楊燁 許國棟

摘要：針對車載觸控器件的靜電擊穿現(xiàn)象進行原因分析，并系統(tǒng)實施隔離這一靜電防護方法，有效降低了產(chǎn)品在生產(chǎn)制造過程中發(fā)生靜電擊穿的比例，進而提高了產(chǎn)品的良率，以節(jié)約生產(chǎn)制造成本。通過對車載觸控器件進行結(jié)構(gòu)分析，將觸控器件發(fā)生靜電擊穿的典型區(qū)域分為視窗區(qū)橋點、觸控芯片及按鍵區(qū)走線。結(jié)合生產(chǎn)制造過程靜電產(chǎn)生與擊穿機理，以及貼膜、貼合過程觸控器件的狀態(tài)分析，得出需要對3個典型區(qū)域分別采取流程調(diào)整，增加高阻隔離層及高阻耗散膠皮等不同措施。通過引入高阻耗散隔離層的防靜電方法，將發(fā)生靜電擊穿的比例分別降低了5.6%、0.11%以及7.75%。這一結(jié)果說明，在生產(chǎn)過程中，需要著重處理各個高阻耗散隔離細節(jié)，才能真正地降低，抑制和預(yù)防靜電擊穿的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：觸控器件;靜電擊穿;高阻;耗散;隔離層

中圖分類號：TN402???????????? 文獻標(biāo)志碼：A??????? 文章編號：1009-9492（2021）12-0054-04

Discussion on Electrostatic Protection of High-precision Thin-film VehicleNavigation Touch Device during the Manufacturing Process

Yang Ye1，Xu Guodong2

（1. Guangdong Shantou Goworld Electronics Co.， Ltd.， Shantou， Guangdong 515065， China;

2. Shantou Goworld Display Technology Co.， Ltd.， Shantou， Guangdong 515065， China）

Abstract： The reasons for the electrostatic breakdown of vehicle touch devices were analyzed. Then the isolation method for electrostatic protection was systematically applied to effectively control the electrostatic breakdown and thus improve the yield of touch devices to save manufacturing costs. The breakdown phenomena were divided into the bridge point in view areas， the chip of touch and keypads by analyzing the structure of on-board touch devices. Combined with the static electricity generation and breakdown mechanism in the production process and the state analysis of touch devices in the film coating and bonding process， it was concluded that different measures such as process adjustment， adding high resistance isolation layer and high resistance dissipation rubber need to be taken for the three typical areas. The percentage of electrostatic breakdown in these three regionswere reduced respectively by 5.6%， 0.11% and 7.75%. The result indicates that， in order to effectively control the electrostatic breakdown，? should pay attention to each detail for high-resistance dissipation isolation during the whole manufacturing processes.

Key words： touch device; electrostatic breakdown; high resistance; dissipation; isolating course

0 引言

高精密薄膜電路觸控器件在各個領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，憑借人機交互提供更流暢準(zhǔn)確的觸控體驗，正逐漸往汽車電子領(lǐng)域滲透發(fā)展，并將成為車載觸控器件應(yīng)用的主流技術(shù)，產(chǎn)品應(yīng)用的環(huán)境異常嚴苛，需具備長期應(yīng)用的可靠性及高度穩(wěn)定性。常見觸控器件分為電阻式觸控器件和電容式觸控器件兩種[1]。車載觸控器件按照不同結(jié)構(gòu)，主要分為內(nèi)嵌式和外掛式，目前市場主流為外掛式車載觸控器件。而靜電作為一種常見的自然現(xiàn)象，具有特定的規(guī)律，既有有利的方面，也存在嚴重的危害[2]。在電子行業(yè)中，靜電釋放（ESD）就是一定數(shù)量的電荷從一個物體（例如人體）傳送到另一個物體（例如芯片）的過程。這個過程能導(dǎo)致在極短的時間內(nèi)有一個非常高的電流通過芯片，每年都因為靜電釋放原因?qū)е麓罅慨a(chǎn)品報廢，因此必須充分認識到靜電的危害，對其進行有效地預(yù)防與控制[3-7]。針對汽車行業(yè)也有不少關(guān)于靜電擊穿導(dǎo)致大量產(chǎn)品報廢的相關(guān)報告[8-10]，例如有關(guān)于研究了靜電的人體模型對車載 LCD 設(shè)備的靜電耦合干擾機理，提出了車載 LCD 產(chǎn)品抗 ESD 性能的改善報告[11]。但關(guān)于車載導(dǎo)航觸控器件制程靜電擊穿導(dǎo)致產(chǎn)品報廢的相關(guān)報告有所欠缺。本文系統(tǒng)分析車載導(dǎo)航觸控器件在制程中發(fā)生的3種典型靜電擊穿情況，并提出相應(yīng)的防護控制手段。

