CN1719572A

CN1719572A - 薄膜真空荧光显示器制备工艺

Info

Publication number: CN1719572A
Application number: CN 200410052650
Authority: CN
Inventors: 陈晟; 薛毅; 陈辉
Original assignee: SANXING VACUUM ELECTRONIC DEVICE CO Ltd SHANGHAI
Current assignee: SANXING VACUUM ELECTRONIC DEVICE CO Ltd SHANGHAI
Priority date: 2004-07-08
Filing date: 2004-07-08
Publication date: 2006-01-11

Abstract

本发明公开了一种薄膜真空荧光显示器制备工艺，在玻璃基板上进行铝溅射，使基板的表面均匀覆盖一层铝膜，然后对基板进行成像工程，使基板的表面呈现所要求的电气布线图形，所述的成像工程包括P/R涂敷、Pre－Bake烘干、曝光、显影、蚀刻、去膜5个步骤。本发明改变了目前厚膜VFD生产工艺中配线通过丝网印刷方式形成的旧工艺，使得薄膜VFD产品单位面积内配线密度、配线精密度、配线的复杂性都得以大幅度的提高，并进一步使VFD最大尺寸从厚膜VFD的150*50mm²提高到薄膜VFD的220*80mm²，本发明生产的薄膜VFD产品具有显示区域面积大、显示内容丰富等优点。

Description

薄膜真空荧光显示器制备工艺

技术领域

本发明涉及一种专用于制造电子管、放电灯及其部件的设备和方法，特别是涉及一种薄膜真空荧光显示器的制备工艺。

背景技术

真空荧光显示器，简称VFD(VACUUM FLUORECENT DISPLAY)，是从真空电子管发展而来的显示器件，由发射电子的阴极、加速控制电子流的栅极、玻璃基板上印上电极和荧光粉的阳极以及栅极和玻盖构成。VFD以发光亮度高，多彩色显示，图案显示灵活，视角大，可靠性高和寿命长，自发光，驱动电压低等优点而被广泛应用在家用电器如微波炉、冰箱、空调、洗衣机、消毒柜等，音响/视频设备如影碟机、音响、录影机等，仪器仪表如加油机、计价器、工业仪表等、POS机包括计税收银机、电子衡器、汽车及公共显示装置等各种领域。根据配线层制造工艺的不同，真空荧光显示器可分为厚膜真空荧光显示器(配线间距/幅度200/200um以上)，薄膜真空荧光显示器(配线间距/幅度30/30um)，二者在制造工艺和制造设备方面存在很大的区别。随着集成电路的发展，各种应用真空荧光显示器的整机也逐渐向轻、薄、大、显示区域面积小、显示内容丰富的方向发展，它要求配套的VFD也具有同样的特点，同时要求配套的VFD使用寿命更长，性能更稳定。VFD要在相同的显示面积中显示更为丰富的内容，就要求配线密度和精度达到更好的要求，传统丝网印刷的厚膜制作工艺不能满足上述需求，厚膜VFD的显示面积一般只有150*50mm²，并且存在执行率低、浪费大等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种薄膜真空荧光显示器制备工艺，使得VFD最大尺寸从厚膜VFD的150*50mm²提高到薄膜VFD的220*80mm²，使VFD产品实现更大的显示面积，并且提供配线层的密度，使VFD在相同面积内可以显示更为丰富的内容。

为了实现上述目的，所采用的技术方案：一种薄膜真空荧光显示器制备工艺，在玻璃基板上进行铝溅射，使基板的表面均匀覆盖一层铝膜，然后对基板进行成像工程，使基板的表面呈现所要求的电气布线图形，所述的成像工程包括如下的步骤：

