IC绑定对TDDI结构触控不良的影响

朱 磊，王忠俊，黄式强，李盼盼，胡 伟，林汇哲

(重庆京东方光电科技有限公司，重庆 400700)

1 引 言

新兴电子产品借助于信息技术、移动通信、物联网、云计算等技术的发展，逐步应用于各种领域，触摸显示技术也在此基础上发展而来。触摸显示技术作为智能终端领域人机交互的重要界面，手机显示屏和触摸屏发挥着至关重要的作用。

目前市场上触摸屏按着工作原理可以分为电阻式触摸屏、电容式触摸屏(表面式和透射式)、红外线式触摸屏和表面声波式触摸屏4种。由于透射式电容触摸屏支持多点操作，良好的透过率、分辨率以及相对较低的制造成本，是未来触摸屏的主要发展方向[1]。

电容屏的触控技术主要分为In-cell[2-3]、On-cell[4]和单片式触摸屏[5](On Glass Solution，OGS)。OGS和On cell是相对成熟的方案，但是其却无法满足轻薄化、高透过率、低成本等要求。所以在此基础上，In cell的技术得到发展。

触控与显示驱动集成(Touch and Display Driver Integration，TDDI)主要是与In-cell技术相结合应用于触控电子产品中。TDDI结构最早由新思厂商提出，这种结构将显示与触控互相分离的结构集成到一颗芯片上。由于TDDI结构的触控电极是制作在显示面板上，显示面板的制作[6]以及模组的制作[7]都有可能会造成触控不良的发生。

2 电容式触摸屏构成及其原理

2.1 电容式触摸屏构成

图1 4.98qHD TDDI结构图Fig.1 Structure of 4.98qHD TDDI

自电容是指电极与大地相连的电容，即电极对大地的电容。图1为本文研究的4.98qHD TDDI产品采用自容式的结构示意图，通过TFT基板的制作工艺将触控电极整合在TFT基板上。

2.2 电容式触摸屏的工作原理

如图2所示，当手指作为一个导体触摸到屏幕表面时，手指与屏幕表面会形成一个耦合电容。由于耦合电容的存在，使得触摸点的电容发生了变化。通过探测触摸前后电容的变化，确定触摸位置。

图2 电容屏工作原理图Fig.2 Schematic of capacitive touch panel

自电容触摸屏是将触控电极设计成相互垂直交叉的扫描电极。当手指触摸到屏幕上时，分别对X轴和Y轴进行扫描，通过电容的变化确定触摸发生的X轴坐标和Y轴坐标，通过计算确定触摸发生的位置，如图3所示。

当触摸屏没有任何触摸时，触控电极与地之间的电容为Cp。当有手指触摸时，相当于并联上一个寄生电容Cf，系统总的电容变为Cp+Cf，因此通过检测触摸前后电容的变化，就可以确定触摸的位置。

图3 自电容扫描方式Fig.3 Scan method of self-capacitance

3 触控不良分析

3.1 测试方法

本文采用的是新思厂商的容值测试软件。将电脑、点灯机、电路板以及不良屏连接起来，通过测试软件进行触控测试。每个测试项目均有设定的规格，超出规格测试界面就会提示错误(Fail)。借助测试结果错误的项目以及详细的测试结果判断发生的节点位置。测试界面如图4所示。

图4 测试软件界面Fig.4 Test software

本文研究的主要触控不良为容值测试(Raw gap)不良和开路(Open)不良，容值测试不良和开路不良和容值相关。

容值测试计算方法如图5所示，左右半屏分别计算，计算同一行相邻两个容值的差值比，如果差值比超出设定的规格，则会出现容值测试不良。

图5 容值测试测试方法Fig.5 Test method of raw gap

开路的计算方法与容值的变化有关。存在开路不良的触控单元，在充电时达到饱和的时间要比正常的触控单元时间短，因此在相同的充电时间内，开路不良的触控单元的容值变化要小于正常的触控单元。当小于设定的规格，就会出现开路不良。

3.2 点灯画面确认

如图6所示，在重载/灰阶127画面下，对不良屏进行点灯确认出现方格，按压IC绑定位置，方格会消失。因此推测不良与IC绑定相关。

(a)按压前(a)Before press

(b)按压后(b)After press图6 点灯确认Fig.6 Check on light

3.3 盖板返工确认

为了确认贴合工序对IC绑定是否有影响，进行盖板(Cover glass，CG)返工确认。

选取1#触控不良屏进行初始触控测试，盖板返工后再次进行触控测试，测试结果如表1所示。

表1 盖板返工前后触控测试结果Tab.1 Results of TP test before and after cover glass rework

续 表

从表1中可以看出，初始状态触控测试结果超出规格，拆解成FOG状态触控测试结果正常，进行盖板返工重新贴合新的盖板后，TFOG状态触控测试结果正常。因此结合点灯画面下按压可出现方格的现象，推测IC绑定状态异常，在盖板贴合时，IC绑定的位置受力，有可能会造成触控不良。

3.4 IC返工确认

为了进一步确认IC绑定对触控的不良影响，从不良屏中选取了FOG状态触控测试NG的2#样品进行IC返工。

表2 IC返工前后触控测试结果Tab.2 Results of TP test before and after IC rework

续 表

从表2中可以看出，IC返工前触控测试结果超出规格，IC返工后触控测试结果正常。因此IC绑定或者IC本体异常会造成触控不良。

3.5 IC交换确认

为了确认IC本体是否异常导致触控不良，我们邀请新思厂商进行IC交换验证，验证结果如表3所示，触控测试结果正常的样品和超出规格的样品进行IC交换验证。

触控测试超出规格样品的IC搭配测试正常的显示屏，触控测试结果正常，可以排除IC本体原因导致的触控不良。

触控测试正常样品的IC搭配测试超出规格的显示屏，测试结果如下:

