【正文】 第九章第一節(jié) 干燥裝置 1．前言等離子電視制造工序中，存在許多膏的涂敷、干燥、烘烤工序，通過這些工序，制造障壁、熒光體、電極、介質等。漏網印刷機、涂料機、遠紅外線（IR）干燥設備、滾軸???烘烤設備是現(xiàn)在對應量產的主要使用設備。玻璃基板尺寸需要達到60~70英寸的級別，今后需要適應70~80英寸基板（多畫面分割）的呼聲也高漲起來。而且適應XGA的高精密化是現(xiàn)在的主要趨勢，所以制造設備也要響應這些要求，改進規(guī)格。等離子電視干燥設備是能夠對應60英寸以上的基板、是IR加熱式的膏干燥設備，以下敘述設備內容和今后課題。2．設備的詳細內容2．1 干燥技術70英寸級別的等離子電視玻璃基板非常大，約為12001600mm，~3mm。此基板表面在漏網印刷工序鍍膜數(shù)10μm、在涂料工序涂敷了最大達到數(shù)百μm的膏，然后，在干燥工序中，膏中的BCA等的有機溶劑成分被蒸發(fā)、進行干燥處理。有機溶劑對IR的吸收率高，由于基板上整體被涂敷，所以可以說從基板上方進行IR加熱的方式是最有效的、最適合的。熒光體等的條紋、或者印刷成井格狀的膏，其幅度和形狀被精細制作，升溫時和保溫時的溫度不均會導致形狀的不均勻。因此溫度要平穩(wěn)上升，中途需要嚴密控制溫度、控制形狀。干燥時間一般在10分鐘~20分鐘左右。障壁和介質等經過涂料機一次涂敷數(shù)百μm，然后照原樣干燥是主流方法。但是這個厚度作為涂敷厚度大、也要考慮厚度方面的溫度差。涂敷表面先干燥變得致密，下層的溶劑部分難以蒸發(fā)，形成不完全的干燥。也就是說干燥速度要與溶劑移動速度同等，需要延長恒率干燥期間。不完全干燥狀態(tài)下進入高的溫度帶，下層的溶劑部分急劇氣化膨脹，造成裂痕和破裂。為了提高干燥率，有必要采用階梯狀的側面輪廓，控制厚度方向的干燥順序。并采用從基板里面加熱的方法較有效果，由于膏中的玻璃層較厚，熱傳導慢，內部溫度上升慢，熱平衡容易破壞（加熱過度）。而且作為量產設備其成本與性能比不好，難以被采用。在工藝流程上，介質不完全干燥也可以的情況很多，障壁的干燥率較高為好。這樣介質厚的干燥時間反而較短，障壁的干燥時間較長的情況較多。better印刷工序中的干燥比較容易，干燥時間縮短5~10分鐘，溫度分布也不要求嚴格的精度。但是對于部分感光性涂料的干燥要求較高的溫度精度（60英寸級別要求177。2度），在升溫過程和保溫過程中都要控制溫度。干燥中產生大量的蒸發(fā)溶劑成分，要一邊排除到爐外，一邊控制溫度是很重要的。膏涂敷上面的境界層由于蒸發(fā)而飽和的話，干燥速度急劇降低。等離子電視的干燥需要設定符合各個流程的熱和風的條件，進行控制。2．2 加熱器構造加熱器對于溫度控制方面很重要，采用全陶瓷制的平板形狀，表面為提高清潔度，涂敷了與底材熱膨脹率同樣的玻璃釉。加熱器配置成陣距狀，對每復數(shù)幾片組成的區(qū)域進行控制，適應大型化基板的均勻加熱(圖1)。等離子電視用的玻璃基板由于其大小、厚度，在升降溫過程中，中央部分與周圍部分產生很大的溫差，中央部分難以升溫、難以降溫。在保溫過程中，相反中央部分易于升溫、周圍部分難以升溫。在需要均勻熱度的工序中，必須控制此溫度差。當然也要控制基板的前后左右的溫度均勻，考慮這些因素設計加熱器并控制其溫度是很重要的。2．3加熱爐構造 加熱爐的形態(tài)以遂道型為主流，在采用最適合profile(加熱斷面)的設定的爐室內，使基板按照順序通過，得到必要的溫度分布（圖2）。在升溫、保溫時為了一直保持高精度的溫度分布，加熱斷面曲線的中途要使加熱器設定產生很大變化，用一個爐室停止的處理方法不合適。