除非是规模小、产品单一的工厂。
丝印工艺:丝印的线宽线距,在保证良率的情况下,低粘度的油墨材料上,可以做到0.08mm,如果用高精度的丝印机做单次印刷,或互溶性漾色套色印刷,最精细的线条可以做到0.03mm。电容触摸屏由于使用的是玻璃基板,表面张力很高,在制作SENSORS功能片的时候,用到的油墨,一般是浆料,都是高粘度的,所以在丝印过程中,需要更大的动能去挤压更多的油墨透过网纱,让其贴覆在基板上,这样的情况下,一般电容触摸屏生产时,用到的离板高度较高,丝网的网浆厚度比较厚,丝网孔径比较大,目数比较低。而在制作COVER盖板的时候,则更矛盾,要在高表面张力的表面,印刷低粘度的油墨,有些还要套色,这就需要更高要求的设备与操作技术水准。这也是白色COVER盖板价格奇高的原因。
光刻工艺,就是为了解决丝印的这些问题,光刻工艺,可以使用粘度很低的光刻油墨,通过改质后,让它浸润性很好,从而得到透过率很低,厚度很薄的涂层,并且在平行光的复制下,现在的光刻精度已经下探到5nm以下,大大的降低了光电产品的生产成本。
光刻工艺,主要由以下工序组成:光刻胶制作、曝光显影、蚀刻除胶。由于短波长光刻胶制作出来的图案更精细,所以一般的生产车间都用长波长的环境光,避免光刻胶在贮藏和使用过程中被光线固化或分解。而黄光又能满足照明需要,又能避免激活光刻胶分子,多数的光刻车间采用了黄色光源作为环境光使用,光刻车间就俗称“黄光房”,光刻制程也俗称“黄光制程”。另外由于光刻工艺有用到大量的溶剂或水,所以也有人称之为“湿制程”。
光刻工艺,主要用于制作精度比较高的薄层线路,丝印网版制作,铬版母版制作等,也可以用于厚度较小的基材外形成形粗加工。
上面两种加工工艺,都属于接触式加工工艺,而激光加工工艺,则属于非接触加工工艺。随着INHOUSE在线生产流行过一断时间后,这种灵活性强,操作简易和管理方便的非接触式在线加工工艺在光电行业里面流行起来。
激光加工工艺在触摸屏行业生产中,主要用于母版制作、外形成形和图案线路蚀刻。但是由于中国大陆的激光加工机械方面研究开发十分落后,激光器和主要传动件都要进口,并且多数是在打标机和光绘机的基础上改装过来的,并没有真正自己的激光输出控制程序和软件,所以工作模式单一,生产效率很慢,并且少有能根据上、下游工序进行配套,但在一些比较难吸引人才的地方和环保较严的地方,激光加工工艺的优势十分明显。目前激光加工机械比较发达的国家,是德国和美国。在光电行业里应用较多的是IC生产,并且更多的是用在打标、修复线路、半导体沉积退火上。随着激光器功率的不断改善,软件优化能力的加强,激光加工会越来越普及,但是在图案成型加工领域,也很容易象在打印机领域一样,被喷墨打印技术给替代。
外形加工
触摸屏行业的外形加工主要是两部分,一是玻璃部分,跟传统的玻璃深加工行业区别不太大;二是用PET或PMMA、PC等树脂材料部分。
触摸屏用到的玻璃,一般都是超薄玻璃。但在粗加工阶段,进行层叠后再加工处理,也可以用厚玻璃的加工方式进行。
玻璃的外形加工,如果是直线方形的,直接用普通的直线玻璃切割机就可以了。而玻璃异形加工,可以采用专门的异形玻璃切割机、CNC仿形机磨削机、机械化学抛光机、化学蚀刻机、超声波切割机、水刀切割机、激光切割机等设备进行加工。
玻璃经过外形加工后,一般要进行强化,以消除加工过程中对玻璃表面造成的细损伤而造成的强度下降。强化有物理退火钢化,化学渗透置换强化,都是通过分子运动改变玻璃表面的晶粒结构,填补加工损伤的晶间裂缝,让玻璃表面的分子间相互作用力更强。
很多时候,玻璃表面还要进行防眩、防指纹、防涩滞处理,做这些处理的方法,有喷涂、浸润、滚涂、镀膜、化学蚀刻、喷砂等等。
PET或PMMA、PC等树脂材料部分的外形加工,主要也是由CNC切割、激光切割、模具成形刀切割等主要方式进行。
模组贴合
模组贴合主要有下面这些工序:FPC元器件SMT贴装;FPC与SENSORS热压贴装;固态OCA光学胶覆合、玻璃盖板跟玻璃SENSORS功能片固态OCA光学胶贴合;玻璃盖板跟玻璃SENSORS功能片液态OCA光学胶贴合;玻璃盖板跟树脂软膜SENSORS功能片固态OCA光学胶贴合;PC或PMMA盖板跟玻璃SENSORS功能片固态OCA光学胶贴合;PC或PMM盖板跟树脂软膜SENSORS功能片液态OCA光学胶贴合;电容触摸屏模组跟LCDLCM模组固态OCA光学胶贴合;电容触摸屏模组跟LCDLCM模组液态OCA光学胶贴合等等。
固态光学胶与液态光学胶贴合工艺的区别在于,前面一个需要真空脱泡,适用于小尺寸产品;后面另一个需要光学固化,适用于大尺寸产品。
模组贴合主要由机器完成,对机器的适配性要求稍高一些,工艺的自由度不大,什么样的设备决定了用什么样的艺。很多工厂为了减少投资,会把一个或几个工序,外发到专业的外包商去制作,自己只做自己比较专业的部分。
模组贴合的良率关键,在电性能测试与环境污染控制,所以对辅助人员的熟练性和卫生素质,有些时候比前面的外形加工部分还要高。
新工艺
随着科技的发展,新的电容屏生产工艺也出现在人们的视野中。其中材料中有纳米材料、石墨烯材料等技术,生产工艺中有喷涂技术和2D、3D喷墨打印技术,这两种技术,都需要找到固化后电阻能稳定、光学能透明的材料。
随着材料技术突破和IC随动自适应性能的增强,这两种万能又简易的生产技术,在这种表面主动控制元器件上,将会取代前面那些复杂、耗能的传统生产工艺。