剖析AMOLED趋势下的COF芯片封裝技术原理、现状与未来

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剖析AMOLED趋势下的COF芯片封裝技术原理、现状与未来

2024-07-12 07:21| 来源: 网络整理| 查看: 265

从CRT到LCD再到OLED显示器的变革,重要的一个因素是形态的变化。从CRT时代的厚到LCD的薄,而从LCD到OLED形态上我们认为应该是柔性、可折叠。伴随这些的同时,还有人们对同样面积下更大可视区追求。

而2017年火热的全面屏就是最好的验证,因为较高的屏占比能够给用户带来更好的视觉体验,随着柔性OLED技术的日趋成熟,未来的手机外观设计与物理形态势必还会发生更多的创新与变革。此趋势使得COF(Chip-on-Film)将逐渐成为手机显示屏驱动芯片的主流封装方式。

凸块制程

驱动IC封测中,凸块制程需配合后段COF或COG封装,才完成完整的驱动IC封装。晶圆上所长的金属凸块,凸点就是IC信号接点,凸块适用于体积较小的封装产品上,不使用传统打线、引脚技术,采用覆晶技术,更适合高脚数IC产品封装,进一步依据材料分成锡铅凸块或是金凸块。

封测厂商透露,OLED驱动IC封测即需要金凸块加上COF封装制程,除了韩系龙头厂商外,南茂陆续新增IC设计客户。事实上,如南茂、颀邦等厂商都积极看好 OLED驱动IC封测市场,台厂可望有一席之地,主要系大陆面板大厂投资OLED产线的脚步相当积极,将成为台系封测供应体系的大好机会,估计2019年将更为成熟。

熟悉封测厂商表示,2017年下半以来,手机显示器驱动IC封测从COG转往COF制程越来越明显,颀邦、南茂两大LCD驱动IC封测大厂都已经瞥见商机。据了解,南茂COG加上COF封装产能平均稼动率约维持在85%左右,其中又以COF较高,主系原本大尺寸液晶电视面板驱动IC封测就是以COF制程为大宗,以及加上去年下半手机中小尺寸面板封装制程转向COF所致。

但是目前手机显示主要采用COG技术进行驱动芯片的封装。18:9显示屏仍然可以采用COG工艺,但是据目前的产品分析,未来随着全面屏从18:9向19:9甚至20:9演进,COG将越发力不从心。而采用COF的全面屏,其下端边框可能缩小至3.6mm的距离甚至更小,因此COF将满足更高屏占比的需求。 因为对于全面屏而言,最佳的方式是基于COF工艺(即触控IC固定于FPC软板上), 相比于COG可以进一步提升显示面积。

COG封装

那什么是COG呢?

COG全称为Chip On Glass,中文叫做玻璃上芯片技术。它直接通过各项异性导电胶(ACF)将IC封装在玻璃上,实现IC导电凸点与玻璃上的ITO透明导电焊盘互连封装在一起。目前大多的手机屏幕采用COG封装。

COG封装结构图

COG显示模组

COG与COF封装主要采用各向异性导电胶实现IC与玻璃基板或者柔性基板的互连,其中IC主要采用倒装芯片结构。

COG工艺流程简介

中小尺寸面板封装技术需着重轻薄及降低封装成本的因素,COG方式可满足此需求,虽COG易有Mura与额缘大的问题,但目前厂商已想对策改善。

COF封装

COF全称为Chip On Flex或者Chip On Film,中文即柔性基板上的芯片技术。

COF结构

由于COF封装结构不需形成组件孔,直接接合于卷带上之引脚强度相对较佳,因此可达到更好的细间距结果,并因封装使用无胶的二层软性基材,可挠性较佳,更因减少了黏着剂的变因,使其在尺寸安定、密度线路需求及耐然性、环保上有较好表现,不过,相对COF基材的成本也比较高。

COF制程不须开孔的特性,原则上也使卷带上具有较多空间可乘载原放置于印刷电路板(Printed Circuit Boards;PCB)上之被动组件等,有机会成为多功能的整合型芯片组。

