專利名稱：用于玻璃基片的支承件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在玻璃基片(玻璃片)上的電子部件的制造，具體涉及在所述制造過程中用來支承薄基片的支承件。定義在本說明書以及權利要求書中，術語"玻璃"同時包括玻璃和玻璃-陶瓷材料。
背景技術：
例如在像素化顯示器(如液晶顯示器(IXD)和有機發(fā)光二極管(OLED)顯示器) 的生產(chǎn)過程中，在玻璃基片上制造各種電子部件，包括薄膜晶體管(TFT)。此種應用的標準基片厚度過去是0. 7毫米，顯示器制造商使用更精密的制造設備來代替使用該種基片的應用。近來，玻璃制造商制造了薄得多的基片，例如厚度低達0. 1毫米以及小于0. 1毫米的基片。為了進行加工，需要將此種薄基片暫時地結合在較厚的支承件上，所述支承件能夠在制造工藝結束的時候松脫所述基片而不會造成破壞。另外，如果可能的話，還希望所述支承件能夠重復使用至少數(shù)次，而不用進行大量的再循環(huán)步驟。另外，為了利用現(xiàn)有的設備， 所述支承件/基片組合件優(yōu)選適合用電子部件(包括TFT)制造中使用的常規(guī)設備和試劑來進行加工，只需要很少的改進，或者不需要進行改進。盡管迄今為止，人們提出了各種用來解決該問題的方案，但是本領域仍然需要該問題的解決方案。這個問題之所以如此棘手，是因為支承件必須滿足以下嚴格的要求1) 能夠耐受在玻璃基片上制造電子部件的過程中使用的化學處理以及升高的溫度，2)能夠在制造工藝過程中將玻璃基片牢牢地保持在支承件上，使得基片和支承件之間沒有相對移動，基本上實現(xiàn)零故障，這是因為故障會造成整個生產(chǎn)線關停，以及幻能夠在制造工藝之后松脫所述玻璃基片以及其上形成的電子部件，而且對此二者都不會造成破壞。在下文將會更全面地討論到，根據(jù)本發(fā)明，我們發(fā)現(xiàn)一種支承件結構以及所述支承件和玻璃基片之間界面的臨界參數(shù)能夠同時滿足以上所有的要求。發(fā)明概述根據(jù)第一個方面，本發(fā)明揭示了一種用于厚度小于或等于0.5毫米的薄玻璃片 (7)的支承件(31)，該支承件包括(A)彈性體(9)，該彈性體具有相反的第一表面(15)和第二表面(17)；以及(B)支承體(11)，該支承體結合于所述彈性體(9)的第一表面(15)，所述支承體 (11)的厚度為所述薄玻璃片(7)厚度的1-10倍；其中
(i)在使用過程中，所述薄玻璃片(7)與所述彈性體的第二表面(17)直接接觸，并且以可松脫的形式結合于所述彈性體的第二表面；(ii)所述彈性體的第二表面(17)具有以下性質(zhì)(a)肖氏A硬度為10-90，和(b)粗糙度(Ra值)小于或等于185納米；以及(iii)采用20毫米/分鐘的剝離速度和90度的剝離角度測量，所述第一表面(15) 和支承體(11)之間結合的剝離強度至少為0. 5千牛頓/米。根據(jù)第二個方面，本發(fā)明揭示了一種組合件(13)，該組合件包括第一方面所述的支承件(31)以及厚度小于或等于0.5毫米的薄玻璃片(7)。在以上對本發(fā)明的各方面的概述中使用的標記數(shù)字只是為了讀者的方便，并未用來限制本發(fā)明的范圍，也不應被理解為對本發(fā)明范圍的限制。一般而言，應理解前面的一般性描述和以下的詳細描述都只是對本發(fā)明的示例，用來提供理解本發(fā)明的性質(zhì)和特性的總體評述或框架。在以下的詳細描述中提出了本發(fā)明另外的特征和優(yōu)點，對于本領域的技術人員而言，由所述內(nèi)容或通過按照本文所述實施本發(fā)明而了解，其中的部分特性和優(yōu)點將是顯而易見的。包括的附圖提供了對本發(fā)明的進一步理解，附圖被結合在本說明書中并構成說明書的一部分。應理解，在本說明書和附圖中揭示的本發(fā)明的各種特征可以以任意和所有的組合方式使用。附圖簡要說明

