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[導讀]上達電子江蘇邳州COF項目於9月11日正式投產,而COF封裝(卷帶式薄膜覆晶)技術長期以來一直被日韓等企業掌握,對於國內來説是一處短板。通過本次投產,填補了國內本土的一處空白,也會為顯示行業帶來成本上的普惠。

在選擇智能手機、PC顯示器和智能電視,你優選的條件有哪些?刷新率更快、屏幕更柔性、屏佔比更高……屏幕就像一張隨時要拿來看的照片,不斷被“美顏”。實際上,伴隨着芯片技術和軟件的發展,只有感官上更好地被看到,才能不辜負這一切的努力。

144Hz、240Hz逐漸步入了主流市場,顯示開啓了新一輪的高刷新率之戰。事實上,除了這項參數,越來越多的極客對於屏佔比的需求愈來愈高。

在追求屏佔比的過程之中,屏幕“從硬逐漸偏軟”,賦予了屏幕更大的摺疊、彎曲空間,也為全面屏的道路鋪上了一條羅馬大道。但在這背後,屏幕封裝工藝卻如同一隻“魔棒”,擁有使手機額頭和下巴收緊、屏幕邊框變窄的神奇功效。

21ic中國電子網曾報道,上達電子江蘇邳州COF項目於9月11日正式投產,而COF封裝(卷帶式薄膜覆晶)技術長期以來一直被日韓等企業掌握,對於國內來説是一處短板。通過本次投產,填補了國內本土的一處空白,也會為顯示行業帶來成本上的普惠。

對於大部分工程師來説,或許對這項封裝技術並不太熟悉,以下便從技術、優勢、生產上講述COF封裝的故事。

屏幕封裝技術的“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“點亮”,需要將屏幕連接顯示驅動ICFPC排線。驅動IC主要是控制液晶層電壓從而控制每個像素亮度,FPC是充當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COGCOFCOP。具體來説,有以下特點:

圖1:三種封裝技術對比

1、COG(Chip On Glass):這是最傳統的封裝方法之一,技術門檻低成本低,是屏幕最常用技術。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。但由於IC芯片就在LCD的正下方,擠壓了相當大部分的屏幕空間,因此不可避免地產生了“下巴”。

2、COF(Chip On Film):實質上來説,相當於COG的升級版,也是現在屏幕轉型的關鍵。主要原理是將顯示驅動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。具體來説,透過熱壓合,IC芯片的金凸快(Gold Bump)和軟性基板電路上的內引腳(Inner Lead)將進行結合(bonding)。由於IC芯片所佔用的空間被釋放,所以一般來説至少能夠減少1.5毫米的下邊框寬度。

3、COP(Chip On Pi):屬於邊框減少最多的工藝,但需要強調的是這種工藝的前提是應用柔性的OLED屏幕,利用柔性OLED本身的彎曲特性將排線和IC全部彎折至屏幕下方。當然OLED也是分為硬性屏幕和柔性屏幕兩種,使用這種技術必須使用COP封裝技術+柔性OLED的組合。但本身這項技術仍然還有成本較高、良品率低的缺點。

圖2:通過排線和IC減少下巴長度

縱觀整個屏幕封裝市場,顯示屏逐漸從18:9轉向19:9和20:9演進,顯然更窄的COF和COP更適應未來的窄邊框的高佔屏比需求。

從市場方面來講,COG封裝技術主要集中在中小型尺寸COF封裝技術主要集中在中大型尺寸COP封裝技術受制於柔性OLED並且也主要集中在中小型尺寸

為什麼江蘇上達選擇的是COF封裝?江蘇上達電子總經理沈洪在接受記者採訪時表示,屏幕正在由LCD轉向OLED,但不論哪一種屏幕都需要COF封裝技術。COF封裝的優勢領域在大尺寸面板,雖然面板一直在革命性發展,但點亮屏幕仍然依託顯示驅動IC。反觀佔比更小的COP封裝技術事實上已經超出線路板領域,換言之即將顯示驅動IC固定在屏幕上,而不是線路板。

