空調(diào)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(dǎo)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(chǔ)上增加了底殼、導(dǎo)光板、FPC和背光源。FPC金球綁定短路主要就是廠家生產(chǎn)過程中的熱壓工序出現(xiàn)異常，熱壓FPC時機器壓頭位置壓到FPC保護層，導(dǎo)致ACF金球聚集，形成微短路。ITO電極開路問題應(yīng)該是行業(yè)內(nèi)最為常見的，ITO是在鈉鈣基或硅硼基基片玻璃的基礎(chǔ)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，氧化銦透過率高，氧化錫導(dǎo)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(dǎo)電玻璃。由于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，并產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而變質(zhì)，俗稱“霉變”，因此在存放時要防潮。

引言

　　空調(diào)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{(diào)顯示板(手操器)用的液晶通常有兩種結(jié)構(gòu)，一種為帶金屬引腳焊接結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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，后者操作高效、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(tài)直接影響空調(diào)的調(diào)試及使用，液晶主要的功能就是將目前空調(diào)的運行狀態(tài)顯示出來從而便于用戶根據(jù)需求進行調(diào)試。當液晶出現(xiàn)暗化、缺劃、多劃等性能問題時，將直接影響用戶對目前空調(diào)運行狀態(tài)的錯誤判斷，從而影響空調(diào)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(jié)構(gòu)

　　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(chǔ)上增加了底殼、導(dǎo)光板、FPC和背光源。生產(chǎn)過程中任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)異常都將對液晶的功能產(chǎn)生影響。

2 FPC綁定問題

　　FPC綁定環(huán)節(jié)在生產(chǎn)過程中是一個凸顯的問題，生產(chǎn)過程中較容易出現(xiàn)問題，常見的有虛焊、漏焊、金球短路、FPC斷裂問題，現(xiàn)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上的印制線出現(xiàn)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(dǎo)致背光線路無法導(dǎo)通，產(chǎn)品因而背光不亮。從廠家的生產(chǎn)流程分析，產(chǎn)品是流水線作業(yè)，員工作業(yè)速度跟不上流水線的速度，使極個別產(chǎn)品未經(jīng)過焊接就直接流向下一工序或焊接時間不足產(chǎn)生虛焊，從而導(dǎo)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，由于保強帶有粘性，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(chǎn)品背光因而開始能夠點亮。經(jīng)過存儲運輸，由于沒有焊錫的連接，背光AK腳會有一個反彈力，不能和焊盤接觸，產(chǎn)品因而表現(xiàn)出背光不亮現(xiàn)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(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家生產(chǎn)過程中的熱壓工序出現(xiàn)異常，熱壓FPC時機器壓頭位置壓到FPC保護層，導(dǎo)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(diào)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(diào)機首檢中(每次檢查5PCS)，發(fā)現(xiàn)有連珠整批返檢;c、QC每半小時檢查機臺每個底模產(chǎn)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?？照{(diào)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，F(xiàn)PC綁定主要是起到線路連接的作用，根據(jù)斷裂線路不同，故障可表現(xiàn)為缺劃或無背光;圖6為FPC線路斷導(dǎo)致液晶無背光問題。

　　針對該問題的產(chǎn)生原因：背光焊接時FPC沒有伸直，導(dǎo)致FPC拱起，使焊接處出現(xiàn)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(jié)檢測正常，分析為裝機時PFC經(jīng)過彎折后，使拱起地方(有折痕的位置)出現(xiàn)折斷。

　　制定對策：a、焊接背光前需檢查背光FPC有沒有死折(折痕)，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、背光焊接后按正確方法擺放吸塑盤，防止放錯方向壓傷FPC形成折痕。

3 ITO電極開、短路

　　ITO電極開路問題應(yīng)該是行業(yè)內(nèi)最為常見的，ITO是在鈉鈣基或硅硼基基片玻璃的基礎(chǔ)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。液晶顯示器專用ITO導(dǎo)電玻璃還會在鍍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(nèi)液晶擴散。液晶之所以能顯示特定的圖形，就是利用導(dǎo)電玻璃上的透明導(dǎo)電電膜，經(jīng)蝕刻制成特定形狀的電極，上下導(dǎo)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作用下特定的方面排列，僅而顯示出與電極波長相對應(yīng)的圖形。