對于保持時間長、比較簡單的熱斷面，考慮到節(jié)省空間，采用塔形的多層式爐，也有在一個爐室處理的。現(xiàn)在作為提高溫度精度和節(jié)省空間的兩全方法，更多地采用隧道型爐壘成2層、3層的多段連續(xù)爐 (圖3)。而且為了維持爐內的清潔、去除蒸發(fā)溶劑部分，進行送氣和排氣。送氣是經過預熱的空氣使其通過HEPA后、從基板的上面向涂料涂敷表面附近以較低風速供給。為了除去蒸發(fā)溶劑部分，從設置在爐內的下方側面的排氣管進行排氣。靠這種送氣和排氣，使爐內產生一定方向的穩(wěn)定氣流，提高干燥效率、保持爐內空氣環(huán)境穩(wěn)定。2．4送氣和排氣向爐內送氣的作用很大，由于分散除去涂料面附近的停滯的蒸發(fā)溶劑，使?jié)舛容^低，能夠提高干燥速度。而且，為了保持清潔，需要供應清潔空氣。從涂層上面除去的蒸發(fā)溶劑部分要排放到爐外，根據(jù)涂敷的溶劑量和處理的片數(shù)決定排氣量。蒸發(fā)溶劑成分滯留在爐內，不光會降低干燥效率，而且會產生結霜/滴露的現(xiàn)象，也會再次附著在處理過程中的基板上，所以必須采取積極的排氣控制方法(圖4)。但是濃度高的蒸發(fā)溶劑成分向爐外排氣的話，以后的排氣管道內會產生大量的溶劑露水，是難以處理的。希望能夠盡量在設備內進行回收，在排氣管道上安裝熱交換器，冷卻排氣，然后經回水閥設置回收構件。2．5 搬運方式和系統(tǒng)構成搬運方式采用移動梁方式或者滾軸傳送帶方式。根據(jù)加熱斷面條件、加熱爐形態(tài)來選擇，總之要爐內不產生塵土的構造，必須滿足1000等級以下的清潔度?；褰佑|部分使用耐熱樹脂，為減少對基板的熱影響，以及為了保持基板的水平度，要注意其形狀和設置的數(shù)量。多層式的IR干燥爐不采用移動梁方式，而是采用滾軸傳送帶方式，流水線搬運時穿隧道不受到振動，可以減輕基板的溫度不均，以及防止基板沾上滾軸的印跡。從加熱爐排出的基板難以自然冷卻，冷卻到室溫需要幾十分鐘。但是下一工序是涂敷工序時，必須使基板降到室溫附近，使用水冷式冷卻板的冷卻配件，在2~3分鐘使基板溫度降低到室溫。而且高速流水線中，為了防止基板在高溫狀態(tài)下直接放在水冷式冷卻板上而造成破裂，水冷組件前面設置由風扇吹風的空冷組件，先將基板冷卻到不會破裂的溫度，這樣做的漸漸多起來。3．結束語等離子電視的涂料干燥工序在某種程度上已經確立起來了，但是預測今后包括掩膜化發(fā)展、各個工藝流程也會有所改變。設備方面，我認為需要適合這些改變的專用特殊規(guī)格的設備。省去干燥工序中過剩的功能，提高重點技術，改進設備是很重要的，其中也要重視伴隨著高節(jié)奏化的基板冷卻裝置的節(jié)省空間問題（多層式縱型移動搬運）。當然我公司也要充分考慮到降低成本、省空間化、節(jié)省能源問題，解決溶劑成分回收等環(huán)境保護問題，對下一代設備進行積極提案。第十章第一節(jié) 烘烤爐 （燒成爐）1．前言等離子電視的制造工序中，烘烤工序擔負重要責任。從玻璃基板的退火開始，在介質、電極、障壁、熒光體的各種烘烤流程中都使用等離子電視用烘烤爐。等離子產業(yè)各個廠家已經開始量產、還提出增產計劃，今后為了適應多畫面分割屏幕的發(fā)展趨勢，基板的生產向大型化、高精度化和高運轉化發(fā)展，對烘烤爐的性能也提出種種要求。本節(jié)說明對烘烤爐的性能要求、其功能和具體使用實例，以及今后的課題、發(fā)展趨勢。2．烘烤爐的構造2．