直接封装于面板玻璃上的COG技术,减少了卷带的使用及内外引脚接合技术,因此在成本上较低,制程也较容易;COG方式若不考虑中间与面板玻璃接合剂的因素及贴合对位的困难性,理论上因凸块引脚与玻璃基板为半导体制程技术,使COG相较于其他封装方式具有更可微间距化的机会。

COF 可将 IC 芯片直接封装到挠性印制板上,达到高构装密度,减轻重量,缩小体积,能自由弯曲安装的目的。

COF典型工艺流程

如果将IC,挠性基板,玻璃面板,PCB,其它被动元件(电容,电阻等)通过适当的方式连接起来(如IC直接与玻璃面板通过ACF连接,或者挠性基板与IC和玻璃面板采用ACF连接,挠性基板与被动元件可采用传统同流焊,挠性基板与PCB可采用传统焊接方式或插头方式连接),就构成了具有COG或者COF封装的显示模组。

两种技术对比

COG与COF面板结构对比

多种方式对比

首先、根据台湾工研院的研究数据,尽管采用COF的1:6 MUX TDDI方案比采用COG的1:3 MUX TDDI的成本上升6.5-9.5美元, 但是下边框尺寸极限可以由3.5mm缩减至2.7mm。

其次、在芯片封装方面,目前 COF 产能主要集中在中大尺寸, COG 集中在中小尺寸。要做全面屏模组厂需要重新投资中小尺寸的 COF bonding,产能缺口较大。同时,COF 封装需要超细 FPC 和高要 求的 bonding 工艺,成本也比 COG 要高。根据产业链调研情况,COF单价比 COG 单价要高出9美金左右。 其中,全球 COF 制造企业能量产10um等级的制造商,并且形 成规模化生产的主要为中国大陆以外的 5 家企业,分别为韩国的 Stemco 和 LGIT、台湾的欣邦和易华以及日本的新藤电子,Stemco、 LGIT 和新藤电子能做双面超细 COF 基板,欣邦和易华是单面的产能。

根据日本厂商目前可以做到的极限,使用COF下边框可以做到 2.7mm 以内,不过成本要比 COG 高出 9 美金左右,采用异形切割、 调整背光模组之后成本将会更高。其实,COG 经过优化下边框也能做窄,面对产能的限制、高昂的成本,手机品牌厂商真愿意为几毫米左 右的窄边框优势选择COF、进行异形切割设备投资、调整背光模组么?

据行业人士认为,国产厂商今年更多的是采取一种折中方案,使用 COG 封装,将下边框做到 9mm 以下,最主要的是在整机尺寸不变的情况 下将之前的 5.2/5.5 寸屏升级为 5.7/6 寸,推出“低配版”全面屏。而 苹果等高端品牌机型的屏幕变革将进行的更加彻底一些,采用 COF 封装、增加异形切割工序等,努力将下边框收窄至 5mm 以下,这也是全面屏技术的长期选择。

COF优点分析

与COG不同之处为,COF将芯片直接封装到FPC上,由于FPC可以自由弯曲,因此可以将其折到玻璃背面,从而实 现缩小下边框的目的。与COG相比,其可以缩小边框大约1.5mm。

具体工艺上,COF分单层COF和双层COF。从整个生产上考量,单层COF和双 层COF两者均有其优点和缺点。简单来看,单层COF好处是价格便宜,一般比双层便宜5倍,但缺点是需要极高的精准设备,一般机台无法达到COF的要求。双层COF 好处是可以达到更高的解析度,其缺点是需要打两层COF,成本高昂,需要更多的 Bonding设备。

目前COF方案所用的FPC主要采用聚酰亚胺(PI膜)混合物材料,厚度仅为50-100um,线宽线距在20um以下,所以在FPC生产过程中要采用半加成,或者加成法工艺。

COF封装用的FPC主要是台系厂商供货,如易华电等。而国内厂商如景旺电子,合力泰子公司蓝沛也有相关技术积累,后续有望受益于COF方案的进一步推广。 COF封装则是采用自动化的卷对卷设备生产。

但是由于COF在卷对卷生产过程中需要加热,而PI膜的热膨胀系数为16um/m/C, 相比芯片的2.49 um/m/C而言,较为不稳定,所以对设备精度要求很高。



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