IC/COF 軟膜上料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

白 楊，楊 靜

（中電科風(fēng)華信息裝備股份有限公司，山西 太原 030024）

引言

隨著液晶顯示屏行業(yè)的蓬勃發(fā)展，COG 和COF封裝技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種顯示設(shè)備中。目前手機(jī)屏主要采用COG 技術(shù)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)芯片的封裝。近幾年隨著手機(jī)屏的占比從18∶9 向19∶9 甚至20∶9演進(jìn)，采用COG 技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)的難度也不斷增加，而如果采用COF 技術(shù)，其下端邊框可能縮小3.6 mm的距離，能更輕松地達(dá)到高屏占比的要求[1]。

1 COG/COF 封裝技術(shù)介紹

目前智能手機(jī)的屏幕封裝技術(shù)主要分為COG和COF 兩種，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示。

圖1 COG 封裝與COF 封裝對(duì)比

COG 封裝（Chip On Glass）是一種傳統(tǒng)的LCD模組常用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式，一般是將COG+FOG 配套使用，分別將IC 和FPC 排線通過各項(xiàng)異性導(dǎo)電膠（ACF）邦定在玻璃TFT 單層區(qū)上，TFT 下邊框需要留出IC 和FPC 的邦定區(qū)域，浪費(fèi)了較大的屏幕空間。

COF 封裝（Chip On Flex/Chip On Film）與傳統(tǒng)的COG 技術(shù)相似，是將IC 芯片直接封裝到撓性印制板上（本文統(tǒng)一稱為COF 軟膜），然后將COF 軟膜通過ACF 邦定在TFT 單層區(qū)上。同樣大小的面板，COF 封裝沒有IC 占據(jù)面板一部分區(qū)域，就可以比COG 封裝做到更大的顯示區(qū)域[2]。

COF 作為一種新興的IC 封裝技術(shù)，其工藝制程和傳統(tǒng)COG 制程中FPC 及IC 邦定技術(shù)兼容，模組廠在投資新的邦定線體時(shí)，會(huì)要求設(shè)備能夠同時(shí)滿足COG 和COF 邦定工藝的生產(chǎn)。

2 COG/COF 邦定設(shè)備介紹

為了滿足上述需求，本文設(shè)計(jì)了一種能夠兼容COG 和COF 邦定的設(shè)備，COG/COF 產(chǎn)品邦定流程相似，具體介紹如下：首先在ACF 工位，將LCD 進(jìn)行視覺定位，貼附ACF；在預(yù)壓工位，預(yù)壓頭吸附IC/COF 軟膜，通過視覺系統(tǒng)定位與LCD 進(jìn)行假壓，使之暫時(shí)貼附在一起；最后在主壓工位，在一定的溫度、壓力下，壓接固定的時(shí)間，使得LCD 與IC/COF之間建立穩(wěn)定的機(jī)械和電氣連接。

2.1 設(shè)計(jì)指標(biāo)

本設(shè)備需滿足以下指標(biāo)：

1）兼容IC 邦定及COF 軟膜邦定的功能。

2）IC 尺寸（7 mm×0.7 mm）～（70 mm×1.5 mm），由IC 料盒裝載。

3）COF 軟膜由Tray 盤裝載，Tray 盤尺寸330mm×250 mm；Tray 盤放置高度100 mm。

2.2 IC/COF 軟膜上料流程

設(shè)備需要兼容COG 和COF 邦定兩種模式，而這兩種作業(yè)方式的主要差異在于IC 上料與COF 軟膜上料。主要針對(duì)設(shè)備中IC/COF 軟膜上料結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹，上料各組件的布局如下頁圖2 所示，主要分為IC料盒/COF-Tray 盤搬運(yùn)托盤部分、IC/COF 軟膜機(jī)械手搬運(yùn)部分、定位圖像部分。

圖2 IC/COF 軟膜上料組件布局

進(jìn)行COG 作業(yè)時(shí)，選擇工作的部件是IC 料盒搬運(yùn)托盤組件、IC 搬運(yùn)機(jī)械手、IC 翻轉(zhuǎn)機(jī)械手（根據(jù)產(chǎn)品選擇是否啟用）、定位鏡頭；進(jìn)行COF 作業(yè)時(shí)，選擇工作的部件是COF-滿Tray 上料機(jī)械手、COF-空Tray 下料機(jī)械手、COF-Tray 盤搬運(yùn)托盤組件、COF 軟膜搬運(yùn)機(jī)械手、定位鏡頭。

兩種作業(yè)方式共同的工作流程如下：載臺(tái)能帶動(dòng)IC 料盒/COF-Tray 實(shí)現(xiàn)X 向的移動(dòng)，搬運(yùn)機(jī)械手可以實(shí)現(xiàn)X、Y、Z、Q 四軸運(yùn)動(dòng)，從載臺(tái)上抓取IC/COF 軟膜，經(jīng)過圖像定位后放置到預(yù)壓后載臺(tái)上，最后通過預(yù)壓后載臺(tái)將IC/COF 軟膜交接給預(yù)壓頭，完成上料。