1 構造等離子電視烘烤爐以往的基本構造是上下配置有編入加熱器的耐熱材，對安放在搬運用的托架上的玻璃基板進行加熱。搬運使用陶瓷制滾子進行，升溫/保溫是連續(xù)方式；從最高保溫溫度到400度附近，是由并用加熱器和冷卻管進行加熱冷卻的徐冷部件進行，是間歇（節(jié)奏）方式。采用流水式搬運的理由是玻璃基板在等離子電視制作工序中烘烤要重復幾次，以超過變形點的溫度烘烤，由徐冷部件連續(xù)搬運，玻璃基板的前后產生溫度差，會造成基板變形為扇形 ，為了避免發(fā)生這種不良而采取流水搬運。而且爐內是耐熱玻璃制成的爐膛，送氣/排氣都由上部進行。2．2問題點 現(xiàn)在存在以下幾個問題：爐體的隔熱材料使用纖維材料。為防止隔熱材料產生塵埃，其外部用爐膛材料固定。在爐膛材料的連接處、輥子等的連通處，隔熱材料與玻璃基板難以完全遮擋。而且在設備安置時的組裝困難，難以對隔熱材料和加熱器進行維護，也會產生大量的粉塵。從節(jié)省能源的觀點出發(fā)，對玻璃面板以外的爐膛和托架進行加熱，需要消耗更多的能量。另外隨著玻璃基板的大型化、高運轉化發(fā)展，設備所占的空間也有增大的趨勢。3．性能要求從前述的問題點和客戶需求的角度來看，今后要在以下方面提高性能：1）節(jié)省能源、2）提高清潔度、3）減少維修、4）省空間。作為解決這些問題，列出以下幾項方案：1）玻璃爐膛化、2）多層處理化、3）利用排出熱量。下面詳細進行講述。3．1 玻璃爐膛化隔熱材料的表面是完全無機質的、是遠紅外線高效率放射性材料的陶瓷，從隔熱材料表面能夠產生熱輻射，而且爐內消除了隔熱材料露出的地方，與未經鍍膜的制品比較，清潔度約提高了1/100（見表表照片1）。為了防止從上面加熱器落下的粉塵，加熱器的下部使用耐熱玻璃，側面和底部為了防止隔熱材料產生的粉塵而不使用耐熱玻璃。由于做到無爐膛化，節(jié)省了加熱耐熱玻璃的熱量，從而降低原料價格、減少了組裝工時、使設備易于維修。表1鍍膜材料的組成 表2 清潔度測定值（個/l）未鍍膜品3802701819219已經鍍膜制品32110組成分析值（wt%）Al2O3SiO287Na2OCaOFe2O33．2 多層處理為了應付設備向節(jié)省空間化的發(fā)展，如何減少設備的占用面積、擴大加熱/冷卻空間成為一個問題?，F(xiàn)在采用較多的爐體構造是由2層組成，上層是加熱/漸冷部，下層是冷卻返回部。這種爐體構造處理節(jié)奏雖然短，但是爐的外體長度長。所以本公司開發(fā)出3層構造的爐體，上面2層是加熱/漸冷部，最下層是冷卻返回部，并且在實用階段獲得成功（圖1）。由于采用多層化，加熱爐的每一層的節(jié)奏長、在能夠保證以往那樣的烘烤時間的同時，節(jié)省了設備占用空間。3．3 利用排氣等離子電視的制造工序中，為了使玻璃基板上涂的膏的膠合劑燃燒，需要向爐內注入新鮮空氣。與常溫下的空氣相比，向爐內注入加熱過的空氣能夠使爐內基板溫度保持穩(wěn)定。進入批量生產的高節(jié)奏化后，對這種空氣的需求量很大，對空氣加熱的熱量的需求也增大。另外徐冷部中，為了使玻璃基板冷卻，要對基板+托架在短時間內進行排熱。這些排放的熱量如果只是從爐體放熱，會使烘烤室的溫度上升，對建筑物的空調及排氣設備等產生許多不利影響。因此在敘冷卻部設置熱交換器，將基板+托架排出的熱量、用于對脫膠合劑用的新鮮空氣的加熱，這樣能夠節(jié)省能源。4．結束語關于烘烤爐的課題還沒有完全解決，還有許多需要改進的地方。在節(jié)省能源方面，提高加熱器的電力和燃氣的混合效率。在節(jié)省設備空間方面，探討爐體采用4層構造，采用平移梁的搬運方式，能夠縮短進行均勻加熱急劇升溫的升溫部分的爐體的長度。