IC綁定對TDDI結構觸控不良的影響

朱 磊，王忠俊，黃式強，李盼盼，胡 偉，林匯哲

(重慶京東方光電科技有限公司，重慶 400700)

1 引 言

新興電子產品借助于信息技術、移動通信、物聯網、云計算等技術的發展，逐步應用于各種領域，觸摸顯示技術也在此基礎上發展而來。觸摸顯示技術作為智能終端領域人機交互的重要界面，手機顯示屏和觸摸屏發揮著至關重要的作用。

目前市場上觸摸屏按著工作原理可以分為電阻式觸摸屏、電容式觸摸屏(表面式和透射式)、紅外線式觸摸屏和表面聲波式觸摸屏4種。由于透射式電容觸摸屏支持多點操作，良好的透過率、分辨率以及相對較低的制造成本，是未來觸摸屏的主要發展方向[1]。

電容屏的觸控技術主要分為In-cell[2-3]、On-cell[4]和單片式觸摸屏[5](On Glass Solution，OGS)。OGS和On cell是相對成熟的方案，但是其卻無法滿足輕薄化、高透過率、低成本等要求。所以在此基礎上，In cell的技術得到發展。

觸控與顯示驅動集成(Touch and Display Driver Integration，TDDI)主要是與In-cell技術相結合應用于觸控電子產品中。TDDI結構最早由新思廠商提出，這種結構將顯示與觸控互相分離的結構集成到一顆芯片上。由于TDDI結構的觸控電極是制作在顯示面板上，顯示面板的制作[6]以及模組的制作[7]都有可能會造成觸控不良的發生。

2 電容式觸摸屏構成及其原理

2.1 電容式觸摸屏構成

圖1 4.98qHD TDDI結構圖Fig.1 Structure of 4.98qHD TDDI

自電容是指電極與大地相連的電容，即電極對大地的電容。圖1為本文研究的4.98qHD TDDI產品采用自容式的結構示意圖，通過TFT基板的制作工藝將觸控電極整合在TFT基板上。

2.2 電容式觸摸屏的工作原理

如圖2所示，當手指作為一個導體觸摸到屏幕表面時，手指與屏幕表面會形成一個耦合電容。由于耦合電容的存在，使得觸摸點的電容發生了變化。通過探測觸摸前后電容的變化，確定觸摸位置。

圖2 電容屏工作原理圖Fig.2 Schematic of capacitive touch panel

自電容觸摸屏是將觸控電極設計成相互垂直交叉的掃描電極。當手指觸摸到屏幕上時，分別對X軸和Y軸進行掃描，通過電容的變化確定觸摸發生的X軸坐標和Y軸坐標，通過計算確定觸摸發生的位置，如圖3所示。

當觸摸屏沒有任何觸摸時，觸控電極與地之間的電容為Cp。當有手指觸摸時，相當于并聯上一個寄生電容Cf，系統總的電容變為Cp+Cf，因此通過檢測觸摸前后電容的變化，就可以確定觸摸的位置。

圖3 自電容掃描方式Fig.3 Scan method of self-capacitance

3 觸控不良分析

3.1 測試方法

本文采用的是新思廠商的容值測試軟件。將電腦、點燈機、電路板以及不良屏連接起來，通過測試軟件進行觸控測試。每個測試項目均有設定的規格，超出規格測試界面就會提示錯誤(Fail)。借助測試結果錯誤的項目以及詳細的測試結果判斷發生的節點位置。測試界面如圖4所示。

圖4 測試軟件界面Fig.4 Test software

本文研究的主要觸控不良為容值測試(Raw gap)不良和開路(Open)不良，容值測試不良和開路不良和容值相關。

容值測試計算方法如圖5所示，左右半屏分別計算，計算同一行相鄰兩個容值的差值比，如果差值比超出設定的規格，則會出現容值測試不良。

圖5 容值測試測試方法Fig.5 Test method of raw gap

開路的計算方法與容值的變化有關。存在開路不良的觸控單元，在充電時達到飽和的時間要比正常的觸控單元時間短，因此在相同的充電時間內，開路不良的觸控單元的容值變化要小于正常的觸控單元。當小于設定的規格，就會出現開路不良。

