空調顯示板使用液晶失效分析與研究　

作者 / 陳明軒 張成成 崔斌

　　格力電器(合肥)有限公司(安徽 合肥 230088)

　　陳明軒(1989-)，男，助理工程師，研究方向：半導體失效分析。

摘要：本文主要對模組液晶的失效原因及防治手段進(jìn)行分析和探討。帶背光模組液晶是在原有基礎上增加了底殼、導光板、FPC和背光源。FPC金球綁定短路主要就是廠(chǎng)家生產(chǎn)過(guò)程中的熱壓工序出現異常，熱壓FPC時(shí)機器壓頭位置壓到FPC保護層，導致ACF金球聚集，形成微短路。ITO電極開(kāi)路問(wèn)題應該是行業(yè)內最為常見(jiàn)的，ITO是在鈉鈣基或硅硼基基片玻璃的基礎上，利用濺射、蒸發(fā)等多種方法鍍上一層氧化銦錫膜加工制作成的。ITO膜層的主要成份是氧化銦錫。在厚度只有幾千埃的情況下，氧化銦透過(guò)率高，氧化錫導電能力強，液晶顯示器所用的ITO玻璃正是一種具有高透過(guò)率的導電玻璃。由于ITO具有很強的吸水性，所以會(huì )吸收空氣中的水分和二氧化碳，并產(chǎn)生化學(xué)反應而變質(zhì)，俗稱(chēng)“霉變”，因此在存放時(shí)要防潮。

引言

　　空調用的液晶主要有：遙控器液晶、帶背光液晶模塊、帶金屬引腳液晶和觸摸屏液晶?？照{顯示板(手操器)用的液晶通常有兩種結構，一種為帶金屬引腳焊接結構的液晶，其裝配是通過(guò)引腳焊接與顯示板進(jìn)行連接裝配的，另一種為帶背光液晶模塊的排線(xiàn)結構的模組液晶，是通過(guò)FPC綁定與顯示板上的片狀針座進(jìn)行接插連接，后者操作高效、簡(jiǎn)單，效率更快。

　　液晶是顯示板(手操器)的顯示核心器件，其性能工裝狀態(tài)直接影響空調的調試及使用，液晶主要的功能就是將目前空調的運行狀態(tài)顯示出來(lái)從而便于用戶(hù)根據需求進(jìn)行調試。當液晶出現暗化、缺劃、多劃等性能問(wèn)題時(shí)，將直接影響用戶(hù)對目前空調運行狀態(tài)的錯誤判斷，從而影響空調的使用。本文主要對模組液晶的失效原因及防治手段進(jìn)行分析和探討。

1 一般液晶的結構

　　一般液晶由前偏振片、前玻璃基板、邊框膠、邊框墊料、ITO薄膜電極、Color Filter、襯墊層、定向涂層、液晶液、后玻璃基板和后偏振片組成，如圖2所示，帶背光模組液晶是在原有基礎上增加了底殼、導光板、FPC和背光源。生產(chǎn)過(guò)程中任何環(huán)節出現異常都將對液晶的功能產(chǎn)生影響。

2 FPC綁定問(wèn)題

　　FPC綁定環(huán)節在生產(chǎn)過(guò)程中是一個(gè)凸顯的問(wèn)題，生產(chǎn)過(guò)程中較容易出現問(wèn)題，常見(jiàn)的有虛焊、漏焊、金球短路、FPC斷裂問(wèn)題，現舉例說(shuō)明這些問(wèn)題對液晶功能的影響及如何解決。

2.1 虛焊、漏焊

　　當FPC上的印制線(xiàn)出現虛焊、漏焊(如圖3和圖4)時(shí)，液晶將不能夠顯示背光。

　　該故障導致背光線(xiàn)路無(wú)法導通，產(chǎn)品因而背光不亮。從廠(chǎng)家的生產(chǎn)流程分析，產(chǎn)品是流水線(xiàn)作業(yè)，員工作業(yè)速度跟不上流水線(xiàn)的速度，使極個(gè)別產(chǎn)品未經(jīng)過(guò)焊接就直接流向下一工序或焊接時(shí)間不足產(chǎn)生虛焊，從而導致產(chǎn)品漏焊接的產(chǎn)生

　　流出原因分析：產(chǎn)品焊接完成后，要貼黑色保強帶保護背光焊點(diǎn)，由于保強帶有粘性，開(kāi)始對背光AK腳有一定的粘力，使背光AK腳與FPC焊盤(pán)接觸，產(chǎn)品背光因而開(kāi)始能夠點(diǎn)亮。經(jīng)過(guò)存儲運輸，由于沒(méi)有焊錫的連接，背光AK腳會(huì )有一個(gè)反彈力，不能和焊盤(pán)接觸，產(chǎn)品因而表現出背光不亮現象。

　　制定對策：a、目前可以通過(guò)員工貼保強帶時(shí)，先按壓確認焊接有無(wú)虛焊、假焊，如焊接無(wú)異常，再貼保強帶;b、針對員工漏焊，在流水線(xiàn)作業(yè)上增加擋條，這樣可以阻止未焊接的產(chǎn)品流入下一工序。

