COG接合技术

晶粒-玻璃接合技術(COG)COG液晶模組

COG

•將含凸塊的晶片接合於LCD玻璃上。與TCP相比，少了捲帶部份多道製程，不但成本降低，亦可達到高密度接續及狹緣化等優點。

•最大缺點是重工性低。拆卸晶片會破壞玻璃表面電極，造成整片LCD玻璃無法使用。

•過去COG需求幾乎來自於手機用小尺寸面板，在COG 產能的擴充幅度及速度，都遠較TCP來得少且慢，但現在友達已將十七吋以下中尺寸LCD面板全面改用COG 封裝製程，十九吋LCD面板也開始小量應用，由於CO G比TCP少了基板材料成本支出，其它面板廠預料會陸續跟進，將會影響到TCP軟板材料（TAB）需求強度。

晶片上形成凸塊的方法

‧結線法

‧電解電鍍法

‧無電解電鍍法

‧Polymer凸塊

‧轉移凸塊法結線法

•以打線接合法將金線(25μm)以超音波接合在Pad上，再將金線切斷而形成凸塊(直徑50μm、稱為球形凸塊)。

•優點是重工容易、成本低廉、適用於各種不同的晶片設計。

•缺點是凸塊的球徑較大，無法細間距化，且凸塊的高度控制不易，再加上生產緩慢，因此極少採用此法。

銲線式晶粒接合技術

電解電鍍法

•在鋁墊表面上做亞鉛酸鹽(Zincate)處理，將Al與Zn更換後，再利用Zn與Ni的更換，形成無電解電鍍凸塊。

導電聚合物凸塊

•依凸塊材質特性不同，可區分為熱塑性、B-stage、和熱固性等三種，

•熱塑性凸塊不需要導電膠，加熱時凸塊本身會熔化，冷卻後凸塊和焊墊即接合在一起，因為它受熱會熔化，故重工方便。

•B-stage凸塊本身尚未聚合完成，亦無需印導電膠，加熱時發生聚合反應並完成接合。

•熱固性凸塊本身聚合力很強，受熱不會熔化，必須在基板焊墊上先印導電膠才能接合。

導電膠接合導電聚合物凸塊

•導電聚合物凸塊利用Polymer材料本身柔軟特性，與玻璃基板接合時，能吸收一部分凸塊高度平坦度需求，同時亦具有低成本的潛力。

•然此項技術的組裝可靠度仍待驗證，此外接觸組抗較高及是否可容忍高電流也是問題。

轉移凸塊法

•將晶片的鋁電極和凸塊形成用基板上的凸塊加以定位。

•然後將晶片和凸塊加熱和加壓，待形成金和鋁合金後，若提起晶片的話，凸塊形成用基板上的凸塊，就會在晶片的鋁電極上進行剝離和接合。•晶片是用加熱的接合工具，將其裏面加以吸著固定。接合時之設定溫度為430~480 o C，接合時間為0.2~0.5秒，當凸塊直徑為60μm時，加壓力為10~20克/凸塊。

轉移法形成凸塊的製程

接合方式

•利用低熔點的金屬作為接合與導通的材料，最典型的例子為Toshiba以In合金(i.e. 60In/40Sn之熔點為122o C)作為晶片上之凸塊和LCD的電極之界面材料

異向性導電膠

•不同構裝方式所用的ACF並不同，顆粒尺寸、組成、分佈密度、膠材材質等皆視產品別而定。•COG所用ACF之導電顆粒密度就比TCP高(約為TCP ACF的四倍)，這是因為COG以凸塊和玻璃基板接合，其接觸面積比TCP以引腳方式接合的面積要小，為了維持穩定的電性，單位面積之導電顆粒數必須提高。

•異向性導電膠使用網板印刷或點膠方式印至基板上，特別注意的是導電膠並非只在焊墊上而已，而是在基板和晶片的整個對應面上，將晶片對位置放並加熱、加壓使其固化後完成接合。

ACF之結合步驟

異向性導電膠

導電膠接合

‧導電膠(環氧樹脂+銀粒子)接合利用網板印刷將導電膠印到基板焊墊上，再將晶片對位置於基板上，加熱使其固化。

導電膠接合Au凸點(松下電器)

