高精密薄膜車載導(dǎo)航觸控器件制程靜電防護(hù)控制探討

楊燁 許國(guó)棟

摘要：針對(duì)車載觸控器件的靜電擊穿現(xiàn)象進(jìn)行原因分析，并系統(tǒng)實(shí)施隔離這一靜電防護(hù)方法，有效降低了產(chǎn)品在生產(chǎn)制造過(guò)程中發(fā)生靜電擊穿的比例，進(jìn)而提高了產(chǎn)品的良率，以節(jié)約生產(chǎn)制造成本。通過(guò)對(duì)車載觸控器件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，將觸控器件發(fā)生靜電擊穿的典型區(qū)域分為視窗區(qū)橋點(diǎn)、觸控芯片及按鍵區(qū)走線。結(jié)合生產(chǎn)制造過(guò)程靜電產(chǎn)生與擊穿機(jī)理，以及貼膜、貼合過(guò)程觸控器件的狀態(tài)分析，得出需要對(duì)3個(gè)典型區(qū)域分別采取流程調(diào)整，增加高阻隔離層及高阻耗散膠皮等不同措施。通過(guò)引入高阻耗散隔離層的防靜電方法，將發(fā)生靜電擊穿的比例分別降低了5.6%、0.11%以及7.75%。這一結(jié)果說(shuō)明，在生產(chǎn)過(guò)程中，需要著重處理各個(gè)高阻耗散隔離細(xì)節(jié)，才能真正地降低，抑制和預(yù)防靜電擊穿的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：觸控器件;靜電擊穿;高阻;耗散;隔離層

中圖分類號(hào)：TN402???????????? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A??????? 文章編號(hào)：1009-9492（2021）12-0054-04

Discussion on Electrostatic Protection of High-precision Thin-film VehicleNavigation Touch Device during the Manufacturing Process

Yang Ye1，Xu Guodong2

（1. Guangdong Shantou Goworld Electronics Co.， Ltd.， Shantou， Guangdong 515065， China;

2. Shantou Goworld Display Technology Co.， Ltd.， Shantou， Guangdong 515065， China）

Abstract： The reasons for the electrostatic breakdown of vehicle touch devices were analyzed. Then the isolation method for electrostatic protection was systematically applied to effectively control the electrostatic breakdown and thus improve the yield of touch devices to save manufacturing costs. The breakdown phenomena were divided into the bridge point in view areas， the chip of touch and keypads by analyzing the structure of on-board touch devices. Combined with the static electricity generation and breakdown mechanism in the production process and the state analysis of touch devices in the film coating and bonding process， it was concluded that different measures such as process adjustment， adding high resistance isolation layer and high resistance dissipation rubber need to be taken for the three typical areas. The percentage of electrostatic breakdown in these three regionswere reduced respectively by 5.6%， 0.11% and 7.75%. The result indicates that， in order to effectively control the electrostatic breakdown，? should pay attention to each detail for high-resistance dissipation isolation during the whole manufacturing processes.

Key words： touch device; electrostatic breakdown; high resistance; dissipation; isolating course

0 引言

