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COF封装手机客退失效解析
 

【作者: iST宜特科技】2020年04月21日 星期二

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近年来,随着苹果、三星、华为等国际大厂带领下,各业者推出的新款智慧型手机,清一色搭配全萤幕的窄边框面板。当智慧型手机搭载全萤幕面板成为市场主流,驱动IC封装制程也已经由玻璃覆晶封装(Chip On Glass;COG)转换为薄膜覆晶封装(Chip On Film;COF),以符合窄边框面板的需求。


当驱动IC搭配COF封装的全萤幕手机在市场上热销,出货量日增下,萤幕出现闪屏、线条遭客退的案例也随之上扬。


尤其面板卖到市场上,却因萤幕出现闪烁线条遭到客退,到底是封装制程出了问题? 还是驱动IC设计不良?驱动IC封装制程从COG、COF演变到未来的塑胶基板覆晶封装(Chip On Plastic;COP)阶段,如何避免前车之监,即早在研发阶段抓出异常点,避免量产客退产生?


何谓 COG、COF、COP

COG(Chip On Glass)

在进入18:9「全萤幕」时代之前,智慧型手机萤幕大部分采用玻璃覆晶封装(Chip On Glass;COG)封装技术,即IC晶片直接压合在LCD液晶萤幕的玻璃表面,也就是说萤幕面板与晶片在同一个平面。这种封装形式的优点在於良率高、成本低且容易大量生产,对於非全萤幕的手机来说,COG是性价比(CP值)高的解决方案。


然而,对於手机这一整合度非常高的电子产品来说,每一寸空间都寸土寸金,因此对萤幕不仅要求轻薄,而且晶片部分也不能占据太多空间,加上COG玻璃材质是无法摺叠与弯曲,萤幕底部势必会留出一部份边框,也就是说 COG封装形式恐怕无法满足全萤幕的发展潮流。


COF(Chip On Film)

薄膜覆晶封装(Chip On Film;COF)为TFT LCD内驱动IC主流的封装方式,是指萤幕晶片整合在可挠性的PCB上,这种方式能够使驱动IC弯折在萤幕下方,节省空间,此设计使手机拥有较窄的萤幕边框,实现更高屏的占比,但仍然无法做到100%全萤幕。


COP(Chip On Plastic)

塑胶基板覆晶封装(Chip On Plastic;COP)是近年来一种全新的萤幕封装制程技术,由於COP封装只能搭载可挠式OLED萤幕,真正能够实现无边框全萤幕的境界。然而OLED比TFT-LCD 成本更是高出不少、且良率也较低,因此大部分使用在较高端的智慧型手机。



图一 : COG、COF、COP结构图
图一 : COG、COF、COP结构图

近年来,宜特故障分析实验室接到非常多COF封装的客退品,送来宜特进行分析。从诸多案例中,我们归纳出最常见的异常,来自於COF封装中金凸块与内引脚(Inner Lead)发生短路(图二),导致萤幕产生线条。



图二 : COF封装中金凸块与内引脚发生短路
图二 : COF封装中金凸块与内引脚发生短路

为什麽会这样呢?宜特故障分析实验室可以从COF封装的结构谈起,比起COG使用导电粒子(ACF)作为IC与玻璃基板压合方式来驱动IC功能,COF封装结构则是以金锡共晶的结合方式,然而金锡共金结合会有金属桥接(Metal Bridge)的状况,所以这样的结构容易遇到金凸块与内引脚发生短路问题。


【案例一】COF萤幕出现白线

首先,宜特故障分析实验室拿到此样品时,判断有可能是驱动IC与COF连接处有异常,因此先将样品进行COF开窗,再来藉由点针讯号量测(Probe)发现讯号显示短路; 第三,藉由Thermal EMMI (InSb) 定位故障点(热点、亮点Hot Spot)位置。


第四,以超高解析度 3D X-Ray 显微镜 检视到异常点;第五,针对异常点,使用双束电浆离子束 (Plasma FIB)及EDS进行分析, 最後,宜特故障分析实验室,发现 COF与Die Pad之间有铜线短路(Cu short)。(图三)



图三 : COF萤幕出现白线,透过宜特故障分析实验室设计之分析手法,最终找到COF与Die Pad间有铜线短路。
图三 : COF萤幕出现白线,透过宜特故障分析实验室设计之分析手法,最终找到COF与Die Pad间有铜线短路。

【案例二】萤幕出现闪烁异常

此案例,宜特故障分析实验室拿到此客退样品时,就发现有萤幕闪烁的异常状况,於是首先,从COF不良线路进行开窗, 经点针讯号量测为短路,接着,利用雷射光束电阻异常侦测(OBIRCH),定位异常热点(hot spot)的位置,再藉由数位显微镜(OM)使用Dark检视,初步判断可能线路间有异常;接着进行双束电浆离子束(Plasma FIB)分析後,发现两条线之间有金属桥接情况,最後,宜特故障分析实验室,使用EDS分析出为铜(Cu)元素,确认是铜桥接(Cu metal bridge)短路问题,造成萤幕闪烁异常(图四) 。



图四 : 透过宜特故障分析实验室设计之分析手法,最终找到铜桥接短路问题,造成萤幕闪烁异常。
图四 : 透过宜特故障分析实验室设计之分析手法,最终找到铜桥接短路问题,造成萤幕闪烁异常。

结语

COG和COF封装都会在萤幕底部留一部分边框,无法做到100%全萤幕,但最新的COP可以做到。2020年,随着5G手机需求提升,多采AMOLED面板,搭配COP封装技术,由於与COG制程类似,只要克服良率不隹问题,COP封装将有机会取代COF成为主流。


不过,COP的结构和COF皆是以共晶的方式,但COP因为需要结合可挠式OLED,所以估计将更容易遇到异质封装的失效异常状况。


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