朱 磊，王忠俊，黃式強(qiáng)，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(chǎn)品借助于信息技術(shù)、移動(dòng)通信、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)的發(fā)展，逐步應(yīng)用于各種領(lǐng)域，觸摸顯示技術(shù)也在此基礎(chǔ)上發(fā)展而來。觸摸顯示技術(shù)作為智能終端領(lǐng)域人機(jī)交互的重要界面，手機(jī)顯示屏和觸摸屏發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

目前市場(chǎng)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(diǎn)操作，良好的透過率、分辨率以及相對(duì)較低的制造成本，是未來觸摸屏的主要發(fā)展方向[1]。

電容屏的觸控技術(shù)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(duì)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(chǔ)上，In cell的技術(shù)得到發(fā)展。

觸控與顯示驅(qū)動(dòng)集成(Touch and Display Driver Integration，TDDI)主要是與In-cell技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用于觸控電子產(chǎn)品中。TDDI結(jié)構(gòu)最早由新思廠商提出，這種結(jié)構(gòu)將顯示與觸控互相分離的結(jié)構(gòu)集成到一顆芯片上。由于TDDI結(jié)構(gòu)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(huì)造成觸控不良的發(fā)生。

2 電容式觸摸屏構(gòu)成及其原理

2.1 電容式觸摸屏構(gòu)成

圖1 4.98qHD TDDI結(jié)構(gòu)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(duì)大地的電容。圖1為本文研究的4.98qHD TDDI產(chǎn)品采用自容式的結(jié)構(gòu)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(dāng)手指作為一個(gè)導(dǎo)體觸摸到屏幕表面時(shí)，手指與屏幕表面會(huì)形成一個(gè)耦合電容。由于耦合電容的存在，使得觸摸點(diǎn)的電容發(fā)生了變化。通過探測(cè)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(shè)計(jì)成相互垂直交叉的掃描電極。當(dāng)手指觸摸到屏幕上時(shí)，分別對(duì)X軸和Y軸進(jìn)行掃描，通過電容的變化確定觸摸發(fā)生的X軸坐標(biāo)和Y軸坐標(biāo)，通過計(jì)算確定觸摸發(fā)生的位置，如圖3所示。

當(dāng)觸摸屏沒有任何觸摸時(shí)，觸控電極與地之間的電容為Cp。當(dāng)有手指觸摸時(shí)，相當(dāng)于并聯(lián)上一個(gè)寄生電容Cf，系統(tǒng)總的電容變?yōu)镃p+Cf，因此通過檢測(cè)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(cè)試方法

本文采用的是新思廠商的容值測(cè)試軟件。將電腦、點(diǎn)燈機(jī)、電路板以及不良屏連接起來，通過測(cè)試軟件進(jìn)行觸控測(cè)試。每個(gè)測(cè)試項(xiàng)目均有設(shè)定的規(guī)格，超出規(guī)格測(cè)試界面就會(huì)提示錯(cuò)誤(Fail)。借助測(cè)試結(jié)果錯(cuò)誤的項(xiàng)目以及詳細(xì)的測(cè)試結(jié)果判斷發(fā)生的節(jié)點(diǎn)位置。測(cè)試界面如圖4所示。

圖4 測(cè)試軟件界面Fig.4 Test software

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

容值測(cè)試計(jì)算方法如圖5所示，左右半屏分別計(jì)算，計(jì)算同一行相鄰兩個(gè)容值的差值比，如果差值比超出設(shè)定的規(guī)格，則會(huì)出現(xiàn)容值測(cè)試不良。

圖5 容值測(cè)試測(cè)試方法Fig.5 Test method of raw gap

開路的計(jì)算方法與容值的變化有關(guān)。存在開路不良的觸控單元，在充電時(shí)達(dá)到飽和的時(shí)間要比正常的觸控單元時(shí)間短，因此在相同的充電時(shí)間內(nèi)，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(dāng)小于設(shè)定的規(guī)格，就會(huì)出現(xiàn)開路不良。

3.2 點(diǎn)燈畫面確認(rèn)

如圖6所示，在重載/灰階127畫面下，對(duì)不良屏進(jìn)行點(diǎn)燈確認(rèn)出現(xiàn)方格，按壓IC綁定位置，方格會(huì)消失。因此推測(cè)不良與IC綁定相關(guān)。

(a)按壓前(a)Before press

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

3.3 蓋板返工確認(rèn)

為了確認(rèn)貼合工序?qū)C綁定是否有影響，進(jìn)行蓋板(Cover glass，CG)返工確認(rèn)。

選取1#觸控不良屏進(jìn)行初始觸控測(cè)試，蓋板返工后再次進(jìn)行觸控測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 蓋板返工前后觸控測(cè)試結(jié)果Tab.1 Results of TP test before and after cover glass rework

續(xù) 表

從表1中可以看出，初始狀態(tài)觸控測(cè)試結(jié)果超出規(guī)格，拆解成FOG狀態(tài)觸控測(cè)試結(jié)果正常，進(jìn)行蓋板返工重新貼合新的蓋板后，TFOG狀態(tài)觸控測(cè)試結(jié)果正常。因此結(jié)合點(diǎn)燈畫面下按壓可出現(xiàn)方格的現(xiàn)象，推測(cè)IC綁定狀態(tài)異常，在蓋板貼合時(shí)，IC綁定的位置受力，有可能會(huì)造成觸控不良。