(a)P/R涂敷：在覆盖有铝膜的玻璃基板上均匀涂覆一层P/R感光膜；

(b)Pre-Bake烘干：对玻璃基板进行热处理，蒸发或烘干P/R感光膜中的溶剂；

(c)曝光：在玻璃基板上放置带有图案的Cr-Mask或Al-Mask，并用高压水银灯进行照射，Mask覆盖之外的P/R感光膜被曝光；

(d)显影：使曝光后的玻璃基板经过碱性显影液，去除玻璃基板上曝光部分的P/R感光膜；

(e)蚀刻：经过显影的过程，又在除去P/R感光膜的铝膜表面喷洒刻蚀液，使玻璃基板上Mask图案以外的铝被蚀刻掉；

(f)去膜：使用去膜液进一步除去玻璃基板铝膜表面Mask图案上的P/R感光膜。

本发明采用的技术方案与现有的VFD厚膜生产工艺相比，具有明显的优点和积极效果：薄膜VFD采用AL溅射、和成像工程等的新工艺，改变了原先厚膜VFD配线通过丝网印刷形成的旧工艺，使得薄膜VFD产品单位面积内配线密度、配线精密度、配线的复杂性都大幅度提高，并进一步使VFD最大尺寸从厚膜VFD的150*50mm²提高到薄膜VFD的220*80mm²，使薄膜VFD产品具有显示区域面积大、显示内容丰富的特点。具体而言薄膜VFD的制作比厚膜VFD精确，这样设计上受约束的条件就减少了，在设计时可以利用更多的空间，在VFD单位可设计配线面积内，配线的数量增加，配线的距离和线幅减少，设计最小值达到间距30μm，线幅30μm。配线至Lead Pad距离增加，因为配线和Lead Pad在同一层，厚膜印刷时也同时印刷，为了避免印刷溢出造成的Short，厚膜设计时配线至Lead Pad距离要保证在0.3mm以上，在薄膜VFD制备工艺中，由于精度提高，配线至Lead Pad距离0.15mm以上可以，这样进一步扩大了配线的空间。对于VFD设计，颜色选择范围更广了，厚膜VFD浆料在生产的某些环节，会与Color浆料中Zn发生化学反应，产生大量Short不良，薄膜技术适用以后，不会有此类不良发生，可以适用SSVD所有的13种颜色。配线设计上的种种局限性的减小，大大提高了高难度VFD设计配线成功的可能性，使得薄膜VFD产品具有良好的市场前景。

附图说明

图1薄膜VFD制备工艺成像工程流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明进一步详细描述：如图1所示，一种薄膜真空荧光显示器制备工艺，在玻璃基板上进行铝溅射，使基板的表面均匀覆盖一层铝膜，然后对基板进行成像工程，使基板的表面呈现所要求的电气布线图形，其特征在于所述的成像工程包括如下步骤：

(g)P/R涂敷：在覆盖有铝膜的玻璃基板上均匀涂覆一层P/R感光膜；

(h)Pre-Bake烘干：对玻璃基板进行热处理，蒸发或烘干P/R感光膜中的溶剂；

(i)曝光：在玻璃基板上放置带有图案的Cr-Mask或Al-Mask，并用高压水银灯进行照射，Mask覆盖之外的P/R感光膜被曝光；

(j)显影：使曝光后的玻璃基板经过碱性显影液，去除玻璃基板上曝光部分的P/R感光膜；

(k)蚀刻：经过显影的过程，又在除去P/R感光膜的铝膜表面喷洒刻蚀液，使玻璃基板上Mask图案以外的铝被蚀刻掉；

(l)去膜：使用去膜液进一步除去玻璃基板铝膜表面Mask图案上的P/R感光膜。

铝溅射是为了使玻璃基板表面覆盖一层均匀的金属铝粒子。溅射装置由被称为真空装置的阴极的铝TARGET和阳极的基板CARRIER构成。向真空室内灌入Ar的非活性气体，在阴极上加(-)电压，从阴极释放出的电子就会与Ar气体分子冲突使Ar离子化。

Ar+电子(1次)＝Ar⁺+电子(1次)+电子(2次)