圖1是包括以可松脫的方式結合于支承件的薄玻璃片的支承件的一個實施方式的示意圖。圖2是從圖1所示的支承件除去薄玻璃片的示意圖。圖3是用來測量彈性體和玻璃表面之間的粘著能量的實驗設備的示意圖。圖4是針對肖氏 A硬度為10的硅酮彈性體，其支承件故障-表面粗糙度關系圖。圖5是針對圖4的硅酮彈性體和肖氏A硬度，其支承件故障-粘著能量關系圖。對由拋光的Pyrex 玻璃組成的圓柱體以及0. 1米/秒的圓柱體轉速測定粘著能量。圖6是針對肖氏A硬度為22的硅酮彈性體，其支承件故障-表面粗糙度關系圖。圖7是針對圖6的硅酮彈性體和肖氏A硬度，其支承件故障-粘著能量關系圖。對由拋光的Pyrex玻璃組成的圓柱體以及0. 1米/秒的圓柱體轉速測定粘著能量。圖8是針對肖氏A硬度為33的硅酮彈性體，其支承件故障-表面粗糙度關系圖。圖9是針對圖8的硅酮彈性體和肖氏A硬度，其支承件故障-粘著能量關系圖。對由拋光的Pyrex玻璃組成的圓柱體以及0. 1米/秒的圓柱體轉速測定粘著能量。圖10是將圖4、6和8的數(shù)據(jù)合并得到的支承件故障_表面粗糙度關系圖。在此圖中，實心菱形、空心菱形和實心三角分別表示肖氏A硬度為10、22和33的數(shù)據(jù)。圖11是將圖5、7和9的數(shù)據(jù)合并得到的支承件故障-粘著能量關系圖。在此圖中，實心菱形、空心菱形和實心三角分別表示肖氏A硬度為10、22和33的數(shù)據(jù)。圖1-3并不是按照比例繪制的，并不表示所示部件的相對尺寸。附圖中使用的附圖標記對應于以下部件7薄玻璃基片
9 彈性體11支承體13支承件/薄玻璃基片組合件15彈性體的第一表面17彈性體的第二表面19玻璃圓柱體21粘著能量測試設備23薄玻璃基片的裸露表面25薄玻璃基片的結合表面27彈性體層31支承件優(yōu)選實施方式圖1和圖2顯示了本發(fā)明的結構方面。如圖所示，支承件31包括彈性體9，所述彈性體9具有第一表面15和第二表面17。所述第一表面15結合于支承體11，第二表面17 在支承件使用過程中與玻璃片7直接接觸，具體來說與玻璃片7的表面25直接接觸。在此使用過程中，在玻璃片7的裸露表面23上形成電子部件。玻璃片7可以具有各種組成。代表性的組成包括用于液晶顯示器的那些，例如康寧有限公司(Corning Incorporated)的EAGLE XG玻璃，NEG公司的0A-20玻璃，以及旭硝子(Asahi)的AN-100玻璃。與常規(guī)LCD玻璃不同的是，玻璃片7的厚度小于或等于0. 5毫米，例如其厚度可以小于0. 1毫米。所述玻璃可以是裸露的，或者可以涂覆有任何能夠賦予其所需性質(zhì)(例如防磨損的保護，調(diào)節(jié)粘著性以及/或者減小易碎性)的聚合物或分子。例如，可以用全氟十八烷基三氯硅烷調(diào)節(jié)玻璃與彈性體的粘著性，可以用聚酰亞胺減小玻璃的易碎性。支承體11也可以具有各種組成。通常支承體由玻璃組成，例如由與玻璃片7相同的玻璃組成，但是也可以由不同的玻璃或金屬組成，例如由不銹鋼組成。支承體11的厚度為玻璃片7的厚度的1-10倍。在一個實施方式中，支承體11的厚度在用來制造LCD顯示器的玻璃基片的厚度范圍之內(nèi)，例如厚度為0.7毫米。支承體11的長度和寬度可以根據(jù)將要支承的薄玻璃片的尺寸發(fā)生很大的變化。