薄膜真空螢光顯示器製備工藝的製作方法
2023-05-30 20:12:16
專利名稱：薄膜真空螢光顯示器製備工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種專用於製造電子管、放電燈及其部件的設備和方法，特別是涉及一種薄膜真空螢光顯示器的製備工藝。
背景技術：
真空螢光顯示器，簡稱VFD(VACUUM FLUORECENT DISPLAY)，是從真空電子管發展而來的顯示器件，由發射電子的陰極、加速控制電子流的柵極、玻璃基板上印上電極和螢光粉的陽極以及柵極和玻蓋構成。VFD以發光亮度高，多彩色顯示，圖案顯示靈活，視角大，可靠性高和壽命長，自發光，驅動電壓低等優點而被廣泛應用在家用電器如微波爐、冰箱、空調、洗衣機、消毒櫃等，音響/視頻設備如影碟機、音響、錄影機等，儀器儀表如加油機、計價器、工業儀表等、POS機包括計稅收銀機、電子衡器、汽車及公共顯示裝置等各種領域。根據配線層製造工藝的不同，真空螢光顯示器可分為厚膜真空螢光顯示器(配線間距/幅度200/200um以上)，薄膜真空螢光顯示器(配線間距/幅度30/30um)，二者在製造工藝和製造設備方面存在很大的區別。隨著集成電路的發展，各種應用真空螢光顯示器的整機也逐漸向輕、薄、大、顯示區域面積小、顯示內容豐富的方向發展，它要求配套的VFD也具有同樣的特點，同時要求配套的VFD使用壽命更長，性能更穩定。VFD要在相同的顯示面積中顯示更為豐富的內容，就要求配線密度和精度達到更好的要求，傳統絲網印刷的厚膜製作工藝不能滿足上述需求，厚膜VFD的顯示面積一般只有150*50mm2，並且存在執行率低、浪費大等缺點。
發明內容
本發明的目的在於提供一種薄膜真空螢光顯示器製備工藝，使得VFD最大尺寸從厚膜VFD的150*50mm2提高到薄膜VFD的220*80mm2，使VFD產品實現更大的顯示面積，並且提供配線層的密度，使VFD在相同面積內可以顯示更為豐富的內容。
為了實現上述目的，所採用的技術方案一種薄膜真空螢光顯示器製備工藝，在玻璃基板上進行鋁濺射，使基板的表面均勻覆蓋一層鋁膜，然後對基板進行成像工程，使基板的表面呈現所要求的電氣布線圖形，所述的成像工程包括如下的步驟(a)P/R塗敷在覆蓋有鋁膜的玻璃基板上均勻塗覆一層P/R感光膜；(b)Pre-Bake烘乾對玻璃基板進行熱處理，蒸發或烘乾P/R感光膜中的溶劑；(c)曝光在玻璃基板上放置帶有圖案的Cr-Mask或Al-Mask，並用高壓水銀燈進行照射，Mask覆蓋之外的P/R感光膜被曝光；(d)顯影使曝光後的玻璃基板經過鹼性顯影液，去除玻璃基板上曝光部分的P/R感光膜；(e)蝕刻經過顯影的過程，又在除去P/R感光膜的鋁膜表面噴灑刻蝕液，使玻璃基板上Mask圖案以外的鋁被蝕刻掉；(f)去膜使用去膜液進一步除去玻璃基板鋁膜表面Mask圖案上的P/R感光膜。
本發明採用的技術方案與現有的VFD厚膜生產工藝相比，具有明顯的優點和積極效果薄膜VFD採用AL濺射、和成像工程等的新工藝，改變了原先厚膜VFD配線通過絲網印刷形成的舊工藝，使得薄膜VFD產品單位面積內配線密度、配線精密度、配線的複雜性都大幅度提高，並進一步使VFD最大尺寸從厚膜VFD的150*50mm2提高到薄膜VFD的220*80mm2，使薄膜VFD產品具有顯示區域面積大、顯示內容豐富的特點。