在選擇智能手機(jī)、PC顯示器和智能電視,你優(yōu)選的條件有哪些?刷新率更快、屏幕更柔性、屏占比更高……屏幕就像一張隨時(shí)要拿來看的照片,不斷被“美顏”。實(shí)際上,伴隨著芯片技術(shù)和軟件的發(fā)展,只有感官上更好地被看到,才能不辜負(fù)這一切的努力。

144Hz、240Hz逐漸步入了主流市場,顯示開啟了新一輪的高刷新率之戰(zhàn)。事實(shí)上,除了這項(xiàng)參數(shù),越來越多的極客對于屏占比的需求愈來愈高。

在追求屏占比的過程之中,屏幕“從硬逐漸偏軟”,賦予了屏幕更大的折疊、彎曲空間,也為全面屏的道路鋪上了一條羅馬大道。但在這背后,屏幕封裝工藝卻如同一只“魔棒”,擁有使手機(jī)額頭和下巴收緊、屏幕邊框變窄的神奇功效。

21ic中國電子網(wǎng)曾報(bào)道,上達(dá)電子江蘇邳州COF項(xiàng)目于9月11日正式投產(chǎn),而COF封裝(卷帶式薄膜覆晶)技術(shù)長期以來一直被日韓等企業(yè)掌握,對于國內(nèi)來說是一處短板。通過本次投產(chǎn),填補(bǔ)了國內(nèi)本土的一處空白,也會(huì)為顯示行業(yè)帶來成本上的普惠。

對于大部分工程師來說,或許對這項(xiàng)封裝技術(shù)并不太熟悉,以下便從技術(shù)、優(yōu)勢、生產(chǎn)上講述COF封裝的故事。

屏幕封裝技術(shù)的“三分天下”

需要引起注意的是,無論是LCD還是OLED屏幕,從來都不只是單純的一塊屏幕。為了讓屏幕“點(diǎn)亮”,需要將屏幕連接顯示驅(qū)動(dòng)IC、FPC排線。驅(qū)動(dòng)IC主要是控制液晶層電壓從而控制每個(gè)像素亮度,FPC是充當(dāng)顯示模組和主板的連接載體。

目前主流的屏幕的封裝工藝主要有三種,分別為COG、COF、COP。具體來說,有以下特點(diǎn):

圖1:三種封裝技術(shù)對比

1、COG(Chip On Glass):這是最傳統(tǒng)的封裝方法之一,技術(shù)門檻低、成本低,是屏幕最常用技術(shù)。從英文上也可以看出,這種方式的封裝是將IC芯片、FPC排線放置在屏幕的背板玻璃上。但由于IC芯片就在LCD的正下方,擠壓了相當(dāng)大部分的屏幕空間,因此不可避免地產(chǎn)生了“下巴”。

2、COF(Chip On Film):實(shí)質(zhì)上來說,相當(dāng)于COG的升級(jí)版,也是現(xiàn)在屏幕轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。主要原理是將顯示驅(qū)動(dòng)IC芯片置入柔性的FPC排線中,再利用FPC本身的特性翻折至屏幕下方。具體來說,透過熱壓合,IC芯片的金凸快(Gold Bump)和軟性基板電路上的內(nèi)引腳(Inner Lead)將進(jìn)行結(jié)合(bonding)。由于IC芯片所占用的空間被釋放,所以一般來說至少能夠減少1．5毫米的下邊框?qū)挾取?/p>

3、COP(Chip On Pi):屬于邊框減少最多的工藝,但需要強(qiáng)調(diào)的是這種工藝的前提是應(yīng)用柔性的OLED屏幕,利用柔性O(shè)LED本身的彎曲特性將排線和IC全部彎折至屏幕下方。當(dāng)然OLED也是分為硬性屏幕和柔性屏幕兩種,使用這種技術(shù)必須使用COP封裝技術(shù)+柔性O(shè)LED的組合。但本身這項(xiàng)技術(shù)仍然還有成本較高、良品率低的缺點(diǎn)。

圖2:通過排線和IC減少下巴長度

縱觀整個(gè)屏幕封裝市場,顯示屏逐漸從18:9轉(zhuǎn)向19:9和20:9演進(jìn),顯然更窄的COF和COP更適應(yīng)未來的窄邊框的高占屏比需求。