例如，用于LCD顯示器制造的Gen 5基片的單側表面積為1.5米2。支承體11可以具有類似的表面積，或者根據(jù)應用，具有更小的或者更大的面積。彈性體9發(fā)揮以下重要功能在表面15提供與支承體11之間基本不可松脫的結合，同時在表面17提供與玻璃片7的牢固但可松脫的結合。根據(jù)應用，彈性體9可以覆蓋支承體11的整個表面，或者僅僅覆蓋該表面的一些部分。可以采用部分覆蓋來調(diào)節(jié)彈性體 9和薄玻璃片7之間的所述可松脫結合。彈性體9的厚度可以發(fā)生很大的變化，例如可以是0.1毫米到數(shù)毫米的范圍。彈性體的楊氏模量也可以是很寬的范圍。例如，楊氏模量可以約為Ι-lOMPa，例如約為l-5MPa。為了獲得具有足夠平滑的表面17的彈性體層，可以在固化過程中用平滑的疏水化的玻璃片，例如通過氣相沉積全氟硅烷(例如全氟癸基三氯硅烷)薄層以進行疏水化的玻璃片覆蓋彈性體。較佳的是，所述彈性體是非極性彈性體，其例子包括硅酮彈性體、氟化硅酮彈性體和全氟彈性體。其中，全氟彈性體由于具有以下特性而非常適合用于許多的應用所有的氫原子都被氟原子替代，能夠實現(xiàn)完美的交聯(lián)，這兩種特性使得全氟彈性體的排氣量很少 (例如在325°C浸泡1小時之后沒有可檢測到的排氣)，具有高水平的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，例如在高達40(TC的溫度下具有熱穩(wěn)定性，其化學耐久性高于硅酮和氟化硅酮。所述全氟彈性體與玻璃的結合能可以高于硅酮彈性體，根據(jù)薄玻璃片7和支承體11的組成，對于一些應用，這一特征可能會帶來額外的益處。硅酮彈性體的優(yōu)點在于，可以通過改變固化過程中交聯(lián)劑的用量，簡便地調(diào)節(jié)它們的粘著程度。但是，最終產(chǎn)品中未反應的交聯(lián)劑和/或低分子量物質(zhì)可能會在電子部件的制造過程中產(chǎn)生無法接受的排氣水平。如上文所討論，全氟彈性體通常不會造成排氣問題。至于與支承體11的基本不可松脫的結合，根據(jù)支承體的組成，可以通過將一些彈性體施涂在所述支承體上，并使其原位固化，從而形成這樣的結合?？梢酝ㄟ^改變硫化速率來提高粘著性能。參見Gent的“粘著學報(The Journal of Adhesion) ”，79，第315-325 頁，(2003)。對于其它的彈性體，增粘劑可能有助于獲得所需的結合程度。參見L.L6ger的 “大分子合成(Macromol. Symp) 149，第 197-205 頁 Q000)。例如，對于全氟彈性體和由玻璃形成的支承體，可以使用一種或多種氟化硅烷，例如FDS (全氟十八烷基三氯硅烷)作為粘著促進劑?？梢詫⒎柰闅庀喑练e在玻璃上，使得氟化的鏈滲入全氟彈性體中，從而改進所述彈性體和玻璃支承體之間的粘著性。也可以使用粘著劑將彈性體連接于支承體，但是該方法通常不是優(yōu)選的，這是因為在支承件使用過程中，有可能對薄玻璃片7的表面23上形成的電子部件造成污染。粘合劑與增粘劑的區(qū)別在于聚合物分子量。因此，粘合劑通常是大分子聚合物，而增粘劑是分子聚合物，因此粘合劑的分子量明顯大于增粘劑的分子量。無論通過何種方式形成，彈性體和支承體之間形成的結合需要具有足夠高的剝離強度，使得一旦對所述支承件/玻璃片組合件的加工完成之后，將玻璃片7從彈性體剝離的時候，彈性體仍保持連接于所述支承體。從定量的角度來說，為了實現(xiàn)此種功能，當以20毫米/分鐘的剝離速度以及90度的剝離角度條件進行測量的時候，所述彈性體9的表面15 和支承體11之間的結合的剝離強度需要至少為0. 