基于柔性顯示屏的驅(qū)動(dòng)芯片連接技術(shù)探討

路麗

摘 要：以剛性玻璃基板為基礎(chǔ)的顯示器件很容易遭到損壞，因此，在引入設(shè)計(jì)理念中，不易碎、輕薄以及非矩形等概念產(chǎn)品往往被認(rèn)為是不具市場適應(yīng)性，柔性顯示在該環(huán)境下應(yīng)運(yùn)而生。本研究主要分析與探討基于柔性顯示屏的驅(qū)動(dòng)芯片連接技術(shù)。

關(guān)鍵詞：驅(qū)動(dòng)芯片 柔性顯示屏 連接技術(shù)

隨著近些年電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得電子產(chǎn)品逐漸成為大眾生活與工作的必需品，在家庭與工作環(huán)境中引入更多顯示元素已成為顯示技術(shù)必然發(fā)展趨勢，現(xiàn)階段正逐步展開此類研究[1]。然而，矩形、剛性以及玻璃基板顯示器已無法與設(shè)計(jì)者的外形需求相滿足，更多設(shè)計(jì)人員開始將目標(biāo)轉(zhuǎn)向一種能夠折疊、彎曲顯示器件的開發(fā)應(yīng)用中。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，以剛性玻璃基板為基礎(chǔ)的顯示器件很容易遭到損壞，因此，在引入設(shè)計(jì)理念中，不易碎、輕薄以及非矩形等概念產(chǎn)品往往被認(rèn)為是不具市場適應(yīng)性，柔性顯示在該環(huán)境下應(yīng)運(yùn)而生。本研究主要分析與探討基于柔性顯示屏的驅(qū)動(dòng)芯片連接技術(shù)。

一、柔性顯示屏驅(qū)動(dòng)芯片現(xiàn)有組裝技術(shù)

（一）微電子封裝技術(shù)。近些年，電子設(shè)備性能、體積以及重量等始終是推動(dòng)電子技術(shù)進(jìn)步的一個(gè)源動(dòng)力，微電子領(lǐng)域始終期盼著能夠減小芯片面積。基于莫爾斯定律，芯片電路集成度實(shí)現(xiàn)了成倍提升，所以，在很大程度上挑戰(zhàn)著高密度封裝技術(shù)。從DIP封裝發(fā)展到CSP封裝，柔性顯示屏驅(qū)動(dòng)芯片封裝技術(shù)得到持續(xù)提升。但是，不管封裝技術(shù)發(fā)展情況如何，都通過某種連接方式連接封裝殼管腳與Chip接點(diǎn)。由于芯片尺寸持續(xù)縮小，I/O數(shù)量也隨之增加，這就會(huì)通過覆晶方式連接封裝殼和芯片。具體覆晶方式為回焊技術(shù)，確保能夠一次性完成封裝殼與芯片的物理、電性連接，現(xiàn)階段在目標(biāo)介質(zhì)和裸芯片組裝中也會(huì)選擇覆晶方式。

（二）裸芯片組裝技術(shù)。所謂裸芯片組裝，其實(shí)就是在連接目標(biāo)介質(zhì)和芯片時(shí)，芯片是晶圓切片形式，而且芯片并未在預(yù)先封裝的情況下和目標(biāo)介質(zhì)直接連接，封裝形式比較常用的受COB形式。通常COB形式就是先將Chip粘貼到目標(biāo)介質(zhì)中，再通過金屬線連接目標(biāo)介質(zhì)和Chip連接點(diǎn)，通過液態(tài)膠覆蓋金屬連接線、Chip以及目標(biāo)介質(zhì)中的連接點(diǎn)，從而隔離保護(hù)線路與外界污染[2]。覆晶方式是裸芯片組裝的另一方式，所謂覆晶方式，就是將一定高度引腳做在Chip接點(diǎn)中，再通過高溫熔接法確保目標(biāo)介質(zhì)和引腳相結(jié)合，從而產(chǎn)生電性連接。相比于傳統(tǒng)方式，覆晶方式無需選擇金屬線連接。

（三）微電子表面組裝技術(shù)。所謂微電子表面組裝技術(shù)，就是通過自動(dòng)化方式焊接微型片式短引腳至目標(biāo)介質(zhì)中的一種組裝技術(shù)。微電子表面組裝通常選擇再流焊或者浸焊等方式，其中浸焊選擇波峰焊技術(shù)，也就是說，高溫熔化焊錫為液態(tài)，再通過外力確保焊錫能夠形成與水波相類似的液態(tài)焊錫波，有元器件插裝的印刷點(diǎn)路邊通過特定侵入深度與角度很長焊錫波峰，浸焊完成，通過鋼網(wǎng)有效保護(hù)無需焊接之處。對于表面貼片元器件，通常選擇再流焊技術(shù)，即在PCB中以點(diǎn)涂法涂足量的焊錫膏，再采用再流焊設(shè)備使焊錫膏熔化，從而完成焊接工藝。根據(jù)加熱方式的差異性區(qū)別再流焊方法，最初應(yīng)用氣相再流焊，現(xiàn)階段，表面組裝工藝應(yīng)用最多的是紅外再流焊，大規(guī)模工藝生產(chǎn)中不能使用激光再流焊。

