1-1 Liquid Crystal Display Driver Integrated Circuit封裝技術簡介
Liquid Crystal Display Driver Integrated Circuit(LCD Driver IC)的構裝方 式依使用的構裝結構不同而區分為: 捲帶式封裝(Tape Carrier Package) 、覆 晶式薄膜封裝(Chip on Film)和玻璃基板晶片接合技術(Chip on Glass)三種主 要的接合方式。捲帶式封裝(TCP)為LCD Driver IC封裝最早之技術，然隨著消 費性電子產品輕、薄、短、小的發展趨勢，使得Integrated Circuit(IC)的間距 愈做愈小且腳數愈來愈多，色彩飽合度、反應速度等功能性需求增加，因而發 展出新一代LCD Driver IC封裝技術—覆晶式薄膜封裝(COF)，同時間由於某些 電子消費產品成本的不斷下降，因而發展出不需要軟性載板的玻璃基板晶片接 合封裝技術(COG)，可直接和LCD面板做接合，以節省軟性載板和印刷電路版 (Printed Circuit Board)費用。以下針對此三種LCD Driver IC 封裝技術做說明。
1-1.1 TCP(Tape Carrier Package) 捲帶式封裝
捲帶式封裝(TCP)源於 1968 年美國奇異公司利用捲帶自動粘合技術發展 出的一種IC 封裝方式。目前 TCP 的軟性捲帶式基板底材使用上是以三層結構 為主-包含聚亞醯胺(Polyimide)、接著層(Adhesion Layer)和銅箔(Copper
Foil)，如圖 1-1 TCP 和 COF 軟性捲帶式基板底材結構圖，其軟性捲帶式基板 底材作法為利用聚亞醯胺當作基材，使用接著劑(Adhesion)將銅箔和聚亞醯胺 經由高壓貼合而成。
圖1-1 TCP&COF軟性基板底材結構圖[1]
1. TCP 的原材料主要有兩部份: (1) 軟性捲帶式基板 (2) 完成金凸塊制 程的IC。
(1) 軟性捲帶式基板 – 為一種具搭載電路引腳圖的軟性捲帶式印刷 電路版板，其形狀與照相機底片帶十分相似，宽度有 35mm、
48mm、70mm 等三種規格。其制作流程可參考圖 1-2 TCP&COF 軟性捲帶式基板制程流程圖。
①Polyimide film punch – 主要是於 Polyimide film 上將傳送用的傳 送孔、對位孔、彎曲折孔及放IC 的元件孔，以衝孔的方式 punch 出來。
②Copper foil laminate – 將銅箔和 Polyimide film 以接著劑粘著後 做高溫壓合並烘烤硬化。
③Backside flex coating – 將彎曲折孔背面部分填滿彈性膠。
④Photo-resist coating – 以滾輪塗佈方式於料帶上塗上一層液態感 光光阻。
⑤Exposure – 以玻璃光罩繪製高解度的線路做為影像轉移的治具
，然後利用UV 光透過玻璃光罩將欲蝕刻處的光阻進行光裂解反應。
⑥Development – 將已經經過 UV 光裂解的光阻部份以 NaOH 溶解 去除並保留未裂解的光阻。
⑦Backside resist coating – 在進行蝕刻前先將元件孔和其它裸露 銅箔的孔使用填保護以免受到蝕刻液侵蝕。
⑧Etching – 以蝕刻液將銅箔溶解後蝕刻出線路圖形。
⑨Resist removal – 將不要的光阻及背膠以強鹼藥液剝除。
⑩Plating – 將經蝕刻後的線路以化學鍍錫方式於表面鍍上純錫層。
⑪Solder resist printing – 使用網版印刷方式將非用於焊接的線路
部份以防焊漆覆蓋後進行烘硬化。
⑫Tape slicing – 將完成以上制程的料帶以產品寬度 35mm、48mm 或70mm 需求做裁切。
⑬Open/Short check – 將裁切好的產品進行最終的 Open 或 Short 的品質測試。
圖1-2 TCP&COF軟性捲帶式基板制程流程圖
(2) 完成金凸塊制程的 IC –在 LCD Driver IC 的 TCP、COF 或 COG
③Photo resist coating –以旋轉塗佈方式於 wafer 上塗上一層液態 感光光阻。
圖1-3 金凸塊制程流程圖
2. TCP 的封裝流程
Head dropped
Bonding
(2)塗膠&烘烤(Potting&Curing) – 將已完成 ILB 制程的產品，使用環氧 樹脂以針頭塗膠的方式，將內引腳的位置封膠後再經過高溫烘烤固 化，以達到保護產品的效果。