兩種作業(yè)方式不同之處如下：

1）IC 來料有兩種方式，一種是引腳朝下，直接由搬運(yùn)機(jī)械手放置在預(yù)壓后載臺(tái)上；另一種是引腳朝上，需要將引腳翻轉(zhuǎn)朝下后再上料，這時(shí)候需要搬運(yùn)機(jī)械手將IC 轉(zhuǎn)交給翻轉(zhuǎn)機(jī)械手，翻轉(zhuǎn)機(jī)械手能實(shí)現(xiàn)Z 向和圍繞X 軸旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過翻轉(zhuǎn)再轉(zhuǎn)交預(yù)壓后載臺(tái)，完成上料。當(dāng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械手不工作時(shí)，需要將Z 軸走到最低處，藏在預(yù)壓后載臺(tái)下方，避免搬運(yùn)機(jī)械手在下料時(shí)與之干涉。

2）在進(jìn)行人工更換物料時(shí)，COG 作業(yè)需要人工在線下將IC 料盒放置在備用的IC 托盤內(nèi)并用壓片壓緊，然后從設(shè)備內(nèi)IC 料盒載臺(tái)上將IC 托盤拆下，更換為裝載好物料的備用托盤。COF 作業(yè)時(shí)，人工將一摞（高度低于100 mm）裝滿COF 軟膜的Tray 盤放在COF-滿Tray 上料區(qū)，COF-滿Tray 搬運(yùn)機(jī)械手Z 向運(yùn)動(dòng)由伺服電機(jī)加模組的方式實(shí)現(xiàn)，Y 向由長(zhǎng)行程氣缸驅(qū)動(dòng)走固定位置，吸取Tray 盤后放置在COF-Tray 載臺(tái)上，COF 軟膜上料完成后，空Tray 盤流向空Tray 下料區(qū)，當(dāng)空Tray 達(dá)到一定高度時(shí)，設(shè)備發(fā)出警報(bào)，提醒操作人員取走空Tray 盤。

3）在進(jìn)行圖像定位時(shí)，這里采用下鏡頭結(jié)構(gòu)，IC/COF 搬運(yùn)機(jī)械手吸附產(chǎn)品運(yùn)行至拍照位，相機(jī)從下向上拍照。由于IC 的不透光特性，采用外部同軸光從下往上打光，反射投影；在進(jìn)行COF 軟膜拍照時(shí)，由于COF 的薄膜特性，選擇上光源，從上向下打光，投射投影。

2.3 切換工作模式時(shí)零部件的更換

由于IC 和COF 軟膜在外形、材質(zhì)等方面存在較大的差異，兩者來料方式也各不相同，針對(duì)各自的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)不同吸頭和托盤的裝載結(jié)構(gòu)。IC 重量輕、體積小、表面平整但易劃傷，而且脆弱易折斷；COF軟膜柔軟、易變形、重量輕，所以IC 吸頭采用防靜電PEEK 材料，接觸面平整避免損傷IC，最小的IC 寬度為0.7 mm，吸附孔不大于最小的IC 尺寸，這里真空孔開孔直徑為0.5 mm，吸附面大小為6 mm×1 mm，如果IC 尺寸變大，可以相應(yīng)地更換大一號(hào)的吸頭；COF 軟膜吸附采用防靜電硅橡膠吸嘴。如圖3所示，兩種方式上料的零件采用相同的接口，都可以對(duì)接安裝基座。

圖3 吸頭部件切換

IC 料盒是通過壓片將料盒固定在IC 托盤上；裝載COF 軟膜的Tray 盤是通過自身的定位柱卡在COF-Tray 托盤的圓錐面上實(shí)現(xiàn)定位，并通過真空吸附，避免Tray 盤與載臺(tái)在工作過程中產(chǎn)生相對(duì)位移。如圖4 所示，兩種托盤都可以對(duì)接在載臺(tái)上，IC托盤根據(jù)定位銷卡兩邊固定位置。

圖4 載臺(tái)部件切換

綜上，當(dāng)進(jìn)行工作模式切換時(shí)，首先需要進(jìn)行相應(yīng)零部件的更換；其次將設(shè)備回歸原點(diǎn)位置，在操作屏中選擇相應(yīng)的工作組件，從而對(duì)應(yīng)不同的工作模式；最后，根據(jù)需要生產(chǎn)的產(chǎn)品信息進(jìn)行相應(yīng)位置調(diào)節(jié)。設(shè)備能夠滿足兩種形式的產(chǎn)品生產(chǎn)，滿足設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)語

COF 和COG 兩種邦定技術(shù)是液晶顯示屏生產(chǎn)過程中的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。由于這兩種邦定工藝高度相似，結(jié)合模組廠新建產(chǎn)線的需求，使得能夠同時(shí)滿足COG/COF 邦定工藝的設(shè)備成為一種新的方向。這種兼容性設(shè)計(jì)，能夠提升設(shè)備適用性、降低模組廠的采購成本，而上料機(jī)構(gòu)正是這種兼容性設(shè)備的重要組成部分。因此，研究一種COF軟膜Tray 盤來料和IC 盒裝來料情況下的上料方式，以及對(duì)COF 軟膜卷帶來料進(jìn)行沖切上料和IC盒裝來料進(jìn)行兼容上料的設(shè)計(jì)，可為產(chǎn)線的自動(dòng)化提供新的技術(shù)支持。