1 車載導(dǎo)航觸控器件產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)流程介紹

外掛式車載觸控器件根據(jù)基板的不同大致分為2大類：（1）? G （glass）類產(chǎn)品，即薄膜電路做在 glass基板上; （2） F （film）類產(chǎn)品，即薄膜電路做在 film 基板上。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也是多種多樣，以 G類產(chǎn)品為例，其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有 P 蓋板+G 、G 蓋板+G 、OGS等。下面簡單介紹一下 P 蓋板+G 中各類關(guān)鍵物料及其工藝流程。

組成 P 蓋板+G 類觸控模塊主要材料包括 glass sen? sor 、IC 、FPC 、P 蓋板、OCR ，光學(xué)功能膜，輔助材料為 ACF ，如圖1所示。其中 glass sensor為觸控器件的觸控部分，核心部件; IC為集成電路塊，執(zhí)行外部電路或者人機交換界面輸入的指令; FPC 為軟性電路板， IC 載體，觸控器件與主機接口;OCR為用于膠接透明光學(xué)元件（如sensor 、P 蓋板）的特種粘膠劑; P 蓋板為 cover lens 機殼上蓋板，面向客戶端，材質(zhì)通常為亞克力;光學(xué)功能膜為具有特定光學(xué)功能的膜材（如AR 等）; ACF （各向異性導(dǎo)電膜），主要由環(huán)氧樹脂膠和導(dǎo)電金球組成，具有上下導(dǎo)通，左右絕緣的特性，一般用于 Sensor 和 FPC的 Bonding。

P 蓋板+G 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的主要生產(chǎn)流程如圖2所示，合格 glass sensor進入FOG 工序前，首先進行光學(xué)功能膜貼附，貼附后的 glass sensor放入到高精密的FOG 邦定機中綁定;再接著完成與 P 蓋板、再檢查、包裝入庫。一個 P 蓋板+G 類觸控模塊基本完成。

（1） 貼光學(xué)功能膜。將光學(xué)功能膜貼附在 glass sen? sor 上，俗稱軟貼硬，一般采用半自動光學(xué)功能膜貼附機，采用的常溫大氣加壓貼附。

（2） 貼合。將 FPC bonding后的 glass sensor與P 蓋板貼合在一起，依據(jù)所用膠材的不同，目前有兩種常規(guī)貼合方式：一種為 OCA貼合，一種為 OCR貼合。OCR貼合工藝一般分兩步：第一步是將 OCR膠涂附在已 FPC bonding好的 sensor上，一般采用半自動 OCR涂附機;第二步是將已涂好 OCR的 sensor與 cover lens貼合，俗稱硬貼硬，一般采用半自動真空貼合機，生產(chǎn)過程中采用常溫真空加壓貼合，貼合后需要將產(chǎn)品放到除泡機進行有效除泡。

2 靜電擊穿現(xiàn)象及其分類

靜電就是靜止的電荷。靜電的產(chǎn)生是由于電子在外力的作用下，從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體或者是受外界磁場的影響而產(chǎn)生的極化現(xiàn)象。其中，靜電放電是指具有不同靜電電位的物體互相靠近或直接接觸引起的電荷轉(zhuǎn)移（GB/T4365-1995）。而靜電的產(chǎn)生方式主要包含摩擦、剝離（圖3）、碰撞、流動帶電、攪拌帶電、噴出帶電等。

車載觸控器件是通過 ITO 線（Indium Tin Oxides）進行電信號的傳輸，與 IC集成電路塊執(zhí)行外部電路或者人機交換界面輸入的指令;IC及 glass sensor作為車載觸控器件兩大主要部件。由于功能要求越來越多，電路設(shè)計愈來愈復(fù)雜，制程工藝的趨勢向密集度愈高的方向發(fā)展;高集成度、高線路精細化，對于絕緣層的耐擊穿能力提出更高的要求;同時對產(chǎn)品在生產(chǎn)、運輸?shù)戎圃爝^程的靜電要求更加苛刻，管控好制造過程中的靜電對于保證產(chǎn)品質(zhì)量尤為重要。

產(chǎn)品靜電擊穿，即產(chǎn)品在生產(chǎn)制造過程中受到靜電的破壞，部分走線被擊穿從而喪失導(dǎo)電能力，使車載觸控器件功能失效或者部分功能失效。結(jié)合實際生產(chǎn)制造過程出現(xiàn)靜電擊穿大致分為以下3類：（1） 橋點靜電擊穿，如圖4所示，屬于觸控器件 VA 區(qū)上橋點擊穿;（2） IC 靜電擊穿，如圖5所示，屬于高精密集成電路擊穿;（3）按鍵走線靜電擊穿，如圖6所示，屬于按鍵觸控功能走線擊穿。