具體而言薄膜VFD的製作比厚膜VFD精確，這樣設計上受約束的條件就減少了，在設計時可以利用更多的空間，在VFD單位可設計配線面積內，配線的數量增加，配線的距離和線幅減少，設計最小值達到間距30μm，線幅30μm。配線至Lead Pad距離增加，因為配線和Lead Pad在同一層，厚膜印刷時也同時印刷，為了避免印刷溢出造成的Short，厚膜設計時配線至Lead Pad距離要保證在0.3mm以上，在薄膜VFD製備工藝中，由於精度提高，配線至Lead Pad距離0.15mm以上可以，這樣進一步擴大了配線的空間。對於VFD設計，顏色選擇範圍更廣了，厚膜VFD漿料在生產的某些環節，會與Color漿料中Zn發生化學反應，產生大量Short不良，薄膜技術適用以後，不會有此類不良發生，可以適用SSVD所有的13種顏色。配線設計上的種種局限性的減小，大大提高了高難度VFD設計配線成功的可能性，使得薄膜VFD產品具有良好的市場前景。
圖1薄膜VFD製備工藝成像工程流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖，對本發明進一步詳細描述如圖1所示，一種薄膜真空螢光顯示器製備工藝，在玻璃基板上進行鋁濺射，使基板的表面均勻覆蓋一層鋁膜，然後對基板進行成像工程，使基板的表面呈現所要求的電氣布線圖形，其特徵在於所述的成像工程包括如下步驟(g)P/R塗敷在覆蓋有鋁膜的玻璃基板上均勻塗覆一層P/R感光膜；(h)Pre-Bake烘乾對玻璃基板進行熱處理，蒸發或烘乾P/R感光膜中的溶劑；(i)曝光在玻璃基板上放置帶有圖案的Cr-Mask或Al-Mask，並用高壓水銀燈進行照射，Mask覆蓋之外的P/R感光膜被曝光；(j)顯影使曝光後的玻璃基板經過鹼性顯影液，去除玻璃基板上曝光部分的P/R感光膜；(k)蝕刻經過顯影的過程，又在除去P/R感光膜的鋁膜表面噴灑刻蝕液，使玻璃基板上Mask圖案以外的鋁被蝕刻掉；(l)去膜使用去膜液進一步除去玻璃基板鋁膜表面Mask圖案上的P/R感光膜。
鋁濺射是為了使玻璃基板表面覆蓋一層均勻的金屬鋁粒子。濺射裝置由被稱為真空裝置的陰極的鋁TARGET和陽極的基板CARRIER構成。向真空室內灌入Ar的非活性氣體，在陰極上加(-)電壓，從陰極釋放出的電子就會與Ar氣體分子衝突使Ar離子化。
Ar+電子(1次)＝Ar++電子(1次)+電子(2次)但只有極少的一部分Ar被離子化，大部分Ar都恢復到原來的狀態。在Ar被激發的同時釋放電子，再結合時釋放能量，這時發生Energy放電，能夠看到離子和電子共存的紫色的Plasma。Plasma內的Ar離子由於其電位差大，加速向鋁TARGET(陰極)移動，當打到鋁TARGET時，中性的TARGET材料離子濺到鋁基板(玻璃)上。
1、所有真空室的真空度要確保在5.0*10-3(Pa)以下，安裝壓力測試裝置，壓力高出警戒線，由安全裝置發出報警信號。
2、保證冷卻水的噴射方向，確保冷卻水流量7～8(升/min)。
3、Ar保管筒壓力為30kg/cm2以上，確保Ar氣體保管安全。
鋁膜厚度要求控制在1.0±0.2um。
光反射率控制在GLOSS 800以上。
越是具有複雜多樣的文字或圖案的VFD，就越要求電氣布線微細和高密度。為了在鋁濺射形成鋁膜的玻璃上面呈現所要求的電氣布線，就必須經過成像過程。成像工程由5個工程組成，包括P/R塗敷(顯影液)，Pre-Bake，曝光，顯影，蝕刻，去膜工程組成。成像工程為薄膜VFD生產工藝的主要工藝流程、核心技術所在。