5千牛頓/分鐘。使用配置用來測量抗張強度的INSTR0N機械來測量該剝離強度。對于彈性體9和支承體11之間的界面采用特定的剝離速度和角度，即剝離速度為20毫米/分鐘，角度為90度，對拉張負荷力進行監(jiān)控，將其轉化為能量。與彈性體9和支承體11之間的結合相比，需要彈性體和薄玻璃片之間的結合較弱，但是不能太弱，在加工過程中不會使得玻璃片松脫。如以下實施例所示，我們發(fā)現(xiàn)通過確保彈性體9的表面17具有以下性質(zhì)，可以實現(xiàn)一方面產(chǎn)生足夠的結合以及另一方面產(chǎn)生過高的結合這兩種情形之間的艱難的平衡(i)肖氏A硬度為10-90，和(ii)粗糙度小于或等于185納米，例如粗糙度約等于或小于100納米。肖氏A硬度是用來衡量柔軟材料的硬度的標準化的測試。與其它的硬度測試類似，在特定作用力條件下使得壓頭透入某種材料，用壓痕深度(即該種材料的抗透入性能) 來確定肖氏A硬度值。使用掃描干涉顯微鏡來測量粗糙度，所述顯微鏡包括干涉指紋圖譜 (表面質(zhì)量)已知的參照表面。為了測定某種樣品的粗糙度，用光源對所述樣品和所述參照表面進行照射。將樣品和參照表面反射的光重新合并，得到取決于所述樣品粗糙度的干涉指紋圖譜，將其轉化為粗糙度值，單位為納米。除了肖氏A硬度和表面粗糙度測試以外，還可以通過在制造電子部件過程中在所述支承件/玻璃片組合件將會遇到的條件下測試對彈性體9進行表征，具體來說，所述條件指最有可能導致所述玻璃片和支承件之間分離的條件。可以通過在25°C的超聲(50/60赫茲)丙酮浴中對所述組合件的樣品進行20分鐘測試，從而有效地近似模擬這些條件。該測試的劇烈程度足以將在實際中基本上零故障的組合件與無法做到零故障的組合件區(qū)別開。 從定量的角度來說，如果超過45%的樣品能夠通過該測試，也即是說，如果玻璃片7能夠在表面17上保留的可能性大于45%，則實際中的故障率將基本為零。需要注意的是，所述薄玻璃片7和表面17之間的結合屬于范德華作用力類型。因此，將薄玻璃片從表面17除去幾乎不會給表面造成破壞。這意味著所述支承件可以重復使用，由此帶來顯著的經(jīng)濟效益，其原因在于，如果支承件無法再利用，則意味著在制造過程中將會消耗比最終產(chǎn)品更多的材料(例如，如果支承體11是用玻璃制造的，則會消耗更多的玻璃，如果支承體的厚度比薄玻璃片7的厚度大十倍，則消耗的玻璃也就多十倍)。
實施例以下非限制性實施例進一步用來說明本發(fā)明。實施例中報道的粘著能量是使用圖 3的示意圖顯示的輥筒測定的。參見Μ. E. R. Shanahan, A. Carr6，潤濕和粘著現(xiàn)象中的粘彈性耗散(Viscoelastic dissipation in wetting and adhesion phenomena), Langmuir, 11，第 1396 頁，1995。該測試使用的設備21包括平面，該平面具有可調(diào)節(jié)傾斜角度α。將一個被測彈性體層27固定于所述平面，如箭頭所示，將玻璃輥筒19從該平面滾下。針對特定的角度α 測量該輥筒的速度。然后通過以下公式計算粘著能量G(V)，其單位為焦/米2 G(v) = (m · g · sin(a ))/w其中g為重力常數(shù)，m和w分別是輥筒的質(zhì)量和寬度。實施例1該實施例顯示了肖氏A硬度和表面粗糙度對支承件/玻璃片組合件耐受電子部件制造過程中可能遇到的條件的能力的影響。