基于柔性显示屏的驱动芯片连接技术探讨

路丽

摘 要：以刚性玻璃基板为基础的显示器件很容易遭到损坏，因此，在引入设计理念中，不易碎、轻薄以及非矩形等概念产品往往被认为是不具市场适应性，柔性显示在该环境下应运而生。本研究主要分析与探讨基于柔性显示屏的驱动芯片连接技术。

关键词：驱动芯片 柔性显示屏 连接技术

随着近些年电子技术的迅猛发展，使得电子产品逐渐成为大众生活与工作的必需品，在家庭与工作环境中引入更多显示元素已成为显示技术必然发展趋势，现阶段正逐步展开此类研究[1]。然而，矩形、刚性以及玻璃基板显示器已无法与设计者的外形需求相满足，更多设计人员开始将目标转向一种能够折叠、弯曲显示器件的开发应用中。实验研究发现，以刚性玻璃基板为基础的显示器件很容易遭到损坏，因此，在引入设计理念中，不易碎、轻薄以及非矩形等概念产品往往被认为是不具市场适应性，柔性显示在该环境下应运而生。本研究主要分析与探讨基于柔性显示屏的驱动芯片连接技术。

一、柔性显示屏驱动芯片现有组装技术

（一）微电子封装技术。近些年，电子设备性能、体积以及重量等始终是推动电子技术进步的一个源动力，微电子领域始终期盼着能够减小芯片面积。基于莫尔斯定律，芯片电路集成度实现了成倍提升，所以，在很大程度上挑战着高密度封装技术。从DIP封装发展到CSP封装，柔性显示屏驱动芯片封装技术得到持续提升。但是，不管封装技术发展情况如何，都通过某种连接方式连接封装壳管脚与Chip接点。由于芯片尺寸持续缩小，I/O数量也随之增加，这就会通过覆晶方式连接封装壳和芯片。具体覆晶方式为回焊技术，确保能够一次性完成封装壳与芯片的物理、电性连接，现阶段在目标介质和裸芯片组装中也会选择覆晶方式。

（二）裸芯片组装技术。所谓裸芯片组装，其实就是在连接目标介质和芯片时，芯片是晶圆切片形式，而且芯片并未在预先封装的情况下和目标介质直接连接，封装形式比较常用的受COB形式。通常COB形式就是先将Chip粘贴到目标介质中，再通过金属线连接目标介质和Chip连接点，通过液态胶覆盖金属连接线、Chip以及目标介质中的连接点，从而隔离保护线路与外界污染[2]。覆晶方式是裸芯片组装的另一方式，所谓覆晶方式，就是将一定高度引脚做在Chip接点中，再通过高温熔接法确保目标介质和引脚相结合，从而产生电性连接。相比于传统方式，覆晶方式无需选择金属线连接。

（三）微电子表面组装技术。所谓微电子表面组装技术，就是通过自动化方式焊接微型片式短引脚至目标介质中的一种组装技术。微电子表面组装通常选择再流焊或者浸焊等方式，其中浸焊选择波峰焊技术，也就是说，高温熔化焊锡为液态，再通过外力确保焊锡能够形成与水波相类似的液态焊锡波，有元器件插装的印刷点路边通过特定侵入深度与角度很长焊锡波峰，浸焊完成，通过钢网有效保护无需焊接之处。对于表面贴片元器件，通常选择再流焊技术，即在PCB中以点涂法涂足量的焊锡膏，再采用再流焊设备使焊锡膏熔化，从而完成焊接工艺。根据加热方式的差异性区别再流焊方法，最初应用气相再流焊，现阶段，表面组装工艺应用最多的是红外再流焊，大规模工艺生产中不能使用激光再流焊。

二、柔性显示屏驱动芯片连接技术方案

（一）Wire bonding方案。现阶段，实现Wire bonding方案的步骤包括：晶圆制作完成后，通过电镀制作Chip连接点为金突块，并采用镀金技术将一定厚度金附着在介质引线上，再通过Wire bonding设备熔接金属线在金突块中，金属线另一端选择同样方式在目标介质中熔接，使电性导通目标得以实现。因为金导电性与延展性比较好，因此，Wire bonding期间，通常需要用到高纯度金线。但是现阶段很多极低端应用方面会考虑到成本问题，或封装SOC过程中考虑到保密性，会将铜线或铝线应用在没有大电流信号与高频信号连接管脚中以实施Wire bonding。