P/R塗敷P/R(感光劑)是指當Photo Resist暴露在光、放射或熱等各種形態的能量時具有內部結構變化特性的化學混合物。將P/R感光膜均勻的塗附在有AL膜的GLASS上，進行P/R塗敷的目的是為了曝光而進行的前期準備工程。由於薄膜工程採用流水線作業，因此在P/R塗敷的過程中必須確保P/R塗敷的厚度和傳輸速度按P/R塗敷的要求進行。因此，其塗敷的厚度通過塗敷滾軸的壓力和轉速控制，以及玻璃基板本身的傳輸速度共同配合，滿足對P/R塗敷的要求，控制參數見表1。
表1
Pre-Bake工程是指在曝光前使P/R溶劑蒸發的熱處理工程，如果溶劑留在P/R塗敷層中，曝光時會產生阻力，不能正常曝光。烘乾的溫度、時間控制十分重要，根據P/R本身的特定在限定的條件下進行，就可以控制其狀態，參數控制見表2。
表2
曝光是指在經過P/R塗敷的基板上放Cr-Mask(配線幅度/間距30/30um)或者是設計的FILM(配線幅度/間距大於50/50um、)所製作的Al-Mask進行曝光。曝光採用高壓水銀燈照射。曝光反應化學式如下
當配線幅度/間距設計值有一個值小於50um時，按標準進行Cr-Mask製作。當配線幅度/間距設計值君大於50um時採用Al-Mask製作。Cr-Mask採用鉻金屬，通過雷射刻蝕形成，其精度和強度均好於Al-Mask。因此，在配線幅度/間距設計值小於普通薄膜VFD製品的規格時採用，能夠很好的確保薄膜基板的良品率。
1、控制曝光量，當曝光時間滿足曝光量時，停止曝光。通過曝光量測試決定。
2、設計時在Mask上設計與基板大小一致的對角線標註。
3、通過SHORT/OPEN檢查，確認Mask不良位置，對斷線位置進行修復。
曝光參數控制見表3。
表3
顯影經過MASK曝光後的基板玻璃上將分為兩部分，一部分為高分子化的部分，另一部分為為沒有高分子化的部分。被光照射過的部分為沒有高分子化的部分，顯影就是通過配比好的顯影液除去沒有高分子化的P/R部分的工程。顯影液的配比和顯影的時間必須控制在一定的規格內，超過或者沒有達到該規格會導致顯影不足或者是高分子化的P/R部分也會被侵蝕。顯影化學反應式如下
1、當發生未顯影不良時，減小速度設定，每次減小50左右。當傳送速度設定值小於550MM/MIN時，更換顯影液。或者連續作業時每4小時更換60L顯影液。未顯影不良指顯影作業完成後，圖案之外的地方仍舊有感光劑P/R。
2、當發生過度顯影不良時，提高速度設定，每次提高50左右。過度顯影不良指本該留在圖案上的感光劑P/R也被顯影掉了。確認傳送速度，並及時根據顯影情況進行調整。
顯影參數控制見表4。
表4
蝕刻顯影過程結束後，在除去P/R的鋁表面噴灑刻蝕液，刻蝕鋁表面。刻蝕液的配比和刻蝕的時間必須控制在一定的規格內，超過或者沒有達到該規格會導致刻蝕不足或者刻蝕過度。
1、蝕刻不完全發生時即基板上圖像以外的鋁未被蝕刻掉的情況，按如下操作1)調低傳送速度設定，每次調低25MM/MIN2)調低傳送速度無效時，適當提高蝕刻液的溫度，每次調高3℃3)當速度設定低於200MM/MIN時，更換蝕刻液2、過度蝕刻發生時即圖案也被蝕刻掉或者線幅變窄的現象，按如下操作1)提高傳送速度設定，每次提高25MM/MIN2)提高傳送速度無效時，適當調低蝕刻液的溫度，每次調低3℃蝕刻控制參數見表5。
表5