但只有极少的一部分Ar被离子化，大部分Ar都恢复到原来的状态。在Ar被激发的同时释放电子，再结合时释放能量，这时发生Energy放电，能够看到离子和电子共存的紫色的Plasma。Plasma内的Ar离子由于其电位差大，加速向铝TARGET(阴极)移动，当打到铝TARGET时，中性的TARGET材料离子溅到铝基板(玻璃)上。

1、所有真空室的真空度要确保在5.0*10-3(Pa)以下，安装压力测试装置，压力高出警戒线，由安全装置发出报警信号。

2、保证冷却水的喷射方向，确保冷却水流量7～8(升/min)。

3、Ar保管筒压力为30kg/cm²以上，确保Ar气体保管安全。

铝膜厚度要求控制在1.0±0.2um。

光反射率控制在GLOSS 800以上。

越是具有复杂多样的文字或图案的VFD，就越要求电气布线微细和高密度。为了在铝溅射形成铝膜的玻璃上面呈现所要求的电气布线，就必须经过成像过程。成像工程由5个工程组成，包括P/R涂敷(显影液)，Pre-Bake，曝光，显影，蚀刻，去膜工程组成。成像工程为薄膜VFD生产工艺的主要工艺流程、核心技术所在。

P/R涂敷：P/R(感光剂)是指当Photo Resist暴露在光、放射或热等各种形态的能量时具有内部结构变化特性的化学混合物。将P/R感光膜均匀的涂附在有AL膜的GLASS上，进行P/R涂敷的目的是为了曝光而进行的前期准备工程。由于薄膜工程采用流水线作业，因此在P/R涂敷的过程中必须确保P/R涂敷的厚度和传输速度按P/R涂敷的要求进行。因此，其涂敷的厚度通过涂敷滚轴的压力和转速控制，以及玻璃基板本身的传输速度共同配合，满足对P/R涂敷的要求，控制参数见表1。

表1

项目	设定	作业条件
项目	设定	作业条件	搬送SPEED	4.5±0.1(m/min)	4.4～4.6(m/min)
P/R厚度	1.0±0.3[μm]	1.0±0.3[μm]	搬送SPEED	4.5±0.1(m/min)	4.4～4.6(m/min)
P/R厚度	1.0±0.3[μm]	1.0±0.3[μm]	P/R新液开瓶后使用期限	2天	2天
ROLLER更换周期	连续使用10个月更换		P/R新液开瓶后使用期限	2天	2天
ROLLER更换周期	连续使用10个月更换		ROLLER清洗周期	连续作业中每8小时清洗一次

Pre-Bake工程：是指在曝光前使P/R溶剂蒸发的热处理工程，如果溶剂留在P/R涂敷层中，曝光时会产生阻力，不能正常曝光。烘干的温度、时间控制十分重要，根据P/R本身的特定在限定的条件下进行，就可以控制其状态，参数控制见表2。

表2

区分			PRE-BAKE A line		PRE-BAKE B line
			PRE-BAKE A line		PRE-BAKE B line		设定条件	作业条件	设定条件	作业条件
			TACT TIME		1.8mm玻璃	9秒		作业条件	设定条件	作业条件	9秒
2.4mm及以上玻璃	10秒				1.8mm玻璃	9秒		10秒			9秒
2.4mm及以上玻璃	10秒				温度	POS 1，2		10秒		55℃	45~65℃	55℃	45～65℃
POS 3，4		75℃	65~85℃	75℃		POS 1，2		65～85℃		55℃	45~65℃	55℃	45～65℃
POS 3，4		75℃	65~85℃	75℃		POS 5，6		65～85℃	105℃	95～115℃	100℃	90～110℃
POS 7，8		110℃	100～120℃	100℃		POS 5，6		90～110℃	105℃	95～115℃	100℃	90～110℃
POS 7，8		110℃	100～120℃	100℃		POS 9，10		90～110℃	110℃	100～120℃	95℃	85～105℃
POS 11，12		90℃	80～100℃	75℃		POS 9，10		65～95℃	110℃	100～120℃	95℃	85～105℃
POS 11，12		90℃	80～100℃	75℃		POS 13，14		65～95℃	80℃	70～90℃	50℃	40～80℃
POS 15，16		60℃	50～70℃	40℃		POS 13，14		30～70℃	80℃	70～90℃	50℃	40～80℃
POS 15，16		60℃	50～70℃	40℃		POS 17，18		30～70℃	20℃	10～30℃	20℃	10～40℃
POS 19，20		20℃	10～30℃	20℃		POS 17，18		10～40℃	20℃	10～30℃	20℃	10～40℃
POS 19，20		20℃	10～30℃	20℃		POS 21，22		10～40℃	20℃	10～30℃	20℃	10～40℃