将Wire bonding方案应用于柔性显示中有着明显的优势与劣势。金是比较理想的导体，因此在金线键接应用过程中不需要考虑传输线效应影响高频率信号传输问题，而且也无需对传输期间大电流信号因为传输线电阻导致热效应与电压降效应加以过多考虑。其次，选择COB方式能够在柔性基本材料中固定芯片，有助于节约芯片封装成本。然而，Wire bonding也有着显著劣势，首先，通常在具有较高金含量连接点中才可以实现Lead/Pad与金线的熔接；其次，Wire bonding需要目標介质必须承受较大压力[3]；再次，Wire bonding需要目标介质必须承受一定的温度；最后，Wire bonding通常会受其设备精度的影响，比方说BGA封装，通常500I/O以内的芯片会选择Wire bonding方案，I/O增多，通常会导致芯片连接点尺寸变小，如果I/O超过500，则芯片接点会降低Wire bonding方案成功率，现阶段的显示技术往往需要驱动芯片将大量I/O提供出来。

因此，对以上因素进行分析，仅在分辨率比较低的金属材质柔性显示方案中方可选择Wire bonding方案实现柔性基材与芯片的键接。所以，Wire bonding能够在柔性显示中得到应用。然而，因受Wire bonding方案的影响，其在应用于柔性显示中会受到很大限制。

（二）覆晶方式。该封装方式具有较为广泛的应用，因为覆晶方式能够有效降低Wire bonding金线成本，封装壳和芯片有着更近的距离，能够确保高频度信号品质优良，因此被应用在具有较高信号要求的CPU芯片封装内。以往封装方式的芯片工作频率最高是2-3GHz，覆晶封装，根据基材的差异性，芯片工作频率最高是10-40GHz。

在柔性显示屏覆晶方式做法上，将锡纸球沉淀在芯片中，再通过加温法确保基板与锡纸球中连接预先完成的Lead，使电性连接得以实现。也就是说，覆晶方式主要在于提高焊接方式。选择覆晶方式连接驱动芯片与柔性基材，具有其特别之处，第一，柔性基材和芯片相连接，就电性层面考虑，覆晶方式因为节省了信号传输线，因此能够有效降低杂讯对芯片管脚产生的干扰。就成本环节考虑，因为选择的是裸芯片，这种方式能够有效降低芯片封装成本，而且在芯片晶背削减到一定程度之后，Chip能够呈现柔性，有助于实现同步于显示基材的柔性弯曲。

相比于Wire bonding方案，覆晶的成本优势非常明显，然而覆晶方案同样存在不足之处。覆晶方案选择锡球工艺，现阶段，考虑到绿色环保，会将无铅焊锡应用于微电子焊接技术中，无铅焊锡有超过200℃的熔点。各种柔性显示屏芯片连接技术中，通常弯折特性比较好的柔性基材会选择有机材料，该类材料需要150℃以内的制程温度，200℃以上的高温会直接损伤柔性显示基材。因此，柔性基材本身所具有的不耐高温特点和在应用覆晶方案中必须高温制程具有冲突性。

三、总结

通过对柔性显示屏驱动芯片技术方案进行对比，不同技术都存在其优势与不足，且现阶段柔性显示基材本身所具有的物理特性对选择组装技术具有很大限制作用，所以未来应进一步开发创新更为新型的柔性显示基材，以为柔性显示屏驱动芯片组装提供更大选择空间。

参考文献

[1] 陈潇. 用于柔性显示屏的驱动芯片连接技术[D]. 上海交通大学， 2014.

[2] 张皓， 梁超， 李经民，等. 微器件快速柔性胶粘接封合机研制[J]. 机械设计与制造， 2017（5）：182-185.

[3] 焦石， 王琛， 胡泽原，等. 基于STM32的OLED显示屏驱动设计[J]. 电子世界， 2018， No.546（12）：129-130.