3.2 點燈畫面確認

如圖6所示，在重載/灰階127畫面下，對不良屏進行點燈確認出現方格，按壓IC綁定位置，方格會消失。因此推測不良與IC綁定相關。

(a)按壓前(a)Before press

(b)按壓后(b)After press圖6 點燈確認Fig.6 Check on light

3.3 蓋板返工確認

為了確認貼合工序對IC綁定是否有影響，進行蓋板(Cover glass，CG)返工確認。

選取1#觸控不良屏進行初始觸控測試，蓋板返工后再次進行觸控測試，測試結果如表1所示。

表1 蓋板返工前后觸控測試結果Tab.1 Results of TP test before and after cover glass rework

續 表

從表1中可以看出，初始狀態觸控測試結果超出規格，拆解成FOG狀態觸控測試結果正常，進行蓋板返工重新貼合新的蓋板后，TFOG狀態觸控測試結果正常。因此結合點燈畫面下按壓可出現方格的現象，推測IC綁定狀態異常，在蓋板貼合時，IC綁定的位置受力，有可能會造成觸控不良。

3.4 IC返工確認

為了進一步確認IC綁定對觸控的不良影響，從不良屏中選取了FOG狀態觸控測試NG的2#樣品進行IC返工。

表2 IC返工前后觸控測試結果Tab.2 Results of TP test before and after IC rework

續 表

從表2中可以看出，IC返工前觸控測試結果超出規格，IC返工后觸控測試結果正常。因此IC綁定或者IC本體異常會造成觸控不良。

3.5 IC交換確認

為了確認IC本體是否異常導致觸控不良，我們邀請新思廠商進行IC交換驗證，驗證結果如表3所示，觸控測試結果正常的樣品和超出規格的樣品進行IC交換驗證。

觸控測試超出規格樣品的IC搭配測試正常的顯示屏，觸控測試結果正常，可以排除IC本體原因導致的觸控不良。

觸控測試正常樣品的IC搭配測試超出規格的顯示屏，測試結果如下:

IC(OK2)+顯示屏(NG2)觸控測試結果正常

IC(OK1)+顯示屏(NG1)觸控測試超出規格

以上交換測試后的結果以及圖7點燈檢查畫面可以看出，雖然有一片IC(OK1)+顯示屏(NG1)的測試結果顯示超出規格，但交換前不良發生位置在右半屏，交換后右半屏的不良消失。左半屏出現新增的不良。不良位置以及數量的變化可以確認觸控不良與IC綁定有較大相關性，與顯示屏相關性較小。

(a)IC交換前點燈確認(a)Check on light before IC swap

(b)IC交換后點燈確認(b)Check on light after IC swap圖7 IC交換前后點燈確認Fig.7 Check on light before and after IC swap

表3 IC交換觸控測試結果Tab.3 Results of TP test by IC swap

續 表

3.6 IC綁定微觀圖片確認

選取容值測試不良或者開路不良的樣品在顯微鏡下確認IC綁定位置的情況，如圖8、圖9、圖10所示。

其中圖8和圖9分別為觸控測試超出規格的3#和4#樣品，圖10為觸控測試正常的1#樣品。從微觀圖片可以看出，3#和4#樣品的IC綁定位置中，ACF粒子幾乎不可見，而觸控測試OK的1#樣品，ACF粒子明顯可見。

圖8 NG-3#樣品IC綁定Fig.8 Picture of NG-3# sample IC bonding

圖9 NG-4#樣品IC綁定Fig.9 Picture of NG-4# sample IC bonding

圖10 OK-1#樣品IC綁定Fig.10 Picture of NG-1# sample IC bonding

3.7 改善驗證

以上分析可以看出IC綁定異常，ACF粒子壓痕過淺導致出現容值測試不良或者開路等觸控不良。

在COG(Chip on glass)技術中，IC和顯示屏是通過ACF膠連接的，通過熱壓合，IC管腳和顯示屏的引腳形成導電通道[8-9]。而ACF的熱壓合是COG技術的關鍵地方，熱壓合異常會導致產生有問題的液晶屏[10]。因此ACF膠的厚度會影響到IC綁定的最終效果。