二、柔性顯示屏驅(qū)動(dòng)芯片連接技術(shù)方案

（一）Wire bonding方案。現(xiàn)階段，實(shí)現(xiàn)Wire bonding方案的步驟包括：晶圓制作完成后，通過電鍍制作Chip連接點(diǎn)為金突塊，并采用鍍金技術(shù)將一定厚度金附著在介質(zhì)引線上，再通過Wire bonding設(shè)備熔接金屬線在金突塊中，金屬線另一端選擇同樣方式在目標(biāo)介質(zhì)中熔接，使電性導(dǎo)通目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。因?yàn)榻饘?dǎo)電性與延展性比較好，因此，Wire bonding期間，通常需要用到高純度金線。但是現(xiàn)階段很多極低端應(yīng)用方面會(huì)考慮到成本問題，或封裝SOC過程中考慮到保密性，會(huì)將銅線或鋁線應(yīng)用在沒有大電流信號與高頻信號連接管腳中以實(shí)施Wire bonding。

將Wire bonding方案應(yīng)用于柔性顯示中有著明顯的優(yōu)勢與劣勢。金是比較理想的導(dǎo)體，因此在金線鍵接應(yīng)用過程中不需要考慮傳輸線效應(yīng)影響高頻率信號傳輸問題，而且也無需對傳輸期間大電流信號因?yàn)閭鬏斁€電阻導(dǎo)致熱效應(yīng)與電壓降效應(yīng)加以過多考慮。其次，選擇COB方式能夠在柔性基本材料中固定芯片，有助于節(jié)約芯片封裝成本。然而，Wire bonding也有著顯著劣勢，首先，通常在具有較高金含量連接點(diǎn)中才可以實(shí)現(xiàn)Lead/Pad與金線的熔接；其次，Wire bonding需要目標(biāo)介質(zhì)必須承受較大壓力[3]；再次，Wire bonding需要目標(biāo)介質(zhì)必須承受一定的溫度；最后，Wire bonding通常會(huì)受其設(shè)備精度的影響，比方說BGA封裝，通常500I/O以內(nèi)的芯片會(huì)選擇Wire bonding方案，I/O增多，通常會(huì)導(dǎo)致芯片連接點(diǎn)尺寸變小，如果I/O超過500，則芯片接點(diǎn)會(huì)降低Wire bonding方案成功率，現(xiàn)階段的顯示技術(shù)往往需要驅(qū)動(dòng)芯片將大量I/O提供出來。

因此，對以上因素進(jìn)行分析，僅在分辨率比較低的金屬材質(zhì)柔性顯示方案中方可選擇Wire bonding方案實(shí)現(xiàn)柔性基材與芯片的鍵接。所以，Wire bonding能夠在柔性顯示中得到應(yīng)用。然而，因受Wire bonding方案的影響，其在應(yīng)用于柔性顯示中會(huì)受到很大限制。

（二）覆晶方式。該封裝方式具有較為廣泛的應(yīng)用，因?yàn)楦簿Х绞侥軌蛴行Ы档蚖ire bonding金線成本，封裝殼和芯片有著更近的距離，能夠確保高頻度信號品質(zhì)優(yōu)良，因此被應(yīng)用在具有較高信號要求的CPU芯片封裝內(nèi)。以往封裝方式的芯片工作頻率最高是2-3GHz，覆晶封裝，根據(jù)基材的差異性，芯片工作頻率最高是10-40GHz。

在柔性顯示屏覆晶方式做法上，將錫紙球沉淀在芯片中，再通過加溫法確保基板與錫紙球中連接預(yù)先完成的Lead，使電性連接得以實(shí)現(xiàn)。也就是說，覆晶方式主要在于提高焊接方式。選擇覆晶方式連接驅(qū)動(dòng)芯片與柔性基材，具有其特別之處，第一，柔性基材和芯片相連接，就電性層面考慮，覆晶方式因?yàn)楣?jié)省了信號傳輸線，因此能夠有效降低雜訊對芯片管腳產(chǎn)生的干擾。就成本環(huán)節(jié)考慮，因?yàn)檫x擇的是裸芯片，這種方式能夠有效降低芯片封裝成本，而且在芯片晶背削減到一定程度之后，Chip能夠呈現(xiàn)柔性，有助于實(shí)現(xiàn)同步于顯示基材的柔性彎曲。

相比于Wire bonding方案，覆晶的成本優(yōu)勢非常明顯，然而覆晶方案同樣存在不足之處。覆晶方案選擇錫球工藝，現(xiàn)階段，考慮到綠色環(huán)保，會(huì)將無鉛焊錫應(yīng)用于微電子焊接技術(shù)中，無鉛焊錫有超過200℃的熔點(diǎn)。各種柔性顯示屏芯片連接技術(shù)中，通常彎折特性比較好的柔性基材會(huì)選擇有機(jī)材料，該類材料需要150℃以內(nèi)的制程溫度，200℃以上的高溫會(huì)直接損傷柔性顯示基材。因此，柔性基材本身所具有的不耐高溫特點(diǎn)和在應(yīng)用覆晶方案中必須高溫制程具有沖突性。

三、總結(jié)

通過對柔性顯示屏驅(qū)動(dòng)芯片技術(shù)方案進(jìn)行對比，不同技術(shù)都存在其優(yōu)勢與不足，且現(xiàn)階段柔性顯示基材本身所具有的物理特性對選擇組裝技術(shù)具有很大限制作用，所以未來應(yīng)進(jìn)一步開發(fā)創(chuàng)新更為新型的柔性顯示基材，以為柔性顯示屏驅(qū)動(dòng)芯片組裝提供更大選擇空間。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳瀟. 用于柔性顯示屏的驅(qū)動(dòng)芯片連接技術(shù)[D]. 上海交通大學(xué)， 2014.

[2] 張皓， 梁超， 李經(jīng)民，等. 微器件快速柔性膠粘接封合機(jī)研制[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造， 2017（5）：182-185.

[3] 焦石， 王琛， 胡澤原，等. 基于STM32的OLED顯示屏驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)[J]. 電子世界， 2018， No.546（12）：129-130.