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液晶显示模块生产过程中抗静电及电性过压现象造成电路的破坏
发布者:管理员 发布时间:2010-11-22 阅读:7934

液晶显示模块生产过程中抗静电及电性过压现象造成电路的破坏
 
液晶显示模块(Liquid Crystal Module,LCM)的生产过程中,从印刷电路板整合进液晶显示面板(PCBI)的制程到各个模块的组装(Assembly),在待组装物、设备或是人员之间,不可避免都会有移动及接触与再分离的行为出现,因此在待组装物上必然会发生静电放电(Electrostatics Discharge, ESD)的现象。虽然在环境温度及相对湿度与接地都会做有效的管控,但对一些已知会产生ESD的工作点还是需要加以注意。特别是在LCM的玻璃偏光板(Polarizer)表面,都会有贴附一层防止刮伤的保护膜,在生产过程中必须移除这层保护膜,往往造成许多的静电电荷(Electrostatic Charge)大量残存在液晶玻璃面板内的显示组件与集成电路中,继而在后续的组装程序上,出现危险的组件储存电荷模式(Charged Device Model,CDM)之ESD或电性过压(Electrical Overstress,EOS)现象,进而造成半导体组件内部电路的破坏。部分已受ESD内伤的产品,有时还会到客户端才又被检测出来,后续严重的客退问题又造成产品成本的一大负担。
 
在LCM的生产过程中,从液晶显示面板的进料开始,接着会进行外引线焊接(Outer Lead Bounding,OLB)的预备作业,及驱动IC组件的进料以及焊接作业,其中驱动IC可以使用TCP(Tape Carrier Package)、COF(Chip On Film)、或COG(Chip On Grass)的形式,并透过异方性导电胶膜(Anisotropic Conductive Film,ACF)压合焊接到LCD上。接着再进行印刷电路板(Printed Wiring Board,PWB)的进料,以及同样透过ACF使其与驱动IC间,完成TCP、COF、或FPC(Flexible Printed Circuit)的焊接作业,到此即完成PCBI的制程。此阶段,一些自动化设备必须传输LCD,必须进行一些材料的涂布以及加热压合的动作,因此这些接触及压合都会产生大量瞬间的ESD现象出现,这种放电则多属LCD与设备接触时,在其内部的自由电荷(Free Charge)形成重新再分布行为。当之后的作业中有再接触行为出现时,因为前述的电荷储存造成电位的不平衡必然会造成ESD,这时形成的放电回路大都会通过IC,或从IC内部释放出,对IC而言,就如CDM的ESD;对整体模块或系统而言,即为模块储存电荷模式(Board Level Charged Device Model,BLCDM)的ESD。
 
在上述的PCBI制程中,要注意一些静电消除器(Air Ionizer)的位置,因使用静电消除器的目的,是用来建立工作环境中各部品间的等电位面,唯有等电位面的物体相接触时,才不致产生瞬间接触式的ESD大电流;即使同电位面的两物体接触后,当它们被分离开的瞬间,因本质电位面的不同及对自由电荷束敷力的不同,还是会有分离电荷产生,并形成ESD电流。
 
因此,需避免设备本身与待组装物的金属接点接触,因这样的接触往往会形成不安全的放电回路出现。而在半成品中这些金属接点通常都连接到了对ESD较敏感的IC组件,一旦有ESD的大电流出现时,这些IC组件一般都仅能耐受到一定的ESD能量,过大的电流量还是有机会影响到这些IC组件,必须注意到一些安全接地方法。安全接地并不是直接接地,直接接地是用于建立静态物体的电位面,能使它们共同连接到工作环境中特定的参考零电位,以达到工作平台上的各物体同在一等位面上;而安全接地则是对已知会产生ESD的路径上,提供一个高阻抗放电的路径,降低放电电流并能抑制放电反射波的一种接地。在PCBI的制程之后,接着会进行LCD与印刷电路板间的焊接检视,以及LCD显示的测试(一般称为A检或PCBI检测)。
 
到了组装程序,其中大多数的程序都是人工操作。在这个阶段,首先要完成PCBI后的LCD与背光模块(Backlight Module,BLM)的整合,为了避免异物在组装的作业中,进入模块的间隙,有时还会有点亮背光板(Back Light,BL)检测异物的程序。接着会进行控制电路板与铁框等的组合作业,最后再进行组装后模块的显示检测。最主要的ESD击伤或EOS破坏问题,出现在这些人工组装程序中,其中特别是在撕除LCD上下两面保护膜时及之后的作业程序。保护膜的材质、撕模的方向、以及角度,都会影响到静电的产生量及储存量。而在撕膜后几项人工操作,严重的ESD或EOS破坏则经常出现在此。在撕膜后会有许多静电残存在LCD及IC的半导体材料中,在此的组装作业常会有将金属物接触到面板半成品中的一些裸露金属层的情形,因而造成瞬间的ESD回路,或是在点检的瞬间形成EOS。
 
如图一及图二所示就呈现出ESD及EOS的2种IC内部组件故障解析。在此之前的一些ESD破坏,有时是无法在B检以视觉的判断所检测出来,许多情况下,晶体管组件受到CDM的ESD击伤后,在其电性上的漏电电流往往仅有数百奈安培(nA)的电流量,其电子显微镜下的截面图(TEM)就如图三所示,这样的漏电电流在电性上原本就不易发现,而电子产品却依然可以正常运作,因此部分的故障现象在此就可能被忽略了。
 
接着,进行老化(Aging) 测试的可靠度筛检,一些潜在的可靠度问题,包含在前面提到已受到CDM ESD微小破坏的组件,经过这样的测试实验后,若测试图像能有效作用在这些原本被轻微破坏的晶体管组件上,这些LCM从Aging测试炉取出后的检测过程(一般称为C检),就会再度被检测出来。当然,在做Aging测试的设备若有一些设计或结构上的问题,或是连接器使用久后有裂化情形出现,那也会造成另一种EOS的破坏出现。最后这些筛检过良好的LCM,再经过外观检查后,就送入包装。在仅生产LCM的生产线,到此即完成了整个程序,否则还会有后续的系统组装及测试的制程程序,虽然到了系统端偶尔还会有ESD的现象出现,但最大的问题则多是电器讯号上的问题及EOS的问题了。
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