3.4 IC返工確認(rèn)

為了進(jìn)一步確認(rèn)IC綁定對(duì)觸控的不良影響，從不良屏中選取了FOG狀態(tài)觸控測(cè)試NG的2#樣品進(jìn)行IC返工。

表2 IC返工前后觸控測(cè)試結(jié)果Tab.2 Results of TP test before and after IC rework

續(xù) 表

從表2中可以看出，IC返工前觸控測(cè)試結(jié)果超出規(guī)格，IC返工后觸控測(cè)試結(jié)果正常。因此IC綁定或者IC本體異常會(huì)造成觸控不良。

3.5 IC交換確認(rèn)

為了確認(rèn)IC本體是否異常導(dǎo)致觸控不良，我們邀請(qǐng)新思廠商進(jìn)行IC交換驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果如表3所示，觸控測(cè)試結(jié)果正常的樣品和超出規(guī)格的樣品進(jìn)行IC交換驗(yàn)證。

觸控測(cè)試超出規(guī)格樣品的IC搭配測(cè)試正常的顯示屏，觸控測(cè)試結(jié)果正常，可以排除IC本體原因?qū)е碌挠|控不良。

觸控測(cè)試正常樣品的IC搭配測(cè)試超出規(guī)格的顯示屏，測(cè)試結(jié)果如下:

IC(OK2)+顯示屏(NG2)觸控測(cè)試結(jié)果正常

IC(OK1)+顯示屏(NG1)觸控測(cè)試超出規(guī)格

以上交換測(cè)試后的結(jié)果以及圖7點(diǎn)燈檢查畫面可以看出，雖然有一片IC(OK1)+顯示屏(NG1)的測(cè)試結(jié)果顯示超出規(guī)格，但交換前不良發(fā)生位置在右半屏，交換后右半屏的不良消失。左半屏出現(xiàn)新增的不良。不良位置以及數(shù)量的變化可以確認(rèn)觸控不良與IC綁定有較大相關(guān)性，與顯示屏相關(guān)性較小。

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

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

表3 IC交換觸控測(cè)試結(jié)果Tab.3 Results of TP test by IC swap

續(xù) 表

3.6 IC綁定微觀圖片確認(rèn)

選取容值測(cè)試不良或者開路不良的樣品在顯微鏡下確認(rèn)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(cè)試超出規(guī)格的3#和4#樣品，圖10為觸控測(cè)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(cè)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(yàn)證

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

在COG(Chip on glass)技術(shù)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(dǎo)電通道[8-9]。而ACF的熱壓合是COG技術(shù)的關(guān)鍵地方，熱壓合異常會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生有問題的液晶屏[10]。因此ACF膠的厚度會(huì)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(yàn)證了厚度為16 μm的ACF膠，采用雙100實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)ACF粒子的變化情況。雙100實(shí)驗(yàn)條件如表4。

表4 雙100實(shí)驗(yàn)條件Tab.4 Condition of double 100 test

圖11(a)、圖11(b)為18 μm ACF雙100實(shí)驗(yàn)前后ACF粒子的對(duì)比。圖12(a)、圖12(b)為厚度16 μm的ACF雙100實(shí)驗(yàn)前后的ACF粒子對(duì)比。

圖11 雙100實(shí)驗(yàn)前(a)后(b)18 μm ACF粒子狀態(tài)對(duì)比Fig.11 Contrast of 18 μm ACF particle before(a)and after(b)double 100 test

圖12 雙100實(shí)驗(yàn)前(a)后(b)16 μm ACF粒子狀態(tài)對(duì)比Fig.12 Contrast of 16 μm ACF particle before(a)and after (b)double 100 test

雙100實(shí)驗(yàn)前確認(rèn)ACF粒子狀態(tài)，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(jìn)行雙100實(shí)驗(yàn)后，18 μm厚度的ACF膠的粒子明顯變淺，同時(shí)部分粒子不達(dá)標(biāo)(≥5顆)，16 μm厚度的ACF膠的粒子有一定程度變淺，但粒子數(shù)仍然滿足要求。

為了確認(rèn)采用16 μm厚度的ACF膠對(duì)觸控不良的改善效果，進(jìn)行了小批量的驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果如表5所示。

表5 觸控不良改善結(jié)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(fā)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(fā)生機(jī)理

容值測(cè)試不良和開路不良發(fā)生原因均與容值相關(guān),當(dāng)容值出現(xiàn)異常時(shí),就會(huì)發(fā)生該不良。當(dāng)IC綁定異常時(shí)，IC管腳和顯示屏引腳之間接觸電阻就會(huì)增大。IC管腳和顯示屏引腳之間的接觸電阻過高，會(huì)引起充電不足，觸控單元會(huì)處于未完全充電的狀態(tài)，會(huì)直接影響到容值的大小。容值測(cè)試是計(jì)算同一行相鄰兩個(gè)容值的差值比，開路與容值的變化有關(guān)，因此當(dāng)容值出現(xiàn)異常時(shí)，就有可能會(huì)出現(xiàn)容值測(cè)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(dǎo)電膜，只在垂直于接觸平面的方向?qū)щ姡溆鄡蓚€(gè)方向不導(dǎo)電，ACF粒子起到導(dǎo)電作用。通過熱壓合將ACF粒子壓破，導(dǎo)通IC引腳和顯示屏引腳。如果ACF粒子形變過小，會(huì)造成接觸面積較小導(dǎo)致接觸電阻較大，導(dǎo)電性較差。

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

圖13 ACF流動(dòng)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(jié) 論

ACF膠的厚度會(huì)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(dòng)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(xiàn)了容值測(cè)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(fā)生率顯著減低(3.935×10-3→8.38×10-4)。因此在后續(xù)實(shí)際生產(chǎn)中，針對(duì)TDDI產(chǎn)品要結(jié)合顯示屏引腳的設(shè)計(jì)以及IC管腳的高度選取合適的ACF厚度，避免發(fā)生此類觸控不良。