薄膜晶体管阵列基板过孔电阻大、耐流性差易发生过孔烧毁, 引起显示异常。目前针对过孔电阻与耐流性影响因素及机理尚不明确, 制约着未来高耐流性过孔的制备和应用。本文实验结果表明: 氧化铟锡(Indium Tin Oxide, ITO)膜方块电阻减小、过孔坡度角减小、ITO膜与金属接触面积增大均可降低过孔电阻、提升过孔耐流性。结合过孔结构及机理分析指出, 过孔电阻主要由ITO膜层自身电阻(RITO)及过孔接触电阻(Rcontact)组成, ITO膜方块电阻及过孔坡度角减小会使RITO减小, ITO膜与金属接触面积增大会使Rcontact减小。基板中部过孔耐流性差与中部的ITO膜方块电阻及过孔坡度角偏大有关。在满足产品光学品质标准前提下, ITO膜厚增厚、调控绝缘层膜质以及干法刻蚀参数减小坡度角、加大过孔接触面积设计是降低过孔电阻、提升过孔耐流性的有效途径。

TFT-LCD面板内的ITO连接过孔目前只有一些定性的设计规则, 缺乏定量计算和设计过孔的方法。本文研究了此类过孔电阻的定量计算方法, 同时探索了过孔电阻与击穿电流的关系, 为合理设计过孔、防止过孔烧毁提供了指导依据。首先, 通过分析过孔的结构, 抽象出等效电阻电路图, 得到多种不同结构的过孔电阻分解公式。过孔电阻主要由深孔接触电阻、浅孔接触电阻和深浅孔之间连接的ITO电阻组成。然后, 通过设计不同尺寸的金属与ITO的接触过孔, 使用开尔文四线检测法测量得到深孔接触电阻和浅孔接触电阻与孔尺寸之间的关系式。同时, 深浅孔之间连接的ITO电阻可通过ITO方块电阻与深浅孔之间的ITO尺寸计算得到。由此, 我们仅依据过孔的尺寸信息及ITO方阻数据即可计算得到各种结构的过孔电阻阻值。通过对大量过孔电阻的实测值与计算值进行相关性分析, 线性相关系数达到0.96, 证明了该计算方法的可靠性。最后, 通过测量大量过孔的电阻阻值及其击穿电流值, 发现过孔电阻阻值与击穿电流之间存在显著的幂函数关系, 幂指数在-1.3附近, 相关系数达到0.98。自此, 建立起了一整套可定量计算和设计过孔电阻和击穿电流的方法。

为提高产能, 笔记本电脑超高级超维场开关(HADS)产品的聚酰亚胺(PI)膜涂布方式从辊涂的感光树脂转印版(APR版)转印变更为喷墨打印, 涂布方式的变更造成了PI液滴无法填充到高段差钝化层(PVX)过孔内, 进而在过孔周围PI液堆积产生宏观“线Mura”不良。我们通过变更产品设计与工艺参数调整以及工艺过程优化, 设法降低或消除不良产品, 使良率满足量产需求。首先, 通过变更钝化层掩膜版使得钝化层过孔和Com走线有一定偏移量(钝化层半过孔), 半过孔设计利于PI液通过半过孔缺口设计进入钝化层过孔内。为了减小钝化层过孔尺寸和数量对PI液扩散的不利影响, 钝化层过孔周期从1/3变更为1/6,过孔尺寸从5.7 μm增大到7.5 μm。钝化层掩膜版设计的变更极大改善了PI液进入过孔内, 将“线Mura”不良率从100%降为15%。其次, 从提高PI液滴涂布均匀性方向出发, 将喷墨打印涂布方式从1次涂布变更为2次涂布, 2次涂布的叠加效果使相邻液滴间扩散时间更久, 液滴间距更小, 膜厚更均匀, 使“线Mura”不良率从15%降为1%。再次, 通过改变PI液滴在过孔周围走线的扩散方向来提高扩散均匀性, 通过将喷墨打印机台角度从0°变为2°, 进一步使“线Mura”不良率从1%降为0.2%。

摩擦Mura是ADS 型TFT-LCD中一种常见不良, 本文主要对摩擦过程中固定位置的Mura进行理论研究和实验测试。摩擦Mura产生原因是TFT基板上的源极线附近的摩擦弱区漏光。从产品设计方面找出影响这种固定位置的摩擦Mura的主要因子为ITO材质、段差、过孔密度。ITO材质为金属材质, 摩擦时对摩擦布损伤较大, 摩擦方向上ITO越长对摩擦布损伤越大, 摩擦Mura越明显。设计时需要尽力保证摩擦方向上ITO长度一致。段差会导致摩擦布经过高低不同区域时产生损伤, 设计时需要尽力保证摩擦方向上段差一致。过孔是密度影响, 孔径直径(5 μm)＜摩擦布毛直径(11 μm), 密度越小则摩擦Mura越轻。以15.0FHD产品为例, 对周边电路设计位置ITO材质/源极线/过孔密度等膜层进行设计优化, 摩擦Mura发生率从5%降至0%, 改善效果明显。

