AM—OLED驅動控制芯片的COB封裝與測試

高艷麗+楊鑫波

摘要：本文從分析AM-OLED 驅動控制芯片的測試需求和芯片結構出發，提出了一種針對該驅動芯片的COB（ship-on-board）封裝形式，并依據這種封裝形式設計了相應的測試電路板。由于COB封裝價格低、封裝快捷，在降低芯片測試成本的同時也也大大縮短了試驗周期。COB封裝操作方便、靈活，可控性強，也滿足了我們的特定測試需求。

關鍵詞：AM-OLED；驅動芯片；COB封裝

中圖分類號：TP303 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）06-0122-03

1 引言

AM-OLED顯示驅動芯片是AM-OLED平板顯示屏的關重件，具有重要經濟價值。顯示驅動芯片內部集成了行列驅動電路、圖像SRAM、電荷泵、LDO、伽馬校正和多種輸入輸出接口。內置圖像SRAM最高可支持到WVGA分辨率，可支持顯示16.77兆色的顯示屏；片內的低功耗電源管理模塊增強了手持設備的電池續航能力。該芯片具有高集成度、低成本、低功耗的特點，可運用于中小尺寸AM-OLED顯示屏模塊，包括智能手機、數碼相機等電子產品。

本文的AM-OLED顯示驅動芯片在測試初級階段已經成功點亮維信諾公司的AM-OLED測試屏。為了進一步測試芯片各項性能指標，推進芯片產品化轉型，需要重新設計符合測試要求的專用測試板。通過分析AM-OLED驅動控制芯片的測試需求，并結合該芯片的的多功能模塊結構特點， 提出了一種針對該驅動芯片的COB封裝形式，并依據這種封裝形式設計了相應的測試電路板。該方案對AM-OLED驅動控制芯片的的各項指標測試非常有效[1]。

2 需求分析

圖1所示為AM-OLED驅動控制芯片的組成框圖。Gate Driver、Source Driver分別用來驅動AM-OLED的行和列。電源模塊由三個電荷泵、兩個LDO以及一個上電檢測電路組成，用來向伽馬校正、行驅動、列驅動以及SRAM模塊提供所需要的驅動電壓。內置SRAM用來存儲需要顯示的圖像數據。OSC振蕩器作為片內時鐘源，可根據各模塊的需求，通過倍頻、分頻、調整占空比等方式產生高精度的時鐘頻率。數字控制模塊由Command decoder和TCON模塊組成，主要實現[2]：

（1）不同分辨率顯示，（2）不同顯示模式顯示，（3）低功耗模式控制，（4）不同控制和數據接口兼容，（5）行列驅動電路控制以及伽馬校正，（6）接口譯碼功能，使各模塊能協調按序工作。

針對以上驅動芯片，需要對他的各項功能模塊和整體性能進行有指標的測試，常用測試項目如下：

（1）電源模塊測試，測定芯片內基準、電荷泵、LDO等電源的電壓、電流指標要求。（2）聯動測試，包括上電，啟動復位、省電、睡眠等各模式之間的切換。（3）動態電流和平均電流測試，用于統計芯片的的平均功耗和瞬時功耗。（4）列驅動Source Driver輸出固定電平測試、建立時間、DNL、INL、DVO測試。（5）通過SPI口對集成在芯片內的SRAM進行測試，測試基本的存儲功能是否正確。（6）伽馬電路測試，需要分步進行，先對其內部各個模擬電路進行測試，確定參考電壓產生是否正確，然后再和列驅動進行聯合測試，可調整電壓誤差范圍。（7）數字控制模塊的測試，包括接口的兼容性，在線調試，寄存器配置等特點。

3 COB封裝

圖2所示為AM-OLED顯示驅動控制芯片，裸片長24mm，寬1.8mm，從芯片的應用角度出發，芯片與顯示屏的連接關系是通過晶圓片上生長金球實現的，所有金球和焊點都是被壓在玻璃基板上，大部分芯片管腳是沒有引線連接出來，所以不可見，也不可測。但是從芯片開發的兼容性角度出發，我們開發一款產品，不能只適用于單一的應用對象，為了產品的可持續發展以及系列化，既要保證所開發的芯片各項功能性能指標可測可見，也要實現芯片靈活多用，可兼容多種應用環境。因此開發一套靈活多變可測可控的系統來滿足不同用戶需求成為必須[3]。

COB封裝是將半導體芯片交接貼裝在印刷線路板上，芯片與基板的電氣連接用引線縫合方法實現，并用樹脂或者塑料蓋覆蓋以確保可靠性。COB是最簡單的裸芯片貼裝技術，具有設計靈活，可操作性強，可靠水平高，在節約成本和節省設計時間方面具有很大的優勢。