圖1-5 TCP產品塗膠示意圖
(3)雷射蓋印(Laser Marking) – 將已完成 Potting&Curing 制程的產品，
以 Laser 光將所需之蓋印碼打在晶片背面，以方便產品在客户端出 問題時可追溯產品之生產記錄。
(4)產品最終測試(Final Test) – 將封裝完成之產品進行品質功能上的 測試，使用客戶提供之測試程式，經由測試機台及探針卡給產品一 定的電壓和電流，依照測試程式中的測試程序，完成產品品質測試，
以確保提供至用戶端的產品品質。
Epoxy Resin
IC Dispenser
(5)外觀檢驗(Inspection) – 以人員使用光學顯微鏡約10X~180X，將完 成品質功能測試的產品，做最終產品外觀的100%目檢。
(6)編輯&出貨(Edit&Package) – 將已完成之產品，依客戶的要求，編 輯成用戶端所要之方向後，再經過包裝即可出貨。
1-1.2 COF(Chip on Film) 覆晶式薄膜封裝
LCD Driver IC 的市場主要可以分成小尺寸 LCD 面板，及中大尺寸 LCD 面板的應用。小尺寸面板主要的應用為手機，手機為高整合性之產品，LCD 模組需整合許多元件且與系統的連接需具有高撓曲、輕量化特性，COF 可滿 足此一需求，且可支持越來越複雜的機構設計，針對較高階的手機產品，使得 LCD 模組型態於 2004 年逐漸往 COF 發展。中大尺寸 LCD 面板的應用有筆記 型電腦、桌上型螢幕及電視等，其中由於高腳數的要求，快速的反應時間，色 彩解析度和飽合度的要求，及產品輕薄短小的趨勢下，COF 的封裝技術已逐 漸取代TCP 封裝技術，成為現今及未來的技術主流。
目前 COF 的軟性捲帶式基板底材使用上是以二層結構為主-包含聚亞醯 胺(Polyimide)和銅箔(Copper foil)，如圖 1-1 TCP 和 COF 軟性捲帶式基板底
材結構圖，其軟性捲帶式基板底材作法有兩種，一種為利用Polyimide 當作基 材，經由表面處理後，以濺鍍加電鍍的方式形成銅箔層，此做法稱為Sputter/
Plating method。另一種則是以壓延好的銅箔，經由表面處理後，coating 上 一層液態的Polyimide Layer，最後再經過烘烤後完成，稱為 Casting method。
具體結構如圖1-1 TCP和COF軟性基板底材結構圖。
1. COF 原材料同樣包含: (1)軟性捲帶式基板 (2)完成金凸塊制程的 IC。
基本上TCP 與 COF 所使用的原材料是一樣的，其中的差異是在 COF 使用的軟性捲帶式基板的結構為2 層材，沒有 Adhesion Layer，其基 板的總厚度約只有60um，而 TCP 約 120um，COF 基板上的 Inner Lead 不是懸空的，沒有 Flex hole，只有 Face down type 等特性。如 圖1-6 TCP vs COF 產品剖面結構圖。至於 COF 用之軟性捲帶式基板 的制作流程基本上和TCP 大同小異，主要少掉 Copper foil laminate、
Backside flex coating 和 Backside resist coating 三道制程。如圖 1-2 TCP 和 COF 軟性捲帶式基板制程流程圖所示。
圖 1-6 TCP vs COF 產品剖面結構圖
TCP (Tape Carrier Package) COF (Chip on Film)
1. Device hole & Fingered leads 2. Total thickness (~120um)
- PI 75 um - Adhesive 12um - Cu 18 um - SR 15um
3. Laminated structure with adhesive 4. Flex hole
5. Face up or face down
1. No device hole
2. Total thickness (~60um) - PI 38um
- Cu 8um - SR 15um 3. Adhesive free 4. No flex hole 5. Only face down Flex Hole
TCP (Tape Carrier Package) COF (Chip on Film)
1. Device hole & Fingered leads 2. Total thickness (~120um)