從市場方面來講,COG封裝技術(shù)主要集中在中小型尺寸,COF封裝技術(shù)主要集中在中大型尺寸,COP封裝技術(shù)受制于柔性O(shè)LED并且也主要集中在中小型尺寸。

為什么江蘇上達(dá)選擇的是COF封裝?江蘇上達(dá)電子總經(jīng)理沈洪在接受記者采訪時(shí)表示,屏幕正在由LCD轉(zhuǎn)向OLED,但不論哪一種屏幕都需要COF封裝技術(shù)。COF封裝的優(yōu)勢領(lǐng)域在大尺寸面板,雖然面板一直在革命性發(fā)展,但點(diǎn)亮屏幕仍然依托顯示驅(qū)動(dòng)IC。反觀占比更小的COP封裝技術(shù)事實(shí)上已經(jīng)超出線路板領(lǐng)域,換言之即將顯示驅(qū)動(dòng)IC固定在屏幕上,而不是線路板。

他表示,除了大家都比較關(guān)注的手機(jī),COF封裝技術(shù)90%的出貨量和銷售市場都集中在大尺寸面板,手機(jī)面板占據(jù)了上達(dá)電子的10%。大尺寸面板在未來擁有8K大尺寸電視、5G和AIoT萬互聯(lián)、汽車屏幕等,智能化時(shí)代下人機(jī)交互單元都有可能會(huì)被賦予大尺寸的屏幕,因此COF封裝的未來應(yīng)用是廣闊的。

記者認(rèn)為,替代COG封裝是行業(yè)追求更好顯示效果的必經(jīng)之路,而COP封裝則依賴面板類型,主要還是適用中小尺寸面板上,在成本和良率上也仍然擁有一定的發(fā)展空間。因此大力發(fā)展較為成熟的COF封裝技術(shù),正是時(shí)下AIoT時(shí)代爆發(fā)的好選擇。

COF封裝幾乎占據(jù)LTPS-LCD市場,另外從數(shù)據(jù)上來看,COF的智能型手機(jī)滲透率2018年為16．5%,2019年則達(dá)到35%。

從市場上看COF

從工藝上來說,COF分為單層COF和雙層COF兩種。普遍來說單層COF比雙層成本上要低5倍,但一般的機(jī)臺(tái)的精準(zhǔn)度無法滿足單層COF,對技術(shù)要求很高;雙層COF擁有更好的解析度,但打兩層COF,需要更多bonding(芯片打線及邦定)設(shè)備,成本高昂。

產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)據(jù)顯示,COF比COG整體單價(jià)高出9美金左右,其中COF驅(qū)動(dòng)IC芯片上比COG芯片成本高2-3美金,FPC材料和COF專用的bonding的成本高5-6美金。

根據(jù)沈洪的介紹,整個(gè)COF市場單純從COF基板上來說,擁有60-70億人民幣的市場,如果算上COF封測和顯示驅(qū)動(dòng)IC的話,大概擁有700-800億人民幣的市場。

但由于這項(xiàng)技術(shù)是高端專業(yè)化的市場,具有一定技術(shù)壁壘和門檻,在設(shè)備和研發(fā)的投入極大,COF市場呈現(xiàn)出了“馬太效應(yīng)”。此前,規(guī)?；a(chǎn)COF的企業(yè)包括韓國Stemco(服務(wù)于三星OLED)和LGIT(服務(wù)于LG的OLED和LCD)、日本的FLEXCEED(前身為日本新藤電子,服務(wù)于LG和夏普的LCD)和中國臺(tái)灣的頎邦和易華。國內(nèi)大陸面板產(chǎn)業(yè)對于COF封裝基板幾乎全部依賴進(jìn)口,其中中國臺(tái)灣COF產(chǎn)業(yè)鏈針對內(nèi)地市場多為單層COF基板。

根據(jù)沈洪的介紹,上達(dá)電子2018年全資收購了FLEXCEED株式會(huì)社,通過將日本子公司FLEXCEED的技術(shù)轉(zhuǎn)移至江蘇子公司,并在此基礎(chǔ)上結(jié)合產(chǎn)學(xué)研自主研發(fā),已具備國際領(lǐng)先的COF封裝基板研發(fā)、設(shè)計(jì)和制造能力。將實(shí)現(xiàn)全流程“卷對卷”自動(dòng)化生產(chǎn)。