曝光：是指在经过P/R涂敷的基板上放Cr-Mask(配线幅度/间距：30/30um)或者是设计的FILM(配线幅度/间距：大于50/50um、)所制作的Al-Mask进行曝光。曝光采用高压水银灯照射。曝光反应化学式如下：

当配线幅度/间距设计值：有一个值小于50um时，按标准进行Cr-Mask制作。当配线幅度/间距设计值君大于50um时采用Al-Mask制作。Cr-Mask采用铬金属，通过激光刻蚀形成，其精度和强度均好于Al-Mask。因此，在配线幅度/间距设计值小于普通薄膜VFD制品的规格时采用，能够很好的确保薄膜基板的良品率。

1、控制曝光量，当曝光时间满足曝光量时，停止曝光。通过曝光量测试决定。

2、设计时在Mask上设计与基板大小一致的对角线标注。

3、通过SHORT/OPEN检查，确认Mask不良位置，对断线位置进行修复。

曝光参数控制见表3。

表3

项目	作业条件
项目	作业条件	曝光量	30±10(mj/cm²)
水银灯波长	360-420nm	曝光量	30±10(mj/cm²)

显影：经过MASK曝光后的基板玻璃上将分为两部分，一部分为高分子化的部分，另一部分为为没有高分子化的部分。被光照射过的部分为没有高分子化的部分，显影就是通过配比好的显影液除去没有高分子化的P/R部分的工程。显影液的配比和显影的时间必须控制在一定的规格内，超过或者没有达到该规格会导致显影不足或者是高分子化的P/R部分也会被侵蚀。显影化学反应式如下：

1、当发生未显影不良时，减小速度设定，每次减小50左右。当传送速度设定值小于550MM/MIN时，更换显影液。或者连续作业时每4小时更换60L显影液。未显影不良指显影作业完成后，图案之外的地方仍旧有感光剂P/R。

2、当发生过度显影不良时，提高速度设定，每次提高50左右。过度显影不良指本该留在图案上的感光剂P/R也被显影掉了。确认传送速度，并及时根据显影情况进行调整。

显影参数控制见表4。

表4

确认显影液喷射压力(1次/天)项目		作业条件
确认显影液喷射压力(1次/天)项目		作业条件	速度设定	550～800mm/min
显影液投入量		120(L)	速度设定	550～800mm/min
显影液投入量		120(L)	显影液温度	21±3℃
显影液吐出压力		0.02～0.15(Kgf/cm²)	显影液温度	21±3℃
显影液吐出压力		0.02～0.15(Kgf/cm²)	纯水流量	3～8(l/min)
管理项目	显像后P/R厚度	1.0±0.3(μm)	纯水流量	3～8(l/min)

蚀刻：显影过程结束后，在除去P/R的铝表面喷洒刻蚀液，刻蚀铝表面。刻蚀液的配比和刻蚀的时间必须控制在一定的规格内，超过或者没有达到该规格会导致刻蚀不足或者刻蚀过度。