- PI 75 um - Adhesive 12um - Cu 18 um - SR 15um
3. Laminated structure with adhesive 4. Flex hole
5. Face up or face down
1. No device hole
2. Total thickness (~60um) - PI 38um
- Cu 8um - SR 15um 3. Adhesive free 4. No flex hole 5. Only face down Flex Hole
2. COF 的封裝流程
COF 封裝流程與 TCP 封裝流程完全一樣，以下主要針對其中異常 在ILB 和 Potting 站點的封裝方式有些許的不同做說明。
(1) 覆晶式內引腳接合(Flip Chip Inner Lead Bonding) – 特徵為 IC 會翻 轉 180 度後承接於 Bonding 用之 CVD Diamond Tooling 上，再以 高溫400°C、高壓下，接合時間約為 0.3~0.5sec，使得軟性捲帶式 基板內引腳上的錫融熔，同時和 IC 上的金凸塊形成金錫共晶，以完 成內引腳和金凸塊接合。詳細的內引腳接步驟，如圖1-7 COF Inner Lead Bonding 分解圖所示。
Head dropped
No move
Head dropped
No move
(2)填膠&烘烤(Underfill&Curing) – 將已完成 ILB 制程的產品，以針頭 於IC 的邊緣填充環氧樹脂膠材，利用毛細現象之虹吸原理，圖 1-8 COF 產品填膠示意圖，使得環氧樹脂膠材自然地填充滿整個 IC 內 部及周圍，再經過高溫烘烤固化，以達到保護產品的效果。
圖 1-8 COF 產品填膠示意圖
1-1.3 COG(Chip on Glass) 玻璃基板晶片接合技術
COG 是一種將 IC 與基板相互連接的先進封裝技術，利用覆晶(Flip Chip) 技術將長有金凸塊的 IC 晶片，以異方性導電膠(ACF)為中間介面，接合在 LCD 的氧化銦錫(Indium Tin Oxide)端；應用於液晶顯示器上時，由於基板是 玻璃，故被稱為玻璃基板晶片接合技術(Chip on Glass)，如圖 1-9 所示。其 中異方性導電膠(Anisotropic Conductive Film)是一種將導電粒子分散於熱硬
IC Dispenser
Underfill
COF tape
化性樹脂中Film 的產品，如圖 1-10，導電粒子的結構為樹脂表面 coating 上 一層鎳(Nickel)再加上一層金(Gold)，最後再於最外面 coating 一層絶緣膜。鍍 鎳/金的目的為當 ACF 中的導電粒子受一定的壓力破裂變形後，導電粒子中的
圖1-9 COG 成品示意圖
圖1-10 ACF 導電粒子結構圖[2]
Chip Au Bump
Electrode
Glass substrate ACF
LCD Panel
絶緣皮膜 鍍金
鍍鎳
絶緣粒子
圖1-11 (a)導電粒子導通示意圖(b)導電粒子受壓破裂導通圖[2]
圖1-12 導電粒子中絶緣皮膜效能圖[2]
絶緣皮膜可避免Au Bump間發生導通的現象
(a) (b)
導通
導通 連
接
絶緣
圖1-13 COG封裝技術流程圖[2]
2.預壓接
3.轉移 4. 對准圖形位置
5. 正式壓接
1-2 研究動機
隨著LCD面板功能性需求的快速提升，如色彩飽和度、反應速度、解析度 等，再加上成本的快速下跌，使得LCD Driver IC的封裝技術快速地由TCP轉 換為COF，且更走向Fine Pitch的產品設計，也因此開始產生產品品質上可靠 度的問題。其可靠度失效的模式主要是Pin to Pin Short，從LCD面板上所呈現 的現象為亮線，如圖1-14 LCD面板亮線失效模式，而循著該亮線的位置可以 對照出負責該訊號位置的LCD Driver IC，從而發現該顆Driver IC的某兩隻Pin 腳發生Short的現象。經由外觀的觀察及微觀分析，使用電子顯微鏡SEM和 EDS，判斷應為金離子遷移所造成之Pin to Pin Short。然因其發生機率非常地 低，約小於1ppm，故一直無法真正了解金離子遷移發生的真因或條件，更不 用談如何預防，而本研究的動機主要是先以重現金離子遷移的發生，以了解金 離子遷移發生過程中所必需的條件，做為以後預防金離子遷移發生的基礎。
圖1-14 LCD面板亮線失效模式