IGZO-TFT钝化层设计三元复合过孔结构, 出现了20%过孔相关不良。本文以CF4/O2为反应气体, 采用控制变量法, 从功率、气体成分和比例、压力等方面对氧化物TFT钝化层的电感耦合等离子体刻蚀机理进行研究。当钝化层为SiO2或SiNx单组分时, 氧气可以促进刻蚀反应; 随着CF4/O2比例增加, 刻蚀速率先增大后趋于稳定, 并且当CF4/O2=15/8时, 刻蚀速率和均一性达到最优; 与源功率相比, 提高偏压功率在提升刻蚀速率中起主导作用, 同时均一性控制在15%以内; 当压力在4 Pa以内时, 刻蚀速率随着压力的降低而增加。据此分析, 对复合结构SiNx/SiO2、SiO2/SiNx、SiNx/SiO2 /SiNx的刻蚀过程进行优化, 得到了形貌规整、无残留物的过孔, 过孔相关不良得到100%改善。

过孔搭接失效一直是TFT-LCD行业中重点改善的不良之一。为了解决该不良, 本文分析了不同刻蚀模式（ICP和ECCP）对过孔形貌的影响, 利用四因子法研究ECCP模式刻蚀参数(压力、偏置/源极射频功率及O2/SF6气体比例)对刻蚀速率和均一性的影响, 并得出ECCP过孔改善的最佳刻蚀参数。结果表明: ECCP模式下, 氮化硅刻蚀过程中物理轰击对GI截面的下沿与Cu接触区域形成损伤后产生的缺陷, 是诱发过孔腐蚀的主要因素, ICP模式无腐蚀。反应腔压力增大刻蚀速率增大, 均一性下降; 偏置射频功率增大, 速率增大, 均一性提高; 源极射频功率增大, 速率变化小, 均一性下降; O2/SF6气体比例对速率影响小, O2含量越高, 均一性越高。为达到PR胶保护GI下沿截面的目的, 反应压力增大到1.7 Pa, 偏置射频功率减小到30 kW, 源极功率增加到30 kW, O2/SF6气体保持比例1∶1后, 增加了氮化硅的刻蚀量, 减小PR胶的内缩量, 避免物理溅射表面损伤; 同时刻蚀速率达到750 nm/s, 均一性达到10%, 腐蚀发生率为10%~0, 使ECCP刻蚀模式对过孔的腐蚀影响得到有效解决。

印制电路板（PCB）厚度方向的导热系数比平面方向的导热系数小得多, 为了改善板厚度方向的导热性能, 提出了一种改进的自然对流冷却散热方式。首先, 通过在PCB板中设计热过孔并在其背面安装散热器, 应用热分析软件Icepak对散热模型进行仿真, 优化设计散热器翅片的厚度和数目对功率器件温度分布的影响; 然后, 根据优化后的结果, 选定最佳修正尺寸, 制作测试结构; 最后, 采用热电偶法对其进行实验测试, 结果表明此散热结构可有效降低器件的温度。

在大世代线液晶面板厂，因产品切换便捷、产能高等优势，配向膜材料涂布多采用喷墨印刷方式。但随着高分辨率、无边框等技术升级，喷墨印刷方式面临的挑战也随之增加，产生了很多新的配向膜不良。本文研究了一种周边配向膜Mura，分析原因为阵列基板上的配向膜固化时，在基板周边过孔处出现堆积，造成周边显示区配向膜厚不均匀，导致显示区边缘形成暗线不良。文章从配向膜边界位置、预固化温度、预固化环境气压和配向膜膜厚4个方面进行分析实验，证明了外扩配向膜边界、降低预固化温度、降低预固化环境气压和降低配向膜膜厚，可以有效减轻配向膜在周边过孔处堆积，进而成功解决此不良，获得优异的显示品质。

针对栅极绝缘层和栅极引线接触处形成过孔倒角造成的一种垂直线不良进行分析和改善。研究气相沉积、干法刻蚀和磁控溅射对过孔倒角的影响, 通过扫描电子显微镜对过孔形貌进行表征, 并用成盒检测设备检测不良发生情况。实验结果表明: 通过过孔刻蚀功率、气压、气体流量的变更可以消除倒角现象, 垂直线不良由1.4%降为0.7%。

为了适应LTPS TFT LCD显示屏超高分辨率极细布线的趋势，降低LTPS TFT层间绝缘层过孔刻蚀带来的良率损失，提高产品品质，本文研究了LTPS TFT层间绝缘层过孔刻蚀的工艺优化。实验以干法刻蚀为主刻蚀，湿法刻蚀为辅刻蚀的方式，既结合干法刻蚀对侧壁剖面角及刻蚀线宽的精确控制能力，又利用了湿法刻蚀高刻蚀选择比的优良特性，改善了层间绝缘层刻蚀形貌，减少干法刻蚀对器件有源层的损伤，避免有源层被氧化，防止刻蚀副产物污染开孔表面。实验结果表明，干法辅助湿法刻蚀能基本解决刻蚀过程中过刻、残留的问题，使得层间绝缘层过孔不良良率损失减少73%以上，且TFT源漏电极接触电阻减小约90%，器件开态电流提升约15%。干法辅助湿法刻蚀是一种优化刻蚀工艺，提升产品性能的新方法。