下面給出了一種針對該芯片的COB封裝形式，如圖3所示，COB封裝首先是選基板，基板大小根據芯片需要拉出的引腳數目確定，本次設計大概需要測試240個引腳，所以選用基板引腳數為256較合適。另外考慮AM-OLED驅動控制芯片的形狀為長條，PAD管腳左右兩邊分布的特點，所以基板也選用形狀類似結構。然后是固定芯片，為了防止產品在傳遞和邦線過程中DIE脫落，在基板表面用導熱環氧樹脂覆蓋硅片安放點，然后將硅片直接安放在基板表面，熱處理至硅片牢固地固定在基底為止。隨后就是Wire Bond邦定（引線鍵合），綁定前要用CDA軟件進行可行性連接試驗，飛線遵循就近原則盡量平行走線，允許2層交叉，交叉時上下預留足夠空間，當左右數量不均勻時，可以左邊線右出，或者右邊線左出，靈活可變。當CAD軟件評估合格后就可以實戰操作。圖3就是本文設計的256 COB封裝結構，最后沒有采用點黑膠的方式來固定引線，而是采用塑料殼加蓋的方式來避免測試過程中的損壞，由于芯片在開發調試階段有很多不確定性，這么加蓋的方式大大地方便了芯片再開蓋，再返修，再封裝，并且節約了成本。

4 測試系統

本文針對以上這種COB封裝和AM-OLED驅動控制芯片的測試需求，設計了一款靈活性很強的測試板系統，該測試系統由三部分組成，第一部分就是COB封裝的基板，第二部分主要電源模塊以及測試接口預留的，第三部分是FPGA板，實現AM-OLED顯示驅動控制芯片的數據流和控制流。其中基板和電源測試接口板之間采用插座的形式連接，插座焊接在電源板上，基板壓接在插座里，可以隨時更換不同的COB封裝芯片以實現芯片的性能統計和篩選，方便快捷。FPGA板和電源板之間是通過排線接口軟連接，這么做可以直接采用FPGA公板，不需要專門設計FPGA測試板，又一次節約了成本和開發周期[4]。endprint

圖4是電源板，主要完成3個功能，第一是給芯片供電，包括核電壓和IO電壓，以及芯片內各電源模塊的外部備份電源備份時鐘等，這里的備份電源可以解決由于芯片內部某個電源模塊如果工作不正常，則通過外部電源切換也可以給芯片其他相關模塊供電，不影響整個系統的工作，備份時鐘也是為了避免內部OSC不工作或者性能差時替換的方案；第二是關于芯片的配置和測試引腳，配置包括撥碼開關和上下拉電阻等，測試管腳有插針、插座、測試點等，這些測試引腳在做COB封裝的時候已經引出來，在電源板上主要是實現與外部測試設備之間的可連接性，這些測試管腳可以充分驗證芯片內各模塊的功能性能指標，真正意義上實現芯片的可測可控；第三是與FPGA接口，與芯片接口，電源接口等。

圖5是FPGA公板，是借用其他項目通用接口驗證板，驗證過程中使用的FPGA驗證平臺的核心控制器FPGA采用xinlinc公司Spartan6系列的TQG144芯片，SPI FLASH選用W25Q32V，預留視頻源擴展口，兼容SD卡視頻播放模式，FPGA的調試接口和擴展接口使用40芯的柔性線路板實現，FPGA和電源板之間通過60芯的FH16系列連接器實現時序控制。在本設計中，使用Spartan6系列的TQG144芯片的主要原因是它擁有邏輯單元多、片內存儲容量大、低功耗、低價位等特點。接口種類齊全，便于實現多種視頻數據格式間的轉換。數字鎖相環動態可配置，可以實現時鐘的倍頻、分頻及相位鎖定，為整個測試系統提供充足的時鐘資源。另外FPGA的JTAG在線調試接口，為AM-OLED驅動控制芯片寄存器的配置提供了方便，并且支持多種顯示格式和轉換功能，為AM-OLED驅動控制芯片的各項功能驗證提供了足夠的資源。

5 結語

本文提出的COB封裝形式和測試系統方案可以對AM-OLED驅動控制芯片的常規和特殊測試項目提供有效的電路結構支持。由于COB封裝價格低、封裝快捷，可操作性強，大大縮短了芯片測試成本和試驗周期。測試結果表明，本文所設計的AM-OLED驅動芯片的COB封裝測試系統方案，既保證了所開發的芯片的各項功能性能指標可測可見，又實現芯片靈活多用，可兼容多種應用場景的要求。

參考文獻

[1]Michael L Bushnell，Vishwani D Agawal.超大規模集成電路測試—數字、存儲器和混合信號系統[M].北京：電子工業出版社，2005.

[2]雷紹充，邵志標，等.VLSI測試方法學和可測試性設計[M].北京：電子工業出版社，2005.

[3]李博，手機用TFT- LCD驅動控制芯片的測試電路結構設計[J].微電子學與計算機，2006 （12）：125-128.

[4]趙湘源.AM-OLED顯示屏驅動芯片的研究與設計[D].上海大學，2011.endprint