如上文所述進行"牢固程度"測試，也即是說，將所述組合件的樣品在25°C的超聲(50/60赫茲)丙酮浴中處理20分鐘，測定在測試中不合格/通過的樣品的數(shù)量?？紤]到該測試的劇烈程度，如果通過可能性大于45% (失敗率低于55%)，則認為是可以接受的程度。在對所述彈性體進行壓塑之后，使用硅酮彈性體進行測試，所述彈性體通過在康寧有限公司(Corning Incorporated)的EAGLE XG 玻璃表面上直接交聯(lián)，從而結合在所述玻璃上。將由EAGLE XG玻璃組成的玻璃片施加于所述硅酮彈性體的裸露表面。對具有三種肖氏A硬度值(10，22和33)以及各種表面粗糙度的彈性體樣品進行測試。使用圖3 的輥筒測試來測定粘著能量。所述輥筒由拋光的斯派克斯玻璃(Pyrex glass)組成。測試速度為0. 2毫米/秒-0.1米/秒。測試結果見表1、2、3和圖4-11。從該數(shù)據(jù)可以看到，肖氏A硬度和表面粗糙度值相互影響，因此如果肖氏A硬度值較低，則表面粗糙度可以較大。但是，一般來說，低表面粗糙度值和低肖氏A值的組合能夠給出最高的粘著能量和最高的支承件成功率。實施例2該實施例在用來模擬TFT沉積過程的測試中將硅酮彈性體與全氟彈性體相比較。用以上實施例1所述的超聲波清潔對支承件/玻璃片組合件進行兩次20分鐘的處理，在濃的光刻膠顯影劑中處理5分鐘，并且在270°C的溫度下在金和鉻蝕刻劑中處理14 小時。所述硅酮彈性體和全氟彈性體在超聲波清潔和光刻膠測試中都能夠良好地發(fā)揮功效。在升高溫度條件下的蝕刻測試中，所述全氟彈性體的性能優(yōu)于所述硅酮彈性體，但是二者的結果都是可以接受的。在測試完成之后，與將玻璃片從硅酮彈性體上除去的情況相比， 玻璃片更易于從全氟彈性體上除去。在進一步的比較測試中，對硅酮彈性體和全氟彈性體的熱穩(wěn)定性和排氣性能進行比較。全氟彈性體能夠在高于425°C的溫度下保持穩(wěn)定，而硅酮彈性體則做不到這一點。在排氣測試中，全氟彈性體在325°C保持1小時之后，觀察不到有排氣發(fā)生，而硅酮彈性體在相同條件下則出現(xiàn)環(huán)狀硅氧烷的氣體排出。但是，通過在爐內(nèi)預熱(例如在200°C預熱10 個小時)，可以顯著減少購自瓦克化學公司(Wacker Chemie AG)的硅酮橡膠RT622的排氣。 該處理使得TFT加工過程中的排氣減少。還使用圖3的輥筒測試來對硅酮彈性體和全氟彈性體進行粘著能量實驗。實驗表明全氟彈性體獲得的粘著能量總是高于硅酮彈性體，在一些情況下，前者比后者高最多40 倍?；谶@些實驗的結果，盡管可以將硅酮彈性體用于許多的用途，但是全氟彈性體的實用性范圍更寬，因此更為優(yōu)選。本文揭示的內(nèi)容，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍下所做的各種修改對于本領域的技術人員而言將是顯而易見的。下面的權利要求書的目的是覆蓋本文中提出的具體實施方式
以及這些實施方式的修改、變化和等同項。表 1肖氏A硬度=10
粗糙度Ra(納米)能量(毫焦/米2)支承件失敗(％ )支承件成功(％)18526354±5461774525±5952026720±0100272000±0100表2肖氏A硬度=2權利要求
1.一種用于厚度小于或等于0. 5毫米的薄玻璃片的支承件，所述支承件包括(A)彈性體，所述彈性體具有第一表面和相反的第二表面；以及(B)支承體，所述支承體結合于所述彈性體的第一表面，所述支承體的厚度為所述薄玻璃片厚度的1-10倍；其中(i)在使用過程中，所述薄玻璃片與所述彈性體的第二表面直接接觸，并且以可松脫的形式結合于所述彈性體的第二表面；( )所述彈性體的第二表面具有以下性質(zhì)(a)肖氏A硬度為10-90，和(b)粗糙度小于或等于185納米；以及(iii)采用20毫米/分鐘的剝離速度和90度的剝離角度測量，所述第一表面和支承體之間的結合的剝離強度至少為0. 5千牛頓/米。