光硬化樹脂

•光硬化樹脂不導電

•利用樹脂固化收縮的特性，使得晶片上的凸塊和LCD玻璃線路緊密接合。

•接合密度最高，松下發展的微凸塊接合技術號稱接合間距最小10μm。

•缺點:凸塊與樹脂間熱膨脹係數不匹配問題，高溫下會造成導電不良甚至斷線。

Micro Bump Bonding 松下電器

COG製程須特別注意的因素

•凸塊的特性

•ACF的粒子

•ACF的黏結劑

•接合凸塊的面積與配置

•平坦度

•IC外形

•潔淨度凸塊的特性

•品質特性有高度、高度的變異性、硬度、表面形狀、表面粗糙度、材料強度、與尺寸大小，其中高度的變異性與硬度的高低更是COG接合品質良窳的關鍵。

•凸塊的特性直接決定粒子破裂狀況(接觸效果)，因而影響接著的電氣特性。

•玻璃基板的硬度高，若凸塊的硬度也高則施加較小的壓力即可把粒子壓破；反之，若硬度低則所需壓力就較高。壓力需要在ACF導電粒子硬度與凸塊硬度取得一個平衡值。

ACF導電粒子

•應注意導電粒子的種類、大小與數目。一般COG用的ACF的導電粒子數目約為TCP用ACF 的4倍。

ACF的黏結劑

•熱塑性與熱固性兩種。

•熱塑性樹脂的重工性較佳，但可靠度較差；熱固性樹脂之性質則相反。

•下表為可靠性測試的標準。

接合凸塊的面積

•接合凸塊的有效面積直接影響到接合阻抗，而凸塊間的距離與絕緣阻抗有關，因此對訊號傳遞的優劣有直接的影響。•ACF的粒子含有率應配合凸塊的面積作調整，ACF廠商對凸塊面積的建議值是2500 μm2以上(對應ACF粒子含有率為1萬個

/mm2) ，使每個凸塊平均接觸25個導電粒子。

平坦度

•包含凸塊、玻璃基板、壓著平台(Back-up Stage)、與壓著頭的平坦度，其中最難控制的是凸塊的平坦度與玻璃基板的平坦度。•目前的凸塊都有鍍金處理，但對於凸塊的鍍金表面很難進行檢驗與篩選。

•玻璃基板的平坦度在大尺寸的面板顯得更為重要，要在長距離維持一定的平坦度與克服玻璃基板本身的翹曲相對困難。

IC外形

•目前為了配合面板的狹額緣化，驅動IC外形趨向於高縱橫比，以節省額緣空間。•外形高縱橫比會使得IC在壓著過程中，因高溫而產生的熱膨脹效應變得更顯著；此外，加熱冷卻的過程產生應力殘留對產品品質有不良的影響。

潔淨度

•基板端子的潔淨度與壓合環境的潔淨度，都會影響到接著效果，特別是實際接著面積非常的小的時候，即使是很小的異物或污染出現在接合區域往往就造成壓合不良。

COG的遮光對策

•LCD的驅動IC對光具有光電效果，能量高的光射入LSI電路內會造成信號電荷外漏，導致誤動作，顯示文字黑化、串音等不良現象，可以採用遮光樹脂或膠帶以隔絕光線的影響。

COG製程應用在大尺寸面板的

困難點COG製程重工不易•COG製程因為產品良率較差、重工過程很容易造成面板報廢，在良率無法提昇的狀況下，對大尺寸的TFT-LCD面板製造將造成較大的成本浪費，所以應用在大尺寸面板較不適合。

•大尺寸的製程以TCP為主，而中小尺寸則以COG製程為主。

驅動IC裸晶不易檢驗

•如果不能在封裝前將不良的驅動IC檢查出來而組裝在玻璃面板，將會使模組的良率下降。

•這是COG模組製程良率無法提昇的一個重要因素。

材料成本比較

•COG是晶片直接貼附在玻璃基板上，材料成本較低。

•TCP依賴PI上的線路，材料成本較高。•COG玻璃額緣區域的需求可能在某些特殊尺寸造成玻璃利用率降低(可切割玻璃數減少) 。

設備成本

•兩者在組立前的製程機台幾無共用性，TCP的使用尚需多一台衝床，將TCP從封裝捲帶上沖切下來。

•COG的製程對於電極的潔淨度要求較高，清潔單元除了一般濕處理外可能需要選配超音波或

UV/O3，才能達到要求。

•COG製程可視設計將FPC與PCB的連接以銲接或連接器的形式作連結，較具彈性。