3 靜電擊穿原因分析、改善措施及驗證

防靜電方法主要包含如下3類：（1） 接地，接地就是直接將靜電通過一條導(dǎo)線的連接泄放到大地，如人員帶靜電手環(huán)接地、工作站臺/設(shè)備平臺接地; （2） 隔離，生產(chǎn)制造過程利用高阻耗散材質(zhì)平臺的靜電屏蔽方法來削弱外界靜電快速釋放對電子元件的影響，如靜電屏蔽袋、防靜電平臺;（3） 中和，利用靜電消除設(shè)備，中和絕緣體上的靜電荷，如采用離子風(fēng)扇中和。

結(jié)合實際生產(chǎn)現(xiàn)場實際及產(chǎn)品自身的特點和要求：人員與工作站臺/設(shè)備平臺的接地已完成，針對中和，采用離子風(fēng)扇，吹出形成一股正負電荷的氣流，將物體表面所帶電荷中和掉，以消除靜電。這兩種方法都已實施，那么，只能從隔離上著手改善。

3.1 VA區(qū)橋點靜電擊穿

VA 區(qū)橋點靜電擊穿（圖4），在橋點附近發(fā)現(xiàn)有靜電導(dǎo)入孔，現(xiàn)象如圖7所示。從這里靜電導(dǎo)入孔來看與貼膜平臺的真空孔相對應(yīng)。產(chǎn)生原因主要是貼正面膜時，撕膜過程產(chǎn)品產(chǎn)生靜電（圖3），通過貼膜鋼鐵材質(zhì)平臺與地連接導(dǎo)通。貼在平臺上黑色高阻耗散膠布需要破開小孔，以便開真空吸住，這就會導(dǎo)致電從真空孔導(dǎo)向產(chǎn)品的 VA區(qū)，而此時產(chǎn)品的 VA 區(qū)又無保護膜等高阻耗散材料隔離，導(dǎo)致 VA 區(qū)橋點被擊穿。

針對橋點靜電擊穿這種情況，采取高阻隔離的防靜電方法：在產(chǎn)品與貼膜鋼鐵材質(zhì)平臺真空孔增加一高阻耗散隔離層，通過生產(chǎn)制造流程調(diào)整來觀察 VA 區(qū)橋點靜電擊穿情況。流程調(diào)整如圖8～9所示。

試驗后效果：當(dāng) ITO 面 VA 區(qū)有保護膜這類高阻耗散材料遮擋時，貼玻璃面膜不會出現(xiàn)靜電通過平臺小孔擊穿 VA 區(qū)橋點，對產(chǎn)品避免 VA 區(qū)橋點靜電擊穿發(fā)生比例比減少5.6%。

3.2 IC靜電擊穿

IC靜電擊穿（圖5），為載物臺與 IC之間無隔離層。靜電的存在主要可能是放置產(chǎn)品的載物臺，產(chǎn)品與載物臺間的摩擦起電、產(chǎn)品自身平移產(chǎn)生的靜電，導(dǎo)致電從產(chǎn)品的 IC 導(dǎo)向載物臺的地。為了驗證這一猜想，做了如下一組實驗： （1） 載物臺與 IC 之間無隔離層，如圖10所示;（2）載物臺與 IC 之間有高阻隔離層，如圖11所示。

試驗后效果如表1所示，當(dāng)產(chǎn)品 FPC上的 IC與貼合治具/平臺之間有高阻耗散隔離層時，IC就不會被擊穿，對產(chǎn)品避免 IC靜電擊穿發(fā)生比例比減少0.11%。

3.3 按鍵區(qū)走線靜電擊穿

按鍵區(qū)走線靜電擊穿（圖6），在橋點附近發(fā)現(xiàn)有靜電導(dǎo)入孔，現(xiàn)象如圖7所示。從這里靜電導(dǎo)入孔來看與貼膜平臺的真空孔相對應(yīng)。產(chǎn)生原因主要是貼正面膜時，撕膜過程產(chǎn)品產(chǎn)生靜電，通過貼膜鋼鐵材質(zhì)平臺與地連接導(dǎo)通（圖3）。貼在平臺上黑色高阻耗散膠布需要破開小孔，以便開真空吸住，這就會導(dǎo)致電從真空孔導(dǎo)向產(chǎn)品的按鍵區(qū)，而此時產(chǎn)品的按鍵區(qū)又無保護膜等高阻耗散材料隔離，導(dǎo)致按鍵區(qū)走線被擊穿。

