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COF 和 FPC 的边界:显示模组该用哪一种

2020-08-18
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讲到手机屏幕的窄边框,就绕不开 COF(Chip On Film)。但很多项目其实用不到它,把边界分清楚,能省成本,也能少走弯路。

COF 解决的是边框宽度

早期显示模组用的是 COG(Chip On Glass),驱动 IC 直接绑在玻璃基板上。芯片本身有厚度,压接区还要留出位置,这部分空间只能算在边框里,边框就窄不下去。

COF 换了个思路,把驱动 IC 绑到一条柔性基板上,这条基板折到背光模组后面去。芯片和压接区都不再占用正面的边框空间,屏幕四边才能做到接近等宽。全面屏之后的各种窄边框方案,基本都是这个原理的延伸。

所以判断要不要上 COF,第一个指标是边框要求。边框指标宽松的项目,用 COG 或者常规 FPC 方案就够,硬上 COF 只是把钱花在了用不到的地方。

COF 基板是另一套做法

COF 基板在材料上和常规软硬结合板不同,布线方式与生产流程也不一样。

材料上,COF 用专用聚酰亚胺薄膜,厚度比常规 FPC 更薄。薄带来的是尺寸稳定性问题,温度变化下基板的涨缩量必须控住,否则后道压接对不上位。

布线上,COF 基板以单面布线为主。做成双面会增加厚度,也增加工艺难度,这与 COF 追求薄和可折的出发点相冲突。

生产方式上,COF 走卷对卷,一条料带上排着上百个单元。整条带子上每个单元的线宽都要一致,任何一段漂移都会导致后段压接失败。这对设备稳定性的要求远高于片式生产。

线路精度这一块,COF 基板的要求比常规 FPC 高一档,工艺思路更接近载板。细线路怎么控制侧蚀,可以参考PCB 半加成法工艺解析里的做法,道理是通的。

COF 基板卷对卷生产的柔性料带,表面排列密集的金色线路单元

绑定的门槛在后道

线路做得好只是及格线。COF 真正的门槛在绑定这一段,芯片和基板之间的连接靠的是内引脚接合和外引脚接合,中间用各向异性导电胶压接。

压接这一步的控制点很多。导电粒子的压痕深度要够但不能压穿,压接温度和压力曲线要按胶材特性设定,压头的平行度直接影响整排引脚的接触一致性。任何一项没控住,出厂测试可能全过,到了客户端用一段时间才开始出现接触电阻漂移。

常见的失效里,拉拔力不足和金手指氧化占了很大比例。前者跟压接参数和基板表面处理有关,后者跟储存环境和镀层质量有关。这些问题在线路环节看不出来,只能靠后道的工艺纪律压住。

驱动芯片与柔性基板压接的剖面结构,中间为含导电粒子的各向异性导电胶层

什么时候不必用 COF

边框要求不极端,用 COG 成本更低,可靠性也经过多年验证。

不需要把驱动部分折到背面的结构,常规 FPC 就能完成连接,没必要引入 COF 的整套工艺。

引脚数量少、间距宽松的项目,COF 的细线路优势用不上,反而要承担更高的单价和更长的交期。

小批量、多品种的项目也要算账。COF 走卷对卷,起订量按整卷算,几百片的单子摊下来单价很难看。

常规 FPC 能做到哪一步

多层结构、软硬结合这些需求,常规PCB 线路板体系里的软板工艺都能覆盖,阻抗控制也在范围内。摄像头模组、电池连接这类位置用的都是这一类,侧键和天线也一样。

需要贴装元器件的场合,FPC 还能做成带组装的形式,贴片做完,连接器和屏蔽层一并装上再出货,客户端少一道工序。这类需求 COF 做不了,它只负责连接。

和HDI 板搭配使用的场景也常见,主板侧做高密度互连,模组侧用软板连接,中间靠连接器或压接过渡。

手机内部柔性线路板 FPC 排线连接屏幕与主板的结构

设计上最容易出问题的几处

软板出问题,多数不是线路做不出来,而是设计没考虑机械应力和装配方式。

弯折区的走线方向要注意。走线应该和弯折线垂直交叉,平行走线在反复弯折后容易从边缘开始裂。同一个弯折区里的过孔也要避开,孔壁是应力集中点,折几次就断。

补强材料按用途选。连接器区域需要补强,PI 补强柔顺、贴合好,FR4 补强硬、支撑力足,插拔频繁的位置可以考虑不锈钢补强。选错了不是不能用,是寿命差一截。

金手指这几项参数要提前定。长度按对接连接器的行程算,倒角影响插拔顺畅度,镀层厚度直接决定插拔次数。这几项写进图纸再打样,比样品做出来再改省事。

需要屏蔽的场合,银浆屏蔽层要预留接地窗口和接地焊盘。屏蔽层做成整面而没有接地位置,等于没做。

小结

判断顺序按边框指标往下走,再看折叠方式,最后算批量成本。边框要求卡得死,看 COF;只是要连接和弯折,常规 FPC 就够;批量小、引脚间距宽松,别为了先进多花钱。

COF 基板通常由专门的载板厂配合,我们这边承接的是配套的软板与软硬结合部分,包括模组侧的连接板和各种异形软板。项目还在方案阶段的,先把边框指标说清楚,弯折次数和贴装需求也一样,选型一次到位比打样之后再改便宜得多。