他表示,除了大家都比較關注的手機,COF封裝技術90%的出貨量和銷售市場都集中在大尺寸面板,手機面板佔據了上達電子的10%。大尺寸面板在未來擁有8K大尺寸電視、5G和AIoT萬互聯、汽車屏幕等,智能化時代下人機交互單元都有可能會被賦予大尺寸的屏幕,因此COF封裝的未來應用是廣闊的。

記者認為,替代COG封裝是行業追求更好顯示效果的必經之路,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展空間。因此大力發展較為成熟的COF封裝技術,正是時下AIoT時代爆發的好選擇。

COF封裝幾乎佔據LTPS-LCD市場,另外從數據上來看,COF的智能型手機滲透率2018年為16.5%,2019年則達到35%。

從市場上看COF

從工藝上來説,COF分為單層COF雙層COF兩種。普遍來説單層COF比雙層成本上要低5倍,但一般的機台的精準度無法滿足單層COF,對技術要求很高;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)設備,成本高昂。

產業鏈數據顯示,COF比COG整體單價高出9美金左右,其中COF驅動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。

根據沈洪的介紹,整個COF市場單純從COF基板上來説,擁有60-70億人民幣的市場,如果算上COF封測和顯示驅動IC的話,大概擁有700-800億人民幣的市場。

但由於這項技術是高端專業化的市場,具有一定技術壁壘和門檻,在設備和研發的投入極大,COF市場呈現出了“馬太效應”。此前,規模化生產COF的企業包括韓國Stemco(服務於三星OLED)和LGIT(服務於LG的OLED和LCD)、日本的FLEXCEED(前身為日本新藤電子,服務於LG和夏普的LCD)和中國台灣的頎邦和易華。國內大陸面板產業對於COF封裝基板幾乎全部依賴進口,其中中國台灣COF產業鏈針對內地市場多為單層COF基板。

根據沈洪的介紹,上達電子2018年全資收購了FLEXCEED株式會社,通過將日本子公司FLEXCEED的技術轉移至江蘇子公司,並在此基礎上結合產學研自主研發,已具備國際領先的COF封裝基板研發、設計和製造能力。將實現全流程“卷對卷”自動化生產。

投產一期採用業內最先進的製程工藝生產8μm等級的單面帶COF產品。據瞭解,上達電子將會擁有業內最先進的單面加成法工藝、雙面加成法工藝生產10微米等級的單、雙面卷帶COF產品。

而這家被收購的日企,則是日本目前唯一的TCP/COF生產廠家,成立於1971年,先後合併日本卡西歐,日立等企業,發展成為世界級COF工廠。沈洪表示,FLEXCEED是一家歷史悠久的COF工廠,首先上達電子將會將其專利技術拷貝轉移到中國工廠內,之後面對新市場,將結合客户需求在市場上進行升級,並聯合高技院校申請自己的專利。

FLEXCEED自成立之初便以自主開發技術為其核心競爭力,所發佈專利涵蓋高密度超精細線路板生產設備,生產工藝,產品設計等,全面對應最先進的線路板生產技術。當前中國線路板行業線路的線心距水平尚處於80μm級別,而FLEXCEED持有技術已可對應線心距18μm級別。

根據之前的信息可以看出,在2004年上達電子深圳有限公司成立之初,便是是國內位居前列的FPCA專業製造商。COF從整體來講,本身就是柔性線路板中重要板塊之一,因此上達電子在COF上具有得天獨厚的優勢。

COF的產業鏈包括基材(Base Material)、COF Film、COF封測(PKG)、IC設計(Design House)和終端面板(panel,SEI),其中上達電子位於COF Filim和COF封測中。在產業鏈上,上達電子擁有國內半導體顯示面板驅動IC產業鏈中獨一無二的上下游關係網。沈洪為記者介紹,COF封測的技術源頭在於芯片設計,芯片引導了整個下游產業的技術提升和發展,上達電子也會根據整個產業鏈在工藝精度、設備升級、材料變更上逐漸跟進前端業務。