IC(OK2)+显示屏(NG2)触控测试结果正常

IC(OK1)+显示屏(NG1)触控测试超出规格

以上交换测试后的结果以及图7点灯检查画面可以看出，虽然有一片IC(OK1)+显示屏(NG1)的测试结果显示超出规格，但交换前不良发生位置在右半屏，交换后右半屏的不良消失。左半屏出现新增的不良。不良位置以及数量的变化可以确认触控不良与IC绑定有较大相关性，与显示屏相关性较小。

(a)IC交换前点灯确认(a)Check on light before IC swap

(b)IC交换后点灯确认(b)Check on light after IC swap图7 IC交换前后点灯确认Fig.7 Check on light before and after IC swap

表3 IC交换触控测试结果Tab.3 Results of TP test by IC swap

续 表

3.6 IC绑定微观图片确认

选取容值测试不良或者开路不良的样品在显微镜下确认IC绑定位置的情况，如图8、图9、图10所示。

其中图8和图9分别为触控测试超出规格的3#和4#样品，图10为触控测试正常的1#样品。从微观图片可以看出，3#和4#样品的IC绑定位置中，ACF粒子几乎不可见，而触控测试OK的1#样品，ACF粒子明显可见。

图8 NG-3#样品IC绑定Fig.8 Picture of NG-3# sample IC bonding

图9 NG-4#样品IC绑定Fig.9 Picture of NG-4# sample IC bonding

图10 OK-1#样品IC绑定Fig.10 Picture of NG-1# sample IC bonding

3.7 改善验证

以上分析可以看出IC绑定异常，ACF粒子压痕过浅导致出现容值测试不良或者开路等触控不良。

在COG(Chip on glass)技术中，IC和显示屏是通过ACF胶连接的，通过热压合，IC管脚和显示屏的引脚形成导电通道[8-9]。而ACF的热压合是COG技术的关键地方，热压合异常会导致产生有问题的液晶屏[10]。因此ACF胶的厚度会影响到IC绑定的最终效果。

本文研究中，ACF胶厚度为18 μm，为了改善此不良，我们验证了厚度为16 μm的ACF胶，采用双100实验评价ACF粒子的变化情况。双100实验条件如表4。

表4 双100实验条件Tab.4 Condition of double 100 test

图11(a)、图11(b)为18 μm ACF双100实验前后ACF粒子的对比。图12(a)、图12(b)为厚度16 μm的ACF双100实验前后的ACF粒子对比。

图11 双100实验前(a)后(b)18 μm ACF粒子状态对比Fig.11 Contrast of 18 μm ACF particle before(a)and after(b)double 100 test

图12 双100实验前(a)后(b)16 μm ACF粒子状态对比Fig.12 Contrast of 16 μm ACF particle before(a)and after (b)double 100 test

双100实验前确认ACF粒子状态，采用18 μm厚度的ACF胶，第三排的ACF粒子较浅。而16 μm厚度的ACF胶，整体绑定效果良好。进行双100实验后，18 μm厚度的ACF胶的粒子明显变浅，同时部分粒子不达标(≥5颗)，16 μm厚度的ACF胶的粒子有一定程度变浅，但粒子数仍然满足要求。

为了确认采用16 μm厚度的ACF胶对触控不良的改善效果，进行了小批量的验证，验证结果如表5所示。

表5 触控不良改善结果Tab.5 Improved results of TP fail

从表5中可以看出，采用16 μm厚度的ACF胶，触控不良发生率模组工厂从3.935×10-3降低至8.38×10-4，客户端从1.5×10-3降低至0，触控不良得到明显改善。

3.8 不良发生机理

容值测试不良和开路不良发生原因均与容值相关,当容值出现异常时,就会发生该不良。当IC绑定异常时，IC管脚和显示屏引脚之间接触电阻就会增大。IC管脚和显示屏引脚之间的接触电阻过高，会引起充电不足，触控单元会处于未完全充电的状态，会直接影响到容值的大小。容值测试是计算同一行相邻两个容值的差值比，开路与容值的变化有关，因此当容值出现异常时，就有可能会出现容值测试不良或者开路不良。

IC管脚和显示屏引脚是通过ACF胶连接的。ACF是各向异性导电膜，只在垂直于接触平面的方向导电，其余两个方向不导电，ACF粒子起到导电作用。通过热压合将ACF粒子压破，导通IC引脚和显示屏引脚。如果ACF粒子形变过小，会造成接触面积较小导致接触电阻较大，导电性较差。

本文发生的触控不良，是由于ACF胶厚度较厚，ACF胶流动性较差，导致ACF粒子在热压合的过程中压痕较浅，形变不足导致的，如图13和图14所示。

图13 ACF流动示意图Fig.13 Schematic diagram of ACF flow

图14 ACF粒子压痕示意图Fig.14 Schematic diagram of ACF particle indentation

4 结 论

ACF胶的厚度会影响到IC绑定的效果，ACF胶厚度较厚，在热压合的过程中流动性较差，造成了ACF粒子压痕较浅形变较弱，使得IC管脚和显示屏引脚之间的接触电阻增大，影响到容值大小，从而出现了容值测试不良和开路不良等触控不良。通过变更ACF胶厚度(18→16 μm)，触控不良的发生率显著减低(3.935×10-3→8.38×10-4)。因此在后续实际生产中，针对TDDI产品要结合显示屏引脚的设计以及IC管脚的高度选取合适的ACF厚度，避免发生此类触控不良。