Ag對TDDI結構電容值的影響研究

合肥京東方顯示技術有限公司 占小奇 錢志禹 李艷平 孫 勇 陳 平 陳徐通 賈博超

Ag對TDDI結構電容值的影響研究

合肥京東方顯示技術有限公司 占小奇 錢志禹 李艷平 孫 勇 陳 平 陳徐通 賈博超

本文主要研究了Ag（銀）膠涂覆對TDDI結構的電容值的影響，Ag膠的主要作用是導通CF層與TFT層(ITO)防止靜電產生，避免靜電累積在Cell盒內導致畫面顯示異常。研究表明Ag膠易滲入到Cell盒內與BM接觸，使BM與外圍的GND接地，與COM形成壓差，導致電容值偏大。本研究為后續優化Ag膠工藝，控制Ag膠的大小及位置提供參考方向。

TDDI；Ag；電容值

1 背景

手機和平板電腦目前是觸控最大的市場。目前觸控和顯示用得最多的是分立式的觸控、分立式的顯示驅動器?，F在有觸控傳感器集成的模式，包括SLOC(單層多點外嵌式)以及In-Cell內嵌式[1]。目前國內已經開發并量產的觸控技術大多都是自電容和互電容分立的，與國外比沒有任何技術優勢，且制作工藝水平不高[2]。國內的液晶面板廠商已經開始積極探索新的觸控技術，如京東方已經成功開發量產TDDI觸控技術，并對外提供面板產品。

TDDI即觸控與顯示驅動器集成（Touch Display Driver Integration）。目前智能手機的觸控和顯示功能大都是由兩塊芯片獨立控制，而TDDI最大的特點是把觸控芯片與顯示芯片整合進單一芯片中。TDDI最早由人機界面廠商Synaptics所提倡，并于2015年3月推出針對手機和平板電腦的TDDI解決方案，成為全球首個TDDI產品[3]。

TDDI帶來的是一種統一的系統架構，原有的系統架構因為顯示與觸控芯片是分離的，這可能會導致一些顯示噪聲的存在，而TDDI由于實現了統一的控制，在噪聲的管理方面會有更好的效果[4]。

TDDI系統觸控技術FIC (Full In Cell)產品相比SLOC，無需專門制作sensor，無SLOC工序 loss。DDI與TDI集成，無需進行T-FPC Bonding，Panel相比SLOC可以更薄(0.4T以下)。無T-FPC，TLCM厚度堆疊Margin更大。

相對的，由于DDI與TDI集成，TDDI結構的Touch Sensor信號與LCD信號易發生相互干擾，這些都對電容值不良產品的分析工作帶來了困難。本文將以京東方生產的5.0TDDI產品為研究對象，重點分析其生產工藝過程中的造成電容值不良的原因以及分析其不良原理，為后續TDDI結構的觸控技術的發展提供理論支持。

2 電容結構與測試方法

2.1 電容結構

本文研究的5.0TDDI產品采用自容式In Cell Touch結構，其結構圖見圖1。所謂自電容，即在玻璃表面用ITO(一種透明的導電材料)制作成橫向與縱向電極陣列，這些橫向和縱向的電極分別與地構成電容，這個電容就是通常所說的自電容，也就是電極對地的電容。

圖1 5.0TDDI自容式In Cell Touch結構圖

當手指觸摸到電容屏時，手指與電極間會感應成一個耦合電容CF，手指的電容CF將會疊加到屏體電容上，使屏體電容量Cs增加。在觸摸檢測時，自電容屏依次分別檢測橫向與縱向電極陣列，根據觸摸前后電容的變化，分別確定橫向坐標和縱向坐標，然后組合成平面的觸摸坐標。自電容的掃描方式，相當于把觸摸屏上的觸摸點分別投影到X軸和Y軸方向，然后分別在X軸和Y軸方向計算出坐標，最后組合成觸摸點的坐標。圖2為手指觸摸后屏體電容量變化原理圖，其中：

式中：Cs為Sensor感應電容；Cp為寄生電容；CF為耦合電容；S為接觸面積。

圖2 手指觸摸后屏體電容量變化原理圖

此種自容式結構走線較少，觸控信號好，制程相對簡單，成本相對較低，且信噪比較高(最大為50db)，只有一個FPC，產品易減薄。

自容式檢測結構主要適應于：①軸坐標式觸控感應檢測；②檢測每個感應單元的電容(CP)變化；③當有手指觸摸時，感應單元電容增加；④激勵和感應的是同一個感應單元。

2.2 測試方法

針對5.0TDDI產品的電容值測試，本研究中采用的新思廠商開發的一款軟件測試電容值，其測試界面以及測試內容見圖3。其中第3項測試Raw Capacitance Test為測試屏體電容值Cs， 即測試Sensor層中Tx與Rx走線相交節點的電容值。每個節點電容值均設定有一個規定的域，電容值的結果不能分布在規定的域的外圍之外，否則測試軟件就會報警，顯示對應的節點位置電容Fail。圖4為圖3中Raw Capacitance Test測試項Fail的對應電容值信息。從圖中可以看出顯示紅色區域即為電容值不良的對應節點，其每一個不良節點的電容值均超出其規定的域之外。

圖3 測試軟件界面及測試內容

圖4 圖3中對應的電容值不良信息

3 電容不良及原因分析

本研究中5.0TDDI產品的電容值不良主要為屏體電容值Cs不良，即Sensor層中各節點電容值出現偏大或偏小，超出規定的域導致觸摸不良。而在本研究中，屏體電容值不良主要集中在屏的DP側拐角及DPO側，均為對應處的電容值偏大不良，不良率約3%。

