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COF

COF是一种将晶粒覆晶接合(Flip Chip Bonding)在软性电路板(Flexible Printed Circuit board, FPC)基材上的技术。也就是可将驱动IC及其电子零件直接安放于薄膜(Film)上,省去传统的印刷电路板,达到更轻薄短小的目的。应用范围为以手机为主,以及LCD面积不大的产品。[1]COF 生产完成后,待液晶显示器(LCD Panel) 模组工厂取得 IC 后,会先以冲裁(Punch) 设备将卷带上的 IC 裁成单片, 通常 COF 的软性基板电路上会有设计输入端(Input) 及输出端(Output) 两端外引脚(Outer Lead), 输入端外引脚会与液晶显示器玻璃基板做接合, 而输入端内引脚则会与控制信号之印刷电路板(PCB) 接合。


COF用到的芯片与FPC基板的连接技术主要有以下3种。

金-锡共晶连接工艺

这种工艺是利用IC芯片上的金凸块和镀上锡的FPC内部引线,通过加热加压,在接触面形成金-锡共晶,达到连接的目的。这种方法的焊接温度必须在金-锡共晶的形成温度(325~ 330℃)以上,这对基材的耐热性是个严峻的考验。[2]另外,合适的焊接温度不好掌握。当连接部分温度比较低时,内部引线共晶形成不充分,导致内部引线开路。然而,当连接部分温度太高时,焊接工具在金-锡共晶还处于熔化状态下就上升离开,这也容易导致内部引线开路的发生。还有,当温度较低并且内部引线上镀锡较厚时,锡不会被金所吸收(没有共晶生成),这会导致短路和漏电。选择一个合适的温度十分重要,采用较多的是400℃这个温度。为了满足更窄间距结合的需要,人们也研究开发了金对金接点进行热压结合的工艺,利用金属的扩散机制形成局部金属键结。但由于金的熔点相当高,为了形成扩散,金对金接合比金对锡接合需要更高的接合温度和更长的接合时间,此时基材的变形可能会极为严重。不过最近出现的超声波辅助焊接技术和等离子表面清洁技术能有效的降低焊接所需温度。业界一般认为共晶工艺能够满足线宽间距在20μm以上的连接,否则易发生短路。

各向异性导电胶膜连接工艺

ACF材料是将细微的金属粒子或外表镀有金属的塑料小球分散在树脂材料中,以B阶状态下的薄膜形式存在。当把ACF贴合于IC的凸块与基板线路之间后,利用适当的压力、温度和时间使树脂开始流动而导电粒子则与凸块和基板线路接触而达到电气导通的作用。在此同时,又由于选用适当的导电粒子粒径及添加量,使其在凸块与凸块之间彼此无法接触从而达到各向异性导通特性。市场上的ACF种类多样,但采用最多的是直径为3- 5μm的镀金塑料小球,以40000~ 60000个/mm2的密度分散在热固性的环氧树脂体系中形成的。由于在热压后环氧树脂固化收缩,使 而且由于导电粒子具有弹性,即使连接面不是很平整,其产生的压力差也能通过导电粒子的弹力得以抵消,这是个很好的优点。但是ACF由于导电粒子存在短路问题,而且过小的线宽导致接点处能捕获到的导电粒子很少,使它无法应对线宽间距在17μm以下的IC连接。ACF连接处的导电可靠性不如共晶工艺,在以后的回流焊过程中,也可能会由于热应力而发生变形,使导电性下降甚至开路。

非导电胶连接工艺

NCA接合方式主要是靠芯片和基板两边电极直接接触达到电气导通,而NCA的目的则是借由其树脂硬化收缩完成电极压接,并利用树脂硬化后的机械性质,维持电极间接触导通所需的压迫力量。NCA材料的作用,主要是提供凸块及基板线路间接点的接合力并且保护接点,维持良好的可靠度,因此材料必须具有以下特性:良好的机械与物理特性,包括高Tg、高弹性模数、高收缩性及低热膨胀系数,好的润湿效果、防湿特性、接著特性和耐冲击性;能够在高温短时间内固化完成(20sec,150~ 250℃);本身俱备优良的电气绝缘特性。NCA工艺和ACF工艺兼容,只需在对位设备前加入电胶单元即可。由于在NCA工艺中,凸块和基板线路是直接的机械接触,横向短路的机率很小,所以NCA能应对比共晶和ACF工艺的极限间距更小的IC连接(17μm以下)。 但是NCA对材料的要求比ACF高,如芯片凸块高度的平整性必须很好,NCA的连接可靠性也还有待考查,这些因素都限制了NCA的使用,使它暂时无法成为主流工艺


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最常出现的COF究竟是什么?

参考资料

  1. COF09.04.2021 MoneyDJ理财网
  2. 薄膜覆晶接合封装 COF(Chip on film)06.28.2020 品化科技