【摘要】本稿介绍了 COG（chip on glass）与COF(chip on flex)封装技术。随着高密度封装技术的发展， COG 和 COF 技术已经广泛应用于各种平板显示器和个人移动产品中。COG 与 COF 技术凭借自身的高密度、多 I/O 以及主要采用导电胶封装等许多优点，成为了LCD 制造中主要采用的封装技术。
【关键词】 COG 、COF、各项异性导电胶、LCD 封装
1 前言
移动电子产品和大屏幕显示器的普及，推动了低成本、高密度与海量化电子生产技术的快速发展。大尺寸 电子产品如液晶显示器，液晶电视，等离子电视，中小尺寸电子产品如手机，数码相机，数码摄像机以及其它 3C 产品等都是以轻薄短小为发展趋势的，这就要求必须有高密度，小体积，能自由安装的新一代封装技术来满 足以上需求。而 COG 与 COF 技术正是在这样的背景下迅速发展壮大，成为LCD，PDP 等平板显示器的驱动 IC 的一种主要封装形式，进而成为这些显示模组的重要组成部分。同时，配合各向异性导电胶封装技术，其应用 领域正在迅速扩大，在 RFID、医疗电子器械、移动个人电子产品和其他微型电子产品中均得到了应用。
2 COG、COF 的结构
COG 全称为 chip on glass，中文叫做玻璃上芯片技术。它直接通过各项异性导电胶（ACF）将 IC 封装在玻 璃上，实现IC导电凸点与玻璃上的ITO透明导电焊盘互连封装在一起。COF全称为chip on flex或者chip on film， 中文即为柔性基板上的芯片技术，也成为软膜构装技术。与 COG 技术类似，将 IC 芯片直接封装到挠性印制板 上，达到高构装密度，减轻重量，缩小体积，能自由弯曲安装的目的。图 1 和图 2 分别为 COG 与 COF 封装结 构示意图。
如果将 IC，挠性基板，玻璃面板，PCB，其它被动元件（电容，电阻等）通过适当的方式连接起来（如 IC 直接与玻璃面板通过 ACF 连接，或者挠性基板与 IC 和玻璃面板采用 ACF 连接，挠性基板与被动元件可采用传 统回流焊，挠性基板与 PCB 可采用传统焊接方式或插头方式连接），就构成了具有 COG 或者 COF 封装的显示 模组，如图 3 与图 4 所示。COG 与 COF 封装主要采用各向异性导电胶实现 IC 与玻璃基板或者柔性基板的互连，其中 IC 主要采用倒 装芯片结构。倒装芯片的凸点技术和基板上的凸点技术我将在以后的专稿中专门介绍给读者，下面主要介绍柔 性基本制作与 ACF 互连工艺技术。COF 的具体工艺流程见图 6。随着显示器的显示密度提高，要求驱动芯片 I/O 大大提高，引线焊盘之间的节距已经低于 30µm，因此对柔 性基板的精细线路图形的要求也在增加，互连焊盘间距已经达到了 15µm，且还在继续减小。因此柔性电路版 的制造技术成为研究的重点。目前柔性基板精细线路的制作主要有减成法、半加成法和加成法。 减层法是传统 FPC 生产的主要方法。它是在 FCCL 上贴上一层感光抗蚀干膜或者涂覆上一层液态感光抗蚀 剂，然后通过曝光，显影，蚀刻，脱膜，最后形成所需的线路图形。减层法所能达到的线宽间距跟感光抗蚀层的分辨率密切相关。而感光抗蚀层的分辨率是由抗蚀层的厚度决 定的，厚度越薄，就能感光形成更细的线路图形。这是因为光线在经过抗蚀层时会发生散射，抗蚀层越厚，散 射程度就越大，形成的线路误差就越大。要想制作 50µm 以下的线宽，干膜厚度必须达到 20µm 以下，但太薄 的干膜制造起来很有难度，所以人们更愿意使用厚度比干膜薄并能自行控制的湿膜工艺，目前有的公司甚至能 用滚筒涂覆液态感光抗蚀剂制作出 5µm 的湿膜。但太薄的湿膜难免会出现针孔，汽泡，划伤等缺陷，而且它的 均匀性也不及干膜，所以短期内无法代替干膜。由于上述原因，加上蚀刻中不可避免的侧蚀现象，使减层法的 极限线宽为 20µm。要想得到更细的线路，就必须配合更薄的 9µm，5µm 甚至 3µm 的超薄铜箔，这样才能尽量 缩短蚀刻时间，减小侧蚀，得到精细的线路，但这些厚度的铜箔和相关工艺都还处于实验阶段，无法大规模生 产。如果要制作更加精细的线路，可考虑采用半加层法。此种方法的工艺流程见图 7。半加层法的基材多选用 5µm 的薄铜箔，有时也可以把常规铜箔通过蚀刻减薄之后使用[9]。此种方法中，光 线散射对线路图形没有不良影响，可以使用较厚的抗蚀层，能够制作 20µm 以下的线路。加层法是利用绝缘基材直接加工形成电路图形的方法。图 8 为加层法的典型工艺流程。之所以要在 PI 和后来的铜层之间溅射上 Cr 薄层，是为了增加 PI 和铜层之间的结合力，防止以后铜层剥落。这种方法能够制作出目前最精细的线路，线宽间距可达 3µm。这种方法还有一个好处就是能够运用厚的光 敏干膜，把线路厚度做大，如达到 8 倍的厚宽比，可以抑制当线路精细化时直流电阻（R）增大的问题。但这 种方法需要用到半导体制造用的装置，工艺复杂，成本较高。目前柔性基板与 IC 互连的技术主要有金锡共晶互连、各向异性导电胶互连和非导电胶互连等。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。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，现在采用较多的400℃这个温度。图9为共晶焊接 示意图。为了满足更加窄间距结合的需要，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 制形成局部金属键合。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。不过利用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 20um 以上的连接，否则易发生短路。
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。ACF 的原理图见图 9。市场上的 ACF 种类多样，但目前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 IC 凸块和基板线路接合强 度良好，导电粒子被挤压变形，产生的弹力使导电粒子跟上下界面接触更加紧密，导电性能更好。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。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。尽管如此，只要掌握好 ACF 接合工艺中的各种参数（压合的温度、压力、时间，升温速率等），ACF 的可 靠性完全能满足要求。加上 ACF 工艺压合温度低（200℃以下）加工简单，产率高，绿色环保，它已经成为 COG 和 COF 主要互连方式。同时 ACF 还是柔性基板与玻璃面板连接的主要方式。
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的目的则是藉由其树脂硬化收 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、接着特 性和耐冲击性；能够在高温短时间内固化完成（20sec，150 ~ 250℃）；本身具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，基板表面必须十分平整，基材具有更 高的尺寸稳定性，连接线路必须电镀金以避免氧化层的形成。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。随着高密度封装技术的发展，COG和COF技术已经广泛应用于各种平板显示器和个人移动产品中。COG与 COF技术凭借自身的高密度、多 I/O 以及主要采用导电胶封装等许多优点，成为了LCD驱动IC的主要封装形式。COF是一种极有发展前途的封装技术。由于柔性电路制造技术的进步，其弯折强度高，可增加被动组件，无需 制作悬空引线，高的面板面积利用率等优点，已经扩展到LCD封装以外的高密度封装领域，结合ACF互连技术， COF技术已经成为目前封装密度最高的一种封装形式。
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