2.如權利要求1所述的支承件，其特征在于，所述彈性體在不使用粘合劑的情況下結合于所述支承體。
3.如權利要求1所述的支承件，其特征在于，在置于25°C的50赫茲或60赫茲的超聲波丙酮浴中20分鐘的條件下，所述薄玻璃片保留在所述第二表面上的可能性大于45%。
4.如權利要求1所述的支承件，其特征在于，所述彈性體是非極性彈性體。
5.如權利要求4所述的支承件，其特征在于，所述彈性體是硅酮彈性體。
6.如權利要求4所述的支承件，其特征在于，所述彈性體是全氟彈性體。
7.如權利要求1所述的支承件，其特征在于，所述支承體由玻璃組成。
8.如權利要求7所述的支承件，其還包括位于所述支承件和所述彈性體之間的增粘劑。
9.如權利要求8所述的支承件，其特征在于，所述彈性體是全氟彈性體。
10.如權利要求9所述的支承件，其特征在于，所述增粘劑是氟化硅烷。
11.如權利要求10所述的支承件，其特征在于，所述增粘劑是全氟十八烷基三氯硅烷。
12.如權利要求1所述的支承件，其特征在于(a)所述彈性體是全氟彈性體；(b)所述支承體由玻璃組成；(c)所述彈性體在不使用粘合劑的情況下結合于所述支承體；以及(d)在置于25°C的50赫茲或60赫茲的超聲波丙酮浴中20分鐘的條件下，所述薄玻璃片保留在所述第二表面上的可能性大于45%。
13.如權利要求12所述的支承件，其還包括位于所述全氟彈性體和所述玻璃支承件之間的全氟十八烷基三氯硅烷增粘劑。
14.一種組合件，其包括如權利要求1所述的支承件以及厚度小于或等于0. 5毫米的薄玻璃片。
15.一種組合件，其包括如權利要求12所述的支承件以及厚度小于或等于0. 5毫米的薄玻璃片。
16.一種組合件，其包括如權利要求13所述的支承件以及厚度小于或等于0. 5毫米的薄玻璃片。
17.如權利要求14所述的組合件，其特征在于，所述薄玻璃片包含適合用作用于像素化顯示器的基片的玻璃。
18.如權利要求15所述的組合件，其特征在于，所述薄玻璃片包含適合用作用于像素化顯示器的基片的玻璃。
19.如權利要求16所述的組合件，其特征在于，所述薄玻璃片包含適合用作用于像素化顯示器的基片的玻璃。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種用于薄玻璃片(7)的支承件(31)。所述支承件包括彈性體(9)和支承體(11)，所述彈性體(9)具有相反的第一表面(15)和第二表面(17)，所述支承體(11)結合于所述彈性體(9)的第一表面(15)。在使用過程中，所述薄玻璃片(7)與所述彈性體的第二表面(17)直接接觸，并且以可松脫的形式結合于所述彈性體的第二表面。為了提供與所述薄玻璃片(7)的牢固的但是可松脫的結合，所述彈性體的第二表面(17)的肖氏A硬度為10-90，粗糙度小于或等于185納米。通過這種方式，所述支承件/玻璃片組合件(13)能夠耐受在薄玻璃片(7)的裸露表面(23)上制造電子部件的過程中遇到的條件。
文檔編號G02F1/13GK102422406SQ201080020324
公開日2012年4月18日 申請日期2010年5月3日 優(yōu)先權日2009年5月6日
發(fā)明者A·R·卡雷, E·J·法蘭西斯, J·瓦庫-斯馬巴, K·馮德拉切克 申請人:康寧股份有限公司