投產(chǎn)一期采用業(yè)內(nèi)最先進(jìn)的制程工藝生產(chǎn)8μm等級(jí)的單面帶COF產(chǎn)品。據(jù)了解,上達(dá)電子將會(huì)擁有業(yè)內(nèi)最先進(jìn)的單面加成法工藝、雙面加成法工藝生產(chǎn)10微米等級(jí)的單、雙面卷帶COF產(chǎn)品。

而這家被收購的日企,則是日本目前唯一的TCP/COF生產(chǎn)廠家,成立于1971年,先后合并日本卡西歐,日立等企業(yè),發(fā)展成為世界級(jí)COF工廠。沈洪表示,FLEXCEED是一家歷史悠久的COF工廠,首先上達(dá)電子將會(huì)將其專利技術(shù)拷貝轉(zhuǎn)移到中國工廠內(nèi),之后面對新市場,將結(jié)合客戶需求在市場上進(jìn)行升級(jí),并聯(lián)合高技院校申請自己的專利。

FLEXCEED自成立之初便以自主開發(fā)技術(shù)為其核心競爭力,所發(fā)布專利涵蓋高密度超精細(xì)線路板生產(chǎn)設(shè)備,生產(chǎn)工藝,產(chǎn)品設(shè)計(jì)等,全面對應(yīng)最先進(jìn)的線路板生產(chǎn)技術(shù)。當(dāng)前中國線路板行業(yè)線路的線心距水平尚處于80μm級(jí)別,而FLEXCEED持有技術(shù)已可對應(yīng)線心距18μm級(jí)別。

根據(jù)之前的信息可以看出,在2004年上達(dá)電子深圳有限公司成立之初,便是是國內(nèi)位居前列的FPCA專業(yè)制造商。COF從整體來講,本身就是柔性線路板中重要板塊之一,因此上達(dá)電子在COF上具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。

COF的產(chǎn)業(yè)鏈包括基材(Base Material)、COF Film、COF封測(PKG)、IC設(shè)計(jì)(Design House)和終端面板(panel,SEI),其中上達(dá)電子位于COF Filim和COF封測中。在產(chǎn)業(yè)鏈上,上達(dá)電子擁有國內(nèi)半導(dǎo)體顯示面板驅(qū)動(dòng)IC產(chǎn)業(yè)鏈中獨(dú)一無二的上下游關(guān)系網(wǎng)。沈洪為記者介紹,COF封測的技術(shù)源頭在于芯片設(shè)計(jì),芯片引導(dǎo)了整個(gè)下游產(chǎn)業(yè)的技術(shù)提升和發(fā)展,上達(dá)電子也會(huì)根據(jù)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈在工藝精度、設(shè)備升級(jí)、材料變更上逐漸跟進(jìn)前端業(yè)務(wù)。

沈洪在投產(chǎn)儀式中曾表示,量產(chǎn)線于9月初順利投產(chǎn),預(yù)計(jì)今年10月以后后段制程產(chǎn)能可達(dá)750萬片/月,2021年3月全制程產(chǎn)能可達(dá)1500萬片/月,2021年年底全制程產(chǎn)能可達(dá)3000萬片/月。

需要注意的是,上達(dá)電子的COF領(lǐng)域分為顯示領(lǐng)域和非顯示領(lǐng)域,前者專指DDI(顯示驅(qū)動(dòng))IC封裝,后者則代指其他領(lǐng)域包括LED、醫(yī)療、工業(yè)打印機(jī)等。

綜上,上達(dá)電子在COF上打破了國內(nèi)的空白。與此同時(shí),也撬動(dòng)了這一產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展,逐步形成自己的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。

從生產(chǎn)上看COF

COF的工藝流程復(fù)雜,需要經(jīng)歷沖孔(Hole Punching)、涂布(Photo resist)、曝光(Exposure)、顯影(Development)、蝕刻(Etching)、化錫(Electrolesstin plating)、自動(dòng)光學(xué)檢測(AOI)、印刷(SR print)、分切(Slit)、電檢(O/S Testing)、自動(dòng)外觀檢查(AVI)、出貨(Shipping)。