去膜是用比顯影液濃度更高的去膜液完全除去留在鋁圖像上的P/R膜。也就是說因為是P/R沒有電氣特性的物質，如果留在鋁上面，鋁就不能發揮作為電氣布線的作用。去膜液的配比和刻蝕的時間必須控制在一定的規格內，超過或者沒有達到該規格會導致去膜不足或者去膜過度，這樣會導致產品電氣特性不良，或則直接導致產品SHORT/OPEN不良。
1、去膜不完全時，P/R殘留在基板上，將去膜的反送速度下調50mm/min後實施作業。
2、去膜過度，即鋁布線的厚度經過去膜液刻蝕後變小，將去膜的反送速度提高50mm/min後實施作業。
去膜控制參數見表6。
表6
最後通過特殊的檢查機對玻璃基板進行檢查，查出SHORT/OPEN不良，上述步驟製備的玻璃基板供薄膜真空螢光顯示器下一步的製備工藝使用。
權利要求
1.一種薄膜真空螢光顯示器製備工藝，在玻璃基板上進行鋁濺射，使基板的表面均勻覆蓋一層鋁膜，然後對基板進行成像工程，使基板的表面呈現所要求的電氣布線圖形，其特徵在於，所述的成像工程包括如下步驟(a)P/R塗敷在覆蓋有鋁膜的玻璃基板上均勻塗覆一層P/R感光膜；(b)Pre-Bake烘乾對玻璃基板進行熱處理，蒸發或烘乾P/R感光膜中的溶劑；(c)曝光在玻璃基板上放置帶有圖案的Cr-Mask或Al-Mask，並用高壓水銀燈進行照射，Mask覆蓋之外的P/R感光膜被曝光；(d)顯影使曝光後的玻璃基板經過鹼性顯影液，去除玻璃基板上曝光部分的P/R感光膜；(e)蝕刻經過顯影的過程，又在除去P/R感光膜的鋁膜表面噴灑刻蝕液，使玻璃基板上Mask圖案以外的鋁被蝕刻掉；(f)去膜使用去膜液進一步除去玻璃基板鋁膜表面Mask圖案上的P/R感光膜。
2.根據權利要求1所述的一種薄膜真空螢光顯示器製備工藝，其特徵在於，步驟(a)中P/R感光膜的塗覆厚度控制為0.7～1.3μm。
3.根據權利要求1所述的一種薄膜真空螢光顯示器製備工藝，其特徵在於，步驟(b)中熱處理的時間控制為9～10s，熱處理的溫度控制為10～120℃。
4.根據權利要求1所述的一種薄膜真空螢光顯示器製備工藝，其特徵在於，步驟(c)中採用的高壓水銀燈波長為360～420nm，曝光量控制為20～40mj/cm2。
5.根據權利要求1所述的一種薄膜真空螢光顯示器製備工藝，其特徵在於，步驟(d)中的鹼性顯影液是NaOH溶液，顯影液的溫度控制為18～24℃，玻璃基板以550～800mm/min的速度通過顯影液，之後用純水對玻璃基板進行衝洗。
6.根據權利要求1所述的一種薄膜真空螢光顯示器製備工藝，其特徵在於，步驟(f)中去膜液的溫度控制為18～24℃，之後用純水對玻璃基板進行衝洗。
7.根據權利要求1所述的一種薄膜真空螢光顯示器製備工藝，其特徵在於，玻璃基板上鋁膜濺射的厚度控制為0.8～10.2um。
全文摘要
本發明公開了一種薄膜真空螢光顯示器製備工藝，在玻璃基板上進行鋁濺射，使基板的表面均勻覆蓋一層鋁膜，然後對基板進行成像工程，使基板的表面呈現所要求的電氣布線圖形，所述的成像工程包括P/R塗敷、Pre－Bake烘乾、曝光、顯影、蝕刻、去膜5個步驟。本發明改變了目前厚膜VFD生產工藝中配線通過絲網印刷方式形成的舊工藝，使得薄膜VFD產品單位面積內配線密度、配線精密度、配線的複雜性都得以大幅度的提高，並進一步使VFD最大尺寸從厚膜VFD的150*50mm
文檔編號H01J9/20GK1719572SQ200410052650
公開日2006年1月11日 申請日期2004年7月8日 優先權日2004年7月8日
發明者陳晟, 薛毅, 陳輝 申請人:上海三星真空電子器件有限公司