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

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201712/373597.htm

　　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家生產過程中的熱壓工序出現異常，熱壓FPC時機器壓頭位置壓到FPC保護層，導致ACF金球聚集，形成微短路。ITO電極開路問題應該是行業內最為常見的，ITO是在鈉鈣基或矽硼基基片玻璃的基礎上，利用濺射、蒸發等多種方法鍍上一層氧化銦錫膜加工製作成的。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率的導電玻璃。由於ITO具有很強的吸水性，所以會吸收空氣中的水分和二氧化碳，並產生化學反應而變質，俗稱「黴變」，因此在存放時要防潮。

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控螢幕液晶。空調顯示板(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，其裝配是通過引腳焊接與顯示板進行連接裝配的，另一種為帶背光液晶模塊的排線結構的模組液晶，是通過FPC綁定與顯示板上的片狀針座進行接插連接，後者操作高效、簡單，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顯示出來從而便於用戶根據需求進行調試。當液晶出現暗化、缺劃、多劃等性能問題時，將直接影響用戶對目前空調運行狀態的錯誤判斷，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、定向塗層、液晶液、後玻璃基板和後偏振片組成，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。生產過程中任何環節出現異常都將對液晶的功能產生影響。

2 FPC綁定問題

　　FPC綁定環節在生產過程中是一個凸顯的問題，生產過程中較容易出現問題，常見的有虛焊、漏焊、金球短路、FPC斷裂問題，現舉例說明這些問題對液晶功能的影響及如何解決。

2.1 虛焊、漏焊

　　當FPC上的印製線出現虛焊、漏焊(如圖3和圖4)時，液晶將不能夠顯示背光。

　　該故障導致背光線路無法導通，產品因而背光不亮。從廠家的生產流程分析，產品是流水線作業，員工作業速度跟不上流水線的速度，使極個別產品未經過焊接就直接流向下一工序或焊接時間不足產生虛焊，從而導致產品漏焊接的產生

　　流出原因分析：產品焊接完成後，要貼黑色保強帶保護背光焊點，由於保強帶有粘性，開始對背光AK腳有一定的粘力，使背光AK腳與FPC焊盤接觸，產品背光因而開始能夠點亮。經過存儲運輸，由於沒有焊錫的連接，背光AK腳會有一個反彈力，不能和焊盤接觸，產品因而表現出背光不亮現象。

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

2.2 FPC綁定金球短路

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

　　流出原因：該問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、調機定位時熱壓機壓頭位置需離FPC保護層0.2mm確保拉大距離同時不影響熱壓焊接;b、將檢查金球連珠項目加到FOG調機首檢中(每次檢查5PCS)，發現有連珠整批返檢;c、QC每半小時檢查機臺每個底模產品金球狀況;d、測架分顯畫面有原先6個增加到9個，增加畫面為模擬正常空調使用時的顯示模式。

　　2.3 FPC綁定斷裂

　　該故障是一個比較常見的故障，FPC綁定主要是起到線路連接的作用，根據斷裂線路不同，故障可表現為缺劃或無背光;圖6為FPC線路斷導致液晶無背光問題。

　　針對該問題的產生原因：背光焊接時FPC沒有伸直，導致FPC拱起，使焊接處出現摺痕,在裝配後形成斷裂。

　　未測試出流出的原因為：測試環節檢測正常，分析為裝機時PFC經過彎折後，使拱起地方(有摺痕的位置)出現折斷。

　　制定對策：a、焊接背光前需檢查背光FPC有沒有死折(摺痕)，對有死折過的FPC不能使用;b、焊接時需在FPC墊一個膠墊，焊接時使背光FPC能平直焊接;c、背光焊接後按正確方法擺放吸塑盤，防止放錯方向壓傷FPC形成摺痕。

3 ITO電極開、短路

　　ITO電極開路問題應該是行業內最為常見的，ITO是在鈉鈣基或矽硼基基片玻璃的基礎上。利用濺射、蒸發等多種方法鍍上的一層氧化銦錫膜加工製作成的。液晶顯示器專用ITO導電玻璃還會在鍍ITO之前，鍍上一層二氧化矽阻擋層，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，經蝕刻製成特定形狀的電極，上下導電玻璃製成液晶盒後，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作用下特定的方面排列，僅而顯示出與電極波長相對應的圖形。