2.2 FPC綁定金球短路

　　FPC金球綁定短路主要就是廠(chǎng)家生產(chǎn)過(guò)程中的熱壓工序出現異常，熱壓FPC時(shí)機器壓頭位置壓到FPC保護層，導致ACF金球聚集，形成微短路，在分顯時(shí)多劃(如圖5)。

　　流出原因：該問(wèn)題主要是員工測試全屏是顯示正常，未分屏測試。

　　制定對策：a、調機定位時(shí)熱壓機壓頭位置需離FPC保護層0.2mm確保拉大距離同時(shí)不影響熱壓焊接;b、將檢查金球連珠項目加到FOG調機首檢中(每次檢查5PCS)，發(fā)現有連珠整批返檢;c、QC每半小時(shí)檢查機臺每個(gè)底模產(chǎn)品金球狀況;d、測架分顯畫(huà)面有原先6個(gè)增加到9個(gè)，增加畫(huà)面為模擬正?？照{使用時(shí)的顯示模式。

　　2.3 FPC綁定斷裂

　　該故障是一個(gè)比較常見(jiàn)的故障，FPC綁定主要是起到線(xiàn)路連接的作用，根據斷裂線(xiàn)路不同，故障可表現為缺劃或無(wú)背光;圖6為FPC線(xiàn)路斷導致液晶無(wú)背光問(wèn)題。

　　針對該問(wèn)題的產(chǎn)生原因：背光焊接時(shí)FPC沒(méi)有伸直，導致FPC拱起，使焊接處出現折痕,在裝配后形成斷裂。

　　未測試出流出的原因為：測試環(huán)節檢測正常，分析為裝機時(shí)PFC經(jīng)過(guò)彎折后，使拱起地方(有折痕的位置)出現折斷。

　　制定對策：a、焊接背光前需檢查背光FPC有沒(méi)有死折(折痕)，對有死折過(guò)的FPC不能使用;b、焊接時(shí)需在FPC墊一個(gè)膠墊，焊接時(shí)使背光FPC能平直焊接;c、背光焊接后按正確方法擺放吸塑盤(pán)，防止放錯方向壓傷FPC形成折痕。

3 ITO電極開(kāi)、短路

　　ITO電極開(kāi)路問(wèn)題應該是行業(yè)內最為常見(jiàn)的，ITO是在鈉鈣基或硅硼基基片玻璃的基礎上。利用濺射、蒸發(fā)等多種方法鍍上的一層氧化銦錫膜加工制作成的。液晶顯示器專(zhuān)用ITO導電玻璃還會(huì )在鍍ITO之前，鍍上一層二氧化硅阻擋層，以阻止基片玻璃上的鈉離子向盒內液晶擴散。液晶之所以能顯示特定的圖形，就是利用導電玻璃上的透明導電電膜，經(jīng)蝕刻制成特定形狀的電極，上下導電玻璃制成液晶盒后，在這些電極上加適當電壓信號，使具有偶極矩的液晶分子在電場(chǎng)作用下特定的方面排列，僅而顯示出與電極波長(cháng)相對應的圖形。

3.1 ITO開(kāi)路

　　當電極出現缺損時(shí)，對應的筆端就不會(huì )顯示造成顯示缺劃，如圖7所示。

　　針對該問(wèn)題的產(chǎn)生原因：如此明顯的擦傷經(jīng)分析應該為圖形制作時(shí)PQC蝕刻前過(guò)程抽檢涂光刻膠時(shí)不小心擦傷膠膜，進(jìn)而導致產(chǎn)品蝕刻時(shí)對應ITO無(wú)受保護而被蝕刻去。

　　制定對策：抽檢涂膠質(zhì)量后該玻璃需作返工處理，防止擦傷未發(fā)現流入下工序。

3.2 ITO短路

　　當ITO出現短路時(shí)，不該亮的筆端會(huì )亮造成多劃現象，如圖8所示。

　　針對該問(wèn)題的產(chǎn)生原因：從該ITO短路不良形狀看，主要為前制程圖形制作時(shí)玻璃涂膠后前烘過(guò)程受環(huán)境灰塵污染，玻璃暴光時(shí)受該灰塵影響而出現光刻膠殘留，圖形刻蝕時(shí)無(wú)法對相應走線(xiàn)的ITO刻蝕干凈，而出現相鄰走線(xiàn)短路不良。

　　制定對策：為杜絕玻璃涂膠后前烘過(guò)程灰塵污染，員工在玻璃前烘過(guò)程不得打開(kāi)烘爐，每周定時(shí)清潔凈化廠(chǎng)房圖形段環(huán)境及設備，每天生產(chǎn)前做好巡查，一發(fā)現污染物立即清除，并對凈化廠(chǎng)房圖形制作員工進(jìn)行培訓。