沈洪在投產儀式中曾表示,量產線於9月初順利投產,預計今年10月以後後段製程產能可達750萬片/月,2021年3月全製程產能可達1500萬片/月,2021年年底全製程產能可達3000萬片/月。

需要注意的是,上達電子的COF領域分為顯示領域非顯示領域,前者專指DDI(顯示驅動)IC封裝,後者則代指其他領域包括LED、醫療、工業打印機等。

綜上,上達電子在COF上打破了國內的空白。與此同時,也撬動了這一產業鏈的發展,逐步形成自己的產業規模。

從生產上看COF

COF的工藝流程複雜,需要經歷衝孔(Hole Punching)、塗布(Photo resist)、曝光(Exposure)、顯影(Development)、蝕刻(Etching)、化錫(Electrolesstin plating)、自動光學檢測(AOI)、印刷(SR print)、分切(Slit)、電檢(O/S Testing)、自動外觀檢查(AVI)、出貨(Shipping)

上文也有提及,上達電子實現的是全流程“卷對卷”自動化生產。一般“卷對卷”生產方式針對的是高端顯示模組,與這種生產方式相對應的是“片對片”生產方式。所謂“卷對卷”就是採用卷銅箔繃直方式,保障了產品的平整度從而保證了細線路產品生產。“片對片”則相對來説更加容易在產品轉移過程中影響產品品質。

江蘇上達電子COF具有6個獨有優勢:最先進的18μm Fine Pitch減成法蝕刻技術、防漏光黑色油墨印刷技術、二次化錫技術對應的20倍高彎折性能、產品穩定良率高的累計公差技術、最精密的18μm Pitch AOI檢查技術、全製程設計開發製造技術的技術優勢。

圖3:COF的工藝流程

COF方案中FPC主要採用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,上達電子通過設備改良,藥液體系升級,工藝精細管控能力提升,實現8μm超精密線路工藝(即18μm線寬距),在實現線路精密化的同時,更進一步提升了COF產品的可靠性要求。

圖4:上達電子的超精密細線路技術

值得一提的是,驅動IC在4K、8K的高清顯示之下,高速驅動下的功率提升導致驅動IC工作温度上升,散熱成為必須解決的問題。達電子開發厚銅(12μm)精細線路技術,與普通的產品相比,其截面積增加50%,有效提升了驅動IC工作時的散熱能力。

圖5:上達電子的厚銅技術

電子產品在複雜環境下的應用中,可靠性提升成為永恆話題。對產品而言,可靠性越高越好,產品的可靠性越高,其可以無故障工作的時間就越長。

平板顯示器在使用中,大多數人會選擇使用玻璃清潔劑進行除塵除漬,清洗劑滲入COF會造成油墨腐蝕導致顯示功能不良,因此需提高耐化學性。上達電子則應用了新型SR材料提升COF產品的耐化學性。

圖6:耐化學性的提升

另一方面,為使邊框更窄、產品更輕薄,要求COF摺疊至接近死折的狀態,因此需要提高耐彎折性。上達電子使用的新型化錫技術,彎折區域SR下閃鍍錫厚非常薄,其彎折性能接近無錫狀態下的純銅結構,以此獲得高耐彎折性。

圖7:耐彎折性的提升

記者參觀上達電子產線後發現,充分感受到了上達電子產線的智能化。通過介紹得知,產線設備利用大數據互連,智能化程度高,可實現核心工藝參數智能調節,產品品質實時在線監測,是產品技術水平先進性與品質可靠性的核心支撐。

記者認為,通過佈局國產化的COF Film和COF封測,產業空白被填補,COF本身的成本問題將得到一定解決。而通過產業的不斷研發和升級,這一產業鏈配套產品也將逐漸轉向自研。

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