3.1 ITO開路

　　當電極出現缺損時，對應的筆端就不會顯示造成顯示缺劃，如圖7所示。

　　針對該問題的產生原因：如此明顯的擦傷經分析應該為圖形製作時PQC蝕刻前過程抽檢塗光刻膠時不小心擦傷膠膜，進而導致產品蝕刻時對應ITO無受保護而被蝕刻去。

　　制定對策：抽檢塗膠質量後該玻璃需作返工處理，防止擦傷未發現流入下工序。

3.2 ITO短路

　　當ITO出現短路時，不該亮的筆端會亮造成多劃現象，如圖8所示。

　　針對該問題的產生原因：從該ITO短路不良形狀看，主要為前製程圖形製作時玻璃塗膠後前烘過程受環境灰塵汙染，玻璃暴光時受該灰塵影響而出現光刻膠殘留，圖形刻蝕時無法對相應走線的ITO刻蝕乾淨，而出現相鄰走線短路不良。

　　制定對策：為杜絕玻璃塗膠後前烘過程灰塵汙染，員工在玻璃前烘過程不得打開烘爐，每周定時清潔淨化廠房圖形段環境及設備，每天生產前做好巡查，一發現汙染物立即清除，並對淨化廠房圖形製作員工進行培訓。

4 環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率的導電玻璃。由於ITO具有很強的吸水性，所以會吸收空氣中的水份和二氧化碳並產生化學反應而變質，俗稱「黴變」，因此在存放時要防潮。在液晶生產過程中，若存放不當會導致ITO電極腐蝕長期使用後造成ITO走線斷路出現缺劃，如圖9所示。

　　針對該問題的產生原因：經核查廠家生產流程，該產品貼片後沒有立即進行COG邦定，需經貼片檢查後暫時存放，待其他材料到齊後再進行COG邦定，不良是產品貼片後過程停留時間過長，個別灰塵異物汙染到臺階，而邦定IC前原來為人工清潔，因個別清潔不乾淨，異物殘留後暴露於空氣中極易吸附離子等雜質，在高溼度條件下，水蒸氣會在其周圍形成一層薄膜，在這種情況下，ITO、水和其他內部離子(如帶來的汙染離子)形成一個微電池。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極的一部分，因此電化學反應發生造成ITO 電極被氧化和斷路。此外，電氣化可以加速這個反應。因該不良品在廠家生產時腐蝕未完全體現，故而檢查探測不到，導致不良品流出。

　　制定對策：1、優化工藝流程，採用貼片後直接連線綁定IC、FPC後，再進行貼片檢、電檢方式，縮短過程停留時間。

　　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。

　　更新後流程：

　　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。

　　採用自動臺階清潔機器取代人工清潔臺階，確保臺階清潔質量，如圖10所示。

5 生產過程中異物的控制

　　由於帶背光源的模組液晶是組裝起來的，在生產過程中，存在異物進入液晶內部產生顯示異物如圖11，此問題雖然不影響功能，但影響用戶使用心情，生產過程中同步需要對此點進行控制。

　　針對異物問題的產生原因：製程中的灰塵，來源於生產環境中的異物，殘留在玻璃與背光之間，形成裝配汙點;包材類異物，為產品在周轉返工過程中進入，形成裝配汙點。

　　流出原因：目前為選別裝配汙點，減少異物的流出，產品需要全部經過車跑試驗後再次測試。該故障產品分析為車跑運輸後，異物進入背光與液晶間隙，廠家沒有測試出來。

　　制定對策：a、提升裝配環境的潔淨度，將產品放在潔淨棚裡裝配，減少環境中異物的來源;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，預防異物進入。

6 結論

　　模組液晶的失效機理大多數與廠家生產過程有關，從生產到裝配均需要認真對待，從內部ITO電極的時刻、到生產過程的防塵防潮、到焊接裝配、到人員的檢驗再到模組的裝配再到後工序的使用，各方面均影響產品的功能，部分功能的實效要長期使用後才能體現出來。液晶承擔著空調與用戶的「對話」，能夠將空調的狀態顯示出來便於用戶根據自己的需要進行調試，液晶一但損壞空調運行的狀態便無法知曉，故液晶的失效分析相對而言具有重要意義。

　　參考文獻：

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　　本文來源於《電子產品世界》2018年第1期第55頁，歡迎您寫論文時引用，並註明出處。