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COF封裝手機客退失效解析
 

【作者: iST宜特科技】   2020年04月21日 星期二

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近年來,隨著蘋果、三星、華為等國際大廠帶領下,各業者推出的新款智慧型手機,清一色搭配全螢幕的窄邊框面板。當智慧型手機搭載全螢幕面板成為市場主流,驅動IC封裝製程也已經由玻璃覆晶封裝(Chip On Glass;COG)轉換為薄膜覆晶封裝(Chip On Film;COF),以符合窄邊框面板的需求。


當驅動IC搭配COF封裝的全螢幕手機在市場上熱銷,出貨量日增下,螢幕出現閃屏、線條遭客退的案例也隨之上揚。


尤其面板賣到市場上,卻因螢幕出現閃爍線條遭到客退,到底是封裝製程出了問題? 還是驅動IC設計不良?驅動IC封裝製程從COG、COF演變到未來的塑膠基板覆晶封裝(Chip On Plastic;COP)階段,如何避免前車之鑑,即早在研發階段抓出異常點,避免量產客退產生?


何謂 COG、COF、COP

COG(Chip On Glass)

在進入18:9「全螢幕」時代之前,智慧型手機螢幕大部分採用玻璃覆晶封裝(Chip On Glass;COG)封裝技術,即IC晶片直接壓合在LCD液晶螢幕的玻璃表面,也就是說螢幕面板與晶片在同一個平面。這種封裝形式的優點在於良率高、成本低且容易大量生產,對於非全螢幕的手機來說,COG是性價比(CP值)高的解決方案。


然而,對於手機這一整合度非常高的電子產品來說,每一寸空間都寸土寸金,因此對螢幕不僅要求輕薄,而且晶片部分也不能佔據太多空間,加上COG玻璃材質是無法摺疊與彎曲,螢幕底部勢必會留出一部份邊框,也就是說 COG封裝形式恐怕無法滿足全螢幕的發展潮流。


COF(Chip On Film)

薄膜覆晶封裝(Chip On Film;COF)為TFT LCD內驅動IC主流的封裝方式,是指螢幕晶片整合在可撓性的PCB上,這種方式能夠使驅動IC彎折在螢幕下方,節省空間,此設計使手機擁有較窄的螢幕邊框,實現更高屏的佔比,但仍然無法做到100%全螢幕。


COP(Chip On Plastic)

塑膠基板覆晶封裝(Chip On Plastic;COP)是近年來一種全新的螢幕封裝製程技術,由於COP封裝只能搭載可撓式OLED螢幕,真正能夠實現無邊框全螢幕的境界。然而OLED比TFT-LCD 成本更是高出不少、且良率也較低,因此大部分使用在較高端的智慧型手機。



圖一 : COG、COF、COP結構圖
圖一 : COG、COF、COP結構圖

近年來,宜特故障分析實驗室接到非常多COF封裝的客退品,送來宜特進行分析。從諸多案例中,我們歸納出最常見的異常,來自於COF封裝中金凸塊與內引腳(Inner Lead)發生短路(圖二),導致螢幕產生線條。



圖二 : COF封裝中金凸塊與內引腳發生短路
圖二 : COF封裝中金凸塊與內引腳發生短路

為什麼會這樣呢?宜特故障分析實驗室可以從COF封裝的結構談起,比起COG使用導電粒子(ACF)作為IC與玻璃基板壓合方式來驅動IC功能,COF封裝結構則是以金錫共晶的結合方式,然而金錫共金結合會有金屬橋接(Metal Bridge)的狀況,所以這樣的結構容易遇到金凸塊與內引腳發生短路問題。


【案例一】COF螢幕出現白線

首先,宜特故障分析實驗室拿到此樣品時,判斷有可能是驅動IC與COF連接處有異常,因此先將樣品進行COF開窗,再來藉由點針訊號量測(Probe)發現訊號顯示短路; 第三,藉由Thermal EMMI (InSb) 定位故障點(熱點、亮點Hot Spot)位置。


第四,以超高解析度 3D X-Ray 顯微鏡 檢視到異常點;第五,針對異常點,使用雙束電漿離子束 (Plasma FIB)及EDS進行分析, 最後,宜特故障分析實驗室,發現 COF與Die Pad之間有銅線短路(Cu short)。(圖三)



圖三 : COF螢幕出現白線,透過宜特故障分析實驗室設計之分析手法,最終找到COF與Die Pad間有銅線短路。
圖三 : COF螢幕出現白線,透過宜特故障分析實驗室設計之分析手法,最終找到COF與Die Pad間有銅線短路。

【案例二】螢幕出現閃爍異常

此案例,宜特故障分析實驗室拿到此客退樣品時,就發現有螢幕閃爍的異常狀況,於是首先,從COF不良線路進行開窗, 經點針訊號量測為短路,接著,利用雷射光束電阻異常偵測(OBIRCH),定位異常熱點(hot spot)的位置,再藉由數位顯微鏡(OM)使用Dark檢視,初步判斷可能線路間有異常;接著進行雙束電漿離子束(Plasma FIB)分析後,發現兩條線之間有金屬橋接情況,最後,宜特故障分析實驗室,使用EDS分析出為銅(Cu)元素,確認是銅橋接(Cu metal bridge)短路問題,造成螢幕閃爍異常(圖四) 。



圖四 : 透過宜特故障分析實驗室設計之分析手法,最終找到銅橋接短路問題,造成螢幕閃爍異常。
圖四 : 透過宜特故障分析實驗室設計之分析手法,最終找到銅橋接短路問題,造成螢幕閃爍異常。

結語

COG和COF封裝都會在螢幕底部留一部分邊框,無法做到100%全螢幕,但最新的COP可以做到。2020年,隨著5G手機需求提升,多採AMOLED面板,搭配COP封裝技術,由於與COG製程類似,只要克服良率不佳問題,COP封裝將有機會取代COF成為主流。


不過,COP的結構和COF皆是以共晶的方式,但COP因為需要結合可撓式OLED,所以估計將更容易遇到異質封裝的失效異常狀況。


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