1、蚀刻不完全发生时即基板上图像以外的铝未被蚀刻掉的情况，按如下操作：

1)调低传送速度设定，每次调低25MM/MIN

2)调低传送速度无效时，适当提高蚀刻液的温度，每次调高3℃

3)当速度设定低于200MM/MIN时，更换蚀刻液

2、过度蚀刻发生时即图案也被蚀刻掉或者线幅变窄的现象，按如下操作：

1)提高传送速度设定，每次提高25MM/MIN

2)提高传送速度无效时，适当调低蚀刻液的温度，每次调低3℃蚀刻控制参数见表5。

表5

项目	作业条件
项目	作业条件	传送速度设定	200～450mm/min
蚀刻液投入量	130(l)	传送速度设定	200～450mm/min
蚀刻液投入量	130(l)	蚀刻液温度	45～60℃
蚀刻液泵吐出压力	0.05～0.2(Kgf/cm²)	蚀刻液温度	45～60℃
蚀刻液泵吐出压力	0.05～0.2(Kgf/cm²)	纯水流量	3～8(L/min)
蚀刻完全槽	7～9槽	纯水流量	3～8(L/min)

去膜：是用比显影液浓度更高的去膜液完全除去留在铝图像上的P/R膜。也就是说因为是P/R没有电气特性的物质，如果留在铝上面，铝就不能发挥作为电气布线的作用。去膜液的配比和刻蚀的时间必须控制在一定的规格内，超过或者没有达到该规格会导致去膜不足或者去膜过度，这样会导致产品电气特性不良，或则直接导致产品SHORT/OPEN不良。

1、去膜不完全时，P/R残留在基板上，将去膜的反送速度下调50mm/min后实施作业。

2、去膜过度，即铝布线的厚度经过去膜液刻蚀后变小，将去膜的反送速度提高50mm/min后实施作业。

去膜控制参数见表6。

表6

项目	设定条件
项目	设定条件	传送速度设定	600～800mm/min
去膜液投入量	130(l)	传送速度设定	600～800mm/min
去膜液投入量	130(l)	去膜液温度	18～24℃
去膜液喷射压力	0.70±0.10(Kgf/cm²)	去膜液温度	18～24℃

Blower温度		50～65℃
Blower温度		50～65℃	纯水流量		3～8[L/min]
管理项目	去膜后AL膜厚度	0.7～1.2(μm)	纯水流量		3～8[L/min]
	去膜后AL膜厚度	0.7～1.2(μm)	去膜后配线幅	85～100(％)

最后通过特殊的检查机对玻璃基板进行检查，查出SHORT/OPEN不良，上述步骤制备的玻璃基板供薄膜真空荧光显示器下一步的制备工艺使用。

Claims

1.一种薄膜真空荧光显示器制备工艺，在玻璃基板上进行铝溅射，使基板的表面均匀覆盖一层铝膜，然后对基板进行成像工程，使基板的表面呈现所要求的电气布线图形，其特征在于，所述的成像工程包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种薄膜真空荧光显示器制备工艺，其特征在于，步骤(a)中P/R感光膜的涂覆厚度控制为0.7～1.3μm。

3.根据权利要求1所述的一种薄膜真空荧光显示器制备工艺，其特征在于，步骤(b)中热处理的时间控制为9～10s，热处理的温度控制为10～120℃。

4.根据权利要求1所述的一种薄膜真空荧光显示器制备工艺，其特征在于，步骤(c)中采用的高压水银灯波长为360～420nm，曝光量控制为20～40mj/cm²。

5.根据权利要求1所述的一种薄膜真空荧光显示器制备工艺，其特征在于，步骤(d)中的碱性显影液是NaOH溶液，显影液的温度控制为18～24℃，玻璃基板以550～800mm/min的速度通过显影液，之后用纯水对玻璃基板进行冲洗。

6.根据权利要求1所述的一种薄膜真空荧光显示器制备工艺，其特征在于，步骤(f)中去膜液的温度控制为18～24℃，之后用纯水对玻璃基板进行冲洗。

7.根据权利要求1所述的一种薄膜真空荧光显示器制备工艺，其特征在于，玻璃基板上铝膜溅射的厚度控制为0.8～10.2um。