4 環(huán)境腐蝕對液晶的影響

　　ITO膜層的主要成份是氧化銦錫。在厚度只有幾千埃的情況下，氧化銦透過(guò)率高，氧化錫導電能力強，液晶顯示器所用的ITO玻璃正是一種具有高透過(guò)率的導電玻璃。由于ITO具有很強的吸水性，所以會(huì )吸收空氣中的水份和二氧化碳并產(chǎn)生化學(xué)反應而變質(zhì)，俗稱(chēng)“霉變”，因此在存放時(shí)要防潮。在液晶生產(chǎn)過(guò)程中，若存放不當會(huì )導致ITO電極腐蝕長(cháng)期使用后造成ITO走線(xiàn)斷路出現缺劃，如圖9所示。

　　針對該問(wèn)題的產(chǎn)生原因：經(jīng)核查廠(chǎng)家生產(chǎn)流程，該產(chǎn)品貼片后沒(méi)有立即進(jìn)行COG邦定，需經(jīng)貼片檢查后暫時(shí)存放，待其他材料到齊后再進(jìn)行COG邦定，不良是產(chǎn)品貼片后過(guò)程停留時(shí)間過(guò)長(cháng)，個(gè)別灰塵異物污染到臺階，而邦定IC前原來(lái)為人工清潔，因個(gè)別清潔不干凈，異物殘留后暴露于空氣中極易吸附離子等雜質(zhì)，在高濕度條件下，水蒸氣會(huì )在其周?chē)纬梢粚颖∧?，在這種情況下，ITO、水和其他內部離子(如帶來(lái)的污染離子)形成一個(gè)微電池。有CO2、SO2等大氣中溶解在水蒸氣，水作為電解液，在另一方面，ITO起電池和其他內部離子陰極陽(yáng)極的一部分，因此電化學(xué)反應發(fā)生造成ITO 電極被氧化和斷路。此外，電氣化可以加速這個(gè)反應。因該不良品在廠(chǎng)家生產(chǎn)時(shí)腐蝕未完全體現，故而檢查探測不到，導致不良品流出。

　　制定對策：1、優(yōu)化工藝流程，采用貼片后直接連線(xiàn)綁定IC、FPC后，再進(jìn)行貼片檢、電檢方式，縮短過(guò)程停留時(shí)間。

　　更新前流程：

　　貼偏振片→貼片檢→存暫存區→清潔LCD臺階→熱板烘烤→COG邦定→FOG熱壓→封白膠→熱烘→封黑膠→打包。

　　更新后流程：

　　貼偏振片→LCD清潔→熱板烘烤→COG綁定→FOG熱壓→封白膠→熱烘→封黑膠→除泡→貼片檢→打包。

　　采用自動(dòng)臺階清潔機器取代人工清潔臺階，確保臺階清潔質(zhì)量，如圖10所示。

5 生產(chǎn)過(guò)程中異物的控制

　　由于帶背光源的模組液晶是組裝起來(lái)的，在生產(chǎn)過(guò)程中，存在異物進(jìn)入液晶內部產(chǎn)生顯示異物如圖11，此問(wèn)題雖然不影響功能，但影響用戶(hù)使用心情，生產(chǎn)過(guò)程中同步需要對此點(diǎn)進(jìn)行控制。

　　針對異物問(wèn)題的產(chǎn)生原因：制程中的灰塵，來(lái)源于生產(chǎn)環(huán)境中的異物，殘留在玻璃與背光之間，形成裝配污點(diǎn);包材類(lèi)異物，為產(chǎn)品在周轉返工過(guò)程中進(jìn)入，形成裝配污點(diǎn)。

　　流出原因：目前為選別裝配污點(diǎn)，減少異物的流出，產(chǎn)品需要全部經(jīng)過(guò)車(chē)跑試驗后再次測試。該故障產(chǎn)品分析為車(chē)跑運輸后，異物進(jìn)入背光與液晶間隙，廠(chǎng)家沒(méi)有測試出來(lái)。

　　制定對策：a、提升裝配環(huán)境的潔凈度，將產(chǎn)品放在潔凈棚里裝配，減少環(huán)境中異物的來(lái)源;b、提升液晶和背光的密封性能，加大偏光片的尺寸如圖12，增加液晶和背光的粘貼性能，預防異物進(jìn)入。

6 結論

　　模組液晶的失效機理大多數與廠(chǎng)家生產(chǎn)過(guò)程有關(guān)，從生產(chǎn)到裝配均需要認真對待，從內部ITO電極的時(shí)刻、到生產(chǎn)過(guò)程的防塵防潮、到焊接裝配、到人員的檢驗再到模組的裝配再到后工序的使用，各方面均影響產(chǎn)品的功能，部分功能的實(shí)效要長(cháng)期使用后才能體現出來(lái)。液晶承擔著(zhù)空調與用戶(hù)的“對話(huà)”，能夠將空調的狀態(tài)顯示出來(lái)便于用戶(hù)根據自己的需要進(jìn)行調試，液晶一但損壞空調運行的狀態(tài)便無(wú)法知曉，故液晶的失效分析相對而言具有重要意義。

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　　本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》2018年第1期第55頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。