為分析不良產品電容值偏大的原因，本研究選取了四組不良樣品，分別標記為a、b、c、d。在分析過程中，主要從以下幾個方面對電容值不良產品進行分析：

（1）首先實驗選擇電容值不良樣本a, 不良現象見下圖5。將不良產品的Ag膠點去除干凈，再測量容值狀態，發現拐角點容值可恢復正常，見圖6。

圖5 不良樣本a電容值偏大不良

圖6 不良樣本a銀膠點去除干凈后的電容值測量結果

從圖6中可以看出，不良樣本的Ag膠點去除后，不良位置點的電容值由4.454降低到2.328，容值恢復正常，測試結果顯示Pass。由此可推斷出該電容值不良與Ag膠存在相關性。

（2）為進一步確認容值不良與Ag膠相關性，選取相同不良現象樣本b，不良圖片見圖7。并將不良品b Ag膠點的GND走線切斷Floating后測量，測試結果顯示異常點容值可恢復正常，見圖8。

圖7 不良樣本b電容值偏大不良

圖8 不良品b銀膠點的GND走線切斷Floating后測量結果

從圖7和圖8可以看出，不良品b Ag膠點的GND走線切斷Floating后測試的電容值恢復正常，異常點電容值由4.013降低到1.631。

（3）取C號不良樣品，不良照片如圖9，異常點電容值位于左下角，電容值偏大，約為3.070。實驗時先將Ag去除，然后對Ag點位置CF翹角，并塞入絕緣膜片，重新測量電容值發現左下角拐角容值可恢復正常，見圖10。

圖9 不良樣品c左下角拐角電容值偏大

圖10 不良樣品c銀膠點位置CF翹角后測量結果

從圖9和圖10對比可以看出，對C樣品去除Ag膠后，再將不良位置CF翹角，并塞入絕緣膜片，測試結果顯示異常點電容值由3.070降低為1.991，拐角處容值恢復正常。

圖11 從側邊塞入膜片后，將Ag逐漸往Cell外頂出以及涂Ag后電容值變化

（4）為進一步分析與Ag膠的關聯性，設計以下四組對比驗證試驗：

①取不良樣品d，不良點位置位于左上角拐角，不良照片見圖11(a)，不良點電容值偏大，測試為5.128。首先不去除Ag膠點，直接將Ag膠點位置CF翹角，不塞入絕緣膜片，測量發現拐角容值不變，未恢復正常，見圖11(b)；

②對不良樣品d，將Ag膠點位置CF翹角，從側邊塞入絕緣膜片，但未觸及Ag，測量發現拐角容值不變，未恢復正常，見圖11(c)；

③將不良樣品d Ag膠點位置CF翹角，從側邊塞入絕緣膜片，并將Ag逐漸往Cell外頂出，測量不良點電容值降低為1.87，拐角容值逐漸恢復正常，見圖11(d)；

④在逐步③的基礎上，將Ag進一步往Cell外頂出，測量不良點電容值進一步降低為1.66，且電容值顯示正常，見圖11(e)；

⑤對于上一步已恢復正常的樣品d，重新涂Ag，使其滲入Cell（不影響Array），再次測試發現拐角處電容值增大，且不良點電容值增大到3.45，不良再次發生，見圖11(f)；

⑥將Ag膠進一步往Cell內滲入，再測試發現對應的拐角處電容值進一步增大，且不良點電容值由3.45增大到5.128，見圖11(g)

圖11為上述實驗過程中，拐角處電容值的變化情況。

4 不良發生機理

圖12 TDDI結構的Sensor層結構圖

圖12為TDDI結構的Sensor層結構圖，其觸控原理：1）觸控階段，TX加載modulation信號（80K～180KHZ高頻方波），與此信號不同步的金屬電極都會和Sensor間形成負載電容（BM方阻在M?級別，高頻下，BM材料內電荷無法區域間流動，只會局部極化，因此把BM視為電介質）；2）負載電容包括C、C1和C2三部分：①C為Sensor與AA區內array pattern之間形成的電容；②C1為Sensor與無限遠處大地之間形成的電容；③C2為Sensor與panel周邊GND（直流GND信號）之間形成的電容；3）C1導致所有Sensor容值整體同步增加；C2導致周邊Sensor容值偏大。

當拐角處涂覆的銀膠滲入到Cell中與BM接觸，使BM與外圍的GND接地，與COM形成壓差，導致BM與Sensor層之間形成感應電容，因此拐角處的電容值增大。因此當不良樣本的Ag被膜片逐漸頂出Cell外后，BM與銀膠接觸斷開，拐角處電容值恢復正常。

5 結論

從5.0TDDI 的生產工藝來看，在TDDI結構中，銀膠的涂覆工藝對TDDI結構Sensor電容值不良具有顯著影響。當銀膠涂覆量偏大或者涂覆位置偏移時，銀膠易滲入到Cell盒內與BM區接觸從而導致Sensor測試時對應的拐點處電容值偏大，因此在生產工藝中對銀膠涂覆的管控顯得尤為重要，需要優化銀膠工藝，控制銀膠的大小及位置，以及控制銀膠的滲入或者是想辦法改變設計減小BM的大小，使得銀膠與BM接觸機會變小，以減小寄生電容的影響。

[1]手機和平板電腦觸控市場大,汽車觸控興起,未來會有新型人機界面[J]．電子產品世界,2014,12．

[2]張晉芳．觸控與顯示驅動集成中的關鍵問題研究[J]．北京交通大學,2017,04．

[3]Synaptics Announces World’s First Touch and Display Driver Integration(TDDI)Single-Chip Solutions for Smartphones and Tablets．Synaptics,201,03．

[4]真正的“狼”來了 顯示觸控(TDDI)技術遷移史[OL]．今日頭條,2015,09．