3.1 ITO開路

　　當電極出現(xiàn)缺損時，對應(yīng)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(chǎn)生原因：如此明顯的擦傷經(jīng)分析應(yīng)該為圖形制作時PQC蝕刻前過程抽檢涂光刻膠時不小心擦傷膠膜，進而導(dǎo)致產(chǎn)品蝕刻時對應(yīng)ITO無受保護而被蝕刻去。

　　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(xiàn)流入下工序。

3.2 ITO短路

　　當ITO出現(xiàn)短路時，不該亮的筆端會亮造成多劃現(xiàn)象，如圖8所示。

　　針對該問題的產(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玻璃涂膠后前烘過程受環(huán)境灰塵污染，玻璃暴光時受該灰塵影響而出現(xiàn)光刻膠殘留，圖形刻蝕時無法對相應(yīng)走線的ITO刻蝕干凈，而出現(xiàn)相鄰走線短路不良。

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

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，氧化銦透過率高，氧化錫導(dǎo)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(dǎo)電玻璃。由于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并產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而變質(zhì)，俗稱“霉變”，因此在存放時要防潮。在液晶生產(chǎn)過程中，若存放不當會導(dǎo)致ITO電極腐蝕長期使用后造成ITO走線斷路出現(xiàn)缺劃，如圖9所示。

　　針對該問題的產(chǎn)生原因：經(jīng)核查廠家生產(chǎn)流程，該產(chǎn)品貼片后沒有立即進行COG邦定，需經(jīng)貼片檢查后暫時存放，待其他材料到齊后再進行COG邦定，不良是產(chǎn)品貼片后過程停留時間過長，個別灰塵異物污染到臺階，而邦定IC前原來為人工清潔，因個別清潔不干凈，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，水蒸氣會在其周圍形成一層薄膜，在這種情況下，ITO、水和其他內(nèi)部離子(如帶來的污染離子)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(nèi)部離子陰極陽極的一部分，因此電化學(xué)反應(yīng)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反應(yīng)。因該不良品在廠家生產(chǎn)時腐蝕未完全體現(xiàn)，故而檢查探測不到，導(dǎo)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綁定IC、FPC后，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(qū)→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)過程中異物的控制

　　由于帶背光源的模組液晶是組裝起來的，在生產(chǎn)過程中，存在異物進入液晶內(nèi)部產(chǎn)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(chǎn)過程中同步需要對此點進行控制。

　　針對異物問題的產(chǎn)生原因：制程中的灰塵，來源于生產(chǎn)環(huán)境中的異物，殘留在玻璃與背光之間，形成裝配污點;包材類異物，為產(chǎn)品在周轉(zhuǎn)返工過程中進入，形成裝配污點。

　　流出原因：目前為選別裝配污點，減少異物的流出，產(chǎn)品需要全部經(jīng)過車跑試驗后再次測試。該故障產(chǎn)品分析為車跑運輸后，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(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(yù)防異物進入。

6 結(jié)論

　　模組液晶的失效機理大多數(shù)與廠家生產(chǎn)過程有關(guān)，從生產(chǎn)到裝配均需要認真對待，從內(nèi)部ITO電極的時刻、到生產(chǎn)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后工序的使用，各方面均影響產(chǎn)品的功能，部分功能的實效要長期使用后才能體現(xiàn)出來。液晶承擔著空調(diào)與用戶的“對話”，能夠?qū)⒖照{(diào)的狀態(tài)顯示出來便于用戶根據(jù)自己的需要進行調(diào)試，液晶一但損壞空調(diào)運行的狀態(tài)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：

　　[1]尹粵卿.靜電放電模型及其失效特征原因分析[J].大科技,2013(6).

　　[2]陳逵.電子元器件失效分析的常用技術(shù)手段及應(yīng)用[J].大科技,2013(6).

　　[3]李保宏.萬用表電表使用技巧[M].北京:人民郵電出版社,2006:5-14.

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