上文也有提及,上達(dá)電子實(shí)現(xiàn)的是全流程“卷對卷”自動(dòng)化生產(chǎn)。一般“卷對卷”生產(chǎn)方式針對的是高端顯示模組,與這種生產(chǎn)方式相對應(yīng)的是“片對片”生產(chǎn)方式。所謂“卷對卷”就是采用卷銅箔繃直方式,保障了產(chǎn)品的平整度從而保證了細(xì)線路產(chǎn)品生產(chǎn)?！捌瑢ζ眲t相對來說更加容易在產(chǎn)品轉(zhuǎn)移過程中影響產(chǎn)品品質(zhì)。

江蘇上達(dá)電子COF具有6個(gè)獨(dú)有優(yōu)勢:最先進(jìn)的18μm Fine Pitch減成法蝕刻技術(shù)、防漏光黑色油墨印刷技術(shù)、二次化錫技術(shù)對應(yīng)的20倍高彎折性能、產(chǎn)品穩(wěn)定良率高的累計(jì)公差技術(shù)、最精密的18μm Pitch AOI檢查技術(shù)、全制程設(shè)計(jì)開發(fā)制造技術(shù)的技術(shù)優(yōu)勢。

圖3:COF的工藝流程

COF方案中FPC主要采用PI膜,線寬線距在20μm以下,這種要求之下,FPC減成法已無法滿足要求,主要以半加成法、加成法為主。通過介紹得知,上達(dá)電子通過設(shè)備改良,藥液體系升級(jí),工藝精細(xì)管控能力提升,實(shí)現(xiàn)8μm超精密線路工藝(即18μm線寬距),在實(shí)現(xiàn)線路精密化的同時(shí),更進(jìn)一步提升了COF產(chǎn)品的可靠性要求。

圖4:上達(dá)電子的超精密細(xì)線路技術(shù)

值得一提的是,驅(qū)動(dòng)IC在4K、8K的高清顯示之下,高速驅(qū)動(dòng)下的功率提升導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)IC工作溫度上升,散熱成為必須解決的問題。達(dá)電子開發(fā)厚銅(12μm)精細(xì)線路技術(shù),與普通的產(chǎn)品相比,其截面積增加50%,有效提升了驅(qū)動(dòng)IC工作時(shí)的散熱能力。

圖5:上達(dá)電子的厚銅技術(shù)

電子產(chǎn)品在復(fù)雜環(huán)境下的應(yīng)用中,可靠性提升成為永恒話題。對產(chǎn)品而言,可靠性越高越好,產(chǎn)品的可靠性越高,其可以無故障工作的時(shí)間就越長。

平板顯示器在使用中,大多數(shù)人會(huì)選擇使用玻璃清潔劑進(jìn)行除塵除漬,清洗劑滲入COF會(huì)造成油墨腐蝕導(dǎo)致顯示功能不良,因此需提高耐化學(xué)性。上達(dá)電子則應(yīng)用了新型SR材料提升COF產(chǎn)品的耐化學(xué)性。

圖6:耐化學(xué)性的提升

另一方面,為使邊框更窄、產(chǎn)品更輕薄,要求COF折疊至接近死折的狀態(tài),因此需要提高耐彎折性。上達(dá)電子使用的新型化錫技術(shù),彎折區(qū)域SR下閃鍍錫厚非常薄,其彎折性能接近無錫狀態(tài)下的純銅結(jié)構(gòu),以此獲得高耐彎折性。

圖7:耐彎折性的提升

記者參觀上達(dá)電子產(chǎn)線后發(fā)現(xiàn),充分感受到了上達(dá)電子產(chǎn)線的智能化。通過介紹得知,產(chǎn)線設(shè)備利用大數(shù)據(jù)互連,智能化程度高,可實(shí)現(xiàn)核心工藝參數(shù)智能調(diào)節(jié),產(chǎn)品品質(zhì)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測,是產(chǎn)品技術(shù)水平先進(jìn)性與品質(zhì)可靠性的核心支撐。

記者認(rèn)為,通過布局國產(chǎn)化的COF Film和COF封測,產(chǎn)業(yè)空白被填補(bǔ),COF本身的成本問題將得到一定解決。而通過產(chǎn)業(yè)的不斷研發(fā)和升級(jí),這一產(chǎn)業(yè)鏈配套產(chǎn)品也將逐漸轉(zhuǎn)向自研。