分兩次改善實驗：（1） 高阻耗散膠紙遮擋住按鍵區(qū)真空孔;（2）貼膜平臺進行改裝，將鋼鐵材質(zhì)轉(zhuǎn)換成高阻耗散材質(zhì)膠皮。第1次改善把原來按鍵區(qū)下真空孔（圖12）用高阻耗散膠紙隔離遮擋?。▓D13）。通過試驗對比，采取措施后靜電擊穿不良品數(shù)量明顯大幅下降，貢獻率7.45%，如表2所示。

第2次改善對應(yīng)貼膜平臺進行改裝，在原來鋼鐵材質(zhì)平臺上加裝高阻耗散材質(zhì)膠皮（圖14），通過數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，采取措施后靜電擊穿不良品沒有再發(fā)生，貢獻率0.3%，如表3所示。

4 降低和抑制靜電擊穿發(fā)生幾率的過程控制方法

根據(jù)以上的分析和驗證，發(fā)現(xiàn)高精密車載觸控器件靜電擊穿問題是有辦法進行抑制、減緩和降低的。根據(jù)靜電擊穿發(fā)生的原理可以看出，預(yù)防導(dǎo)致靜電擊穿的3個方式：接地、隔離，中和;而其中高阻耗散隔離是本文預(yù)防靜電擊穿發(fā)生的關(guān)鍵。

（1） VA 區(qū)橋點靜電擊穿預(yù)防

在產(chǎn)品與貼膜鋼鐵材質(zhì)平臺真空孔增加一高阻耗散隔離層，來降低 VA 區(qū)橋點靜電擊穿情況。具體做法：通過生產(chǎn)制造流程將貼 ITO 面光學(xué)功能膜調(diào)整至貼玻璃面光學(xué)功能膜前，當(dāng) ITO 面 VA 區(qū)有保護膜這類高阻材料遮擋時，貼玻璃面膜不會出現(xiàn)靜電通過平臺小孔擊穿 VA 區(qū)橋點，對產(chǎn)品避免 VA 區(qū)橋點靜電擊穿發(fā)生比例減少5.6%。

（2）? IC靜電擊穿預(yù)防

在產(chǎn)品 IC與貼合鋼鐵材質(zhì)平臺增加一高阻耗散隔離層來降低 IC靜電擊穿情況。當(dāng)產(chǎn)品 IC與貼合鋼鐵材質(zhì)平臺有高阻耗散膠紙做隔離時，可避免貼合過程靜電從產(chǎn)品通過平臺與地導(dǎo)通，對產(chǎn)品避免 IC靜電擊穿發(fā)生比例減少0.11%。

（3） 按鍵區(qū)走線靜電擊穿預(yù)防

在產(chǎn)品與貼膜鋼鐵材質(zhì)平臺真空孔增加一高阻耗散隔離層，來降低按鍵區(qū)走線靜電擊穿情況。先通過對平臺真空孔進行隔離，后再通過對貼膜平臺進行改裝，在原來鋼鐵材質(zhì)平臺上加裝高阻耗散材質(zhì)膠皮，可避免貼膜過程靜電通過平臺真空小孔擊穿按鍵區(qū)走線，對產(chǎn)品避免 VA 區(qū)橋點靜電擊穿發(fā)生比例減少7.75%。

5 結(jié)束語

通過對生產(chǎn)制造過程中產(chǎn)品發(fā)生靜電擊穿的原因進行分析，高精密車載觸控器件的靜電擊穿問題可以得到有效控制。在已普遍實施的接地及中和的防靜電方法基礎(chǔ)上，通過對隔離這一方法進行系統(tǒng)實施，能夠進一步改善產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中受靜電破壞。其中，隔離的關(guān)鍵在于引入高阻耗散隔離層，阻斷常見靜電擊穿部位（可視區(qū)橋點、IC和按鍵區(qū)走線）電荷的快速轉(zhuǎn)移。通過高阻耗散隔離層的引入，能夠使得可視區(qū)橋點、IC和按鍵區(qū)走線的靜電擊穿發(fā)生比例分別減少5.6%、0.11%以及7.75%，從而提高產(chǎn)品在生產(chǎn)制造過程中的產(chǎn)品良率。為此，在生產(chǎn)過程中，需要著重處理各個高阻耗散隔離細節(jié)，并將預(yù)防靜電擊穿的指令執(zhí)行到位，才能真正地降低，抑制和預(yù)防靜電擊穿的發(fā)生。

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第一作者簡介：楊燁（1973-），女，湖北武漢人，碩士研究生，工程師，研究領(lǐng)域為液晶顯示與觸控技術(shù)開發(fā)。

（編輯：王智圣）