本文研究中，ACF膠厚度為18 μm，為了改善此不良，我們驗證了厚度為16 μm的ACF膠，采用雙100實驗評價ACF粒子的變化情況。雙100實驗條件如表4。

表4 雙100實驗條件Tab.4 Condition of double 100 test

圖11(a)、圖11(b)為18 μm ACF雙100實驗前后ACF粒子的對比。圖12(a)、圖12(b)為厚度16 μm的ACF雙100實驗前后的ACF粒子對比。

圖11 雙100實驗前(a)后(b)18 μm ACF粒子狀態對比Fig.11 Contrast of 18 μm ACF particle before(a)and after(b)double 100 test

圖12 雙100實驗前(a)后(b)16 μm ACF粒子狀態對比Fig.12 Contrast of 16 μm ACF particle before(a)and after (b)double 100 test

雙100實驗前確認ACF粒子狀態，采用18 μm厚度的ACF膠，第三排的ACF粒子較淺。而16 μm厚度的ACF膠，整體綁定效果良好。進行雙100實驗后，18 μm厚度的ACF膠的粒子明顯變淺，同時部分粒子不達標(≥5顆)，16 μm厚度的ACF膠的粒子有一定程度變淺，但粒子數仍然滿足要求。

為了確認采用16 μm厚度的ACF膠對觸控不良的改善效果，進行了小批量的驗證，驗證結果如表5所示。

表5 觸控不良改善結果Tab.5 Improved results of TP fail

從表5中可以看出，采用16 μm厚度的ACF膠，觸控不良發生率模組工廠從3.935×10-3降低至8.38×10-4，客戶端從1.5×10-3降低至0，觸控不良得到明顯改善。

3.8 不良發生機理

容值測試不良和開路不良發生原因均與容值相關,當容值出現異常時,就會發生該不良。當IC綁定異常時，IC管腳和顯示屏引腳之間接觸電阻就會增大。IC管腳和顯示屏引腳之間的接觸電阻過高，會引起充電不足，觸控單元會處于未完全充電的狀態，會直接影響到容值的大小。容值測試是計算同一行相鄰兩個容值的差值比，開路與容值的變化有關，因此當容值出現異常時，就有可能會出現容值測試不良或者開路不良。

IC管腳和顯示屏引腳是通過ACF膠連接的。ACF是各向異性導電膜，只在垂直于接觸平面的方向導電，其余兩個方向不導電，ACF粒子起到導電作用。通過熱壓合將ACF粒子壓破，導通IC引腳和顯示屏引腳。如果ACF粒子形變過小，會造成接觸面積較小導致接觸電阻較大，導電性較差。

本文發生的觸控不良，是由于ACF膠厚度較厚，ACF膠流動性較差，導致ACF粒子在熱壓合的過程中壓痕較淺，形變不足導致的，如圖13和圖14所示。

圖13 ACF流動示意圖Fig.13 Schematic diagram of ACF flow

圖14 ACF粒子壓痕示意圖Fig.14 Schematic diagram of ACF particle indentation

4 結 論

ACF膠的厚度會影響到IC綁定的效果，ACF膠厚度較厚，在熱壓合的過程中流動性較差，造成了ACF粒子壓痕較淺形變較弱，使得IC管腳和顯示屏引腳之間的接觸電阻增大，影響到容值大小，從而出現了容值測試不良和開路不良等觸控不良。通過變更ACF膠厚度(18→16 μm)，觸控不良的發生率顯著減低(3.935×10-3→8.38×10-4)。因此在后續實際生產中，針對TDDI產品要結合顯示屏引腳的設計以及IC管腳的高度選取合適的ACF厚度，避免發生此類觸控不良。