在品質方面，top keep的升溫區(qū)域內增加真空加熱部分，這樣能夠促進膏中的空氣脫出、使障壁細密、透過率和表面粗度良好。其結果可以提高解析度和亮度、提高了成品率。關于成本，使用無托架的搬運，能夠降低基建和維護成本。但是由于多層化維修困難，對于高溫而且龐大的烘烤爐采用平移梁的搬運方式、在高溫連續(xù)爐設置真空加熱部分是非常困難的，存在許多問題。并且還擔心無托架搬運時對玻璃基板造成劃傷的問題，這需要在玻璃基板廠家的協(xié)助下解決。本公司今后將進一步研究新技術、解決存在問題，對等離子電視產業(yè)的發(fā)展做出貢獻。第十章烘烤爐（燒成爐）1．前言烘烤爐在等離子顯示器的制造工序中占有不可或缺的地位。在玻璃基板的基礎工序、電極、障壁、介質、熒光體等各種鍍膜工序都用烘烤爐。等離子電視發(fā)展為大屏幕前，網狀帶式連續(xù)烘烤爐是主流，現(xiàn)在滾軸式連續(xù)烘烤爐（以下稱RH爐）是主流，用于大型面板的量產。外觀見照片1。等離子電視的主要面板廠家進入2000年后，相繼公布了設備投資機會，在這種環(huán)境下，在總結本公司的RH爐在一期生產線的問題的基礎上，如何適應二期生產線，現(xiàn)在對這些進行講述。2．RH爐2．1 設備形態(tài)等離子電視的烘烤工序中，為了對玻璃基板進行變形點以上溫度下的熱處理，需要耐熱玻璃等的托架。量產時需要這個托架從返回、帶托架的儲藏構造的搬運設備。從減少烘烤爐的所占空間的觀點出發(fā)，在量產生產線上，由水平返回搬運的方式（圖1（a））大部分都變?yōu)橛猩笛b置安裝在出口側的下部搬運方式。在2期生產線中，為了減少托架和滾子的磨耗粉末，改變輥子的材質。以熔融二氧化硅（%）為主要成分的實心狀的陶瓷輥子（照片2）。具有以下特征：1. 表面粗糙度（Ra）,表面狀態(tài)非常光滑。2. 以二氧化硅為主要成分，熱傳導非常小，從輥子散出的熱量非常少。3. 外徑公差：177。，搬運時的平移穩(wěn)定性好。4. 在冷熱劇變的嚴酷條件下能夠使用。5. 是實心的陶瓷制，強度大。6. 金屬軸與輥子端部是特殊連接的，輥子的驅動構造簡單，能夠與以前本公司的輥子替換。由于輥子具有以上特征，對于托架和輥子的磨耗粉末，能夠比現(xiàn)狀降低70%。而且對于輥子的散熱能夠大約降低35%。表1是與以前輥子的表面溫度的比較。表1 表面溫度比較（輥子溫度是隔熱材料連通部分的）爐內溫度300℃600℃測定部分輥子溫度軸的溫度輥子溫度軸的溫度陶瓷輥子38℃26℃67℃31℃金屬輥子（以往產品）73℃32℃180℃52℃ 輥子的外徑公差對于爐內的搬運精確度是非常重要的，外徑差大的陶瓷管狀輥子相比，本公司的陶瓷輥子的加工精度非常高，爐內的平移穩(wěn)定性能高。2,5001,600(托架)輥子托架尺寸：1,600(W)1,200(L)5(t)mm01(mm)搬運重托架的撓度大，烘烤時會是玻璃基板發(fā)生變形。本陶瓷輥子的托架的撓度量如圖2所示。2．3 多送氣排氣隨著量產的發(fā)展各種鍍膜材料有所改進，膏中的樹脂材料有增加的趨勢。烘烤工序中脫膠量增加，送氣排氣方式與以前一樣則會產生問題。特別是即使在少量樣品試驗中不發(fā)生問題，到了量產時由于排氣不良會污染爐膛，膠合劑的揮發(fā)氣體再次結露，造成產品不良。因此，如何在設備方面配合是很重要的。2．4 爐內的搬運方式爐內搬運方式有連續(xù)搬運、以及連續(xù)搬到均熱部，徐冷部以后用間歇搬運的方式。連續(xù)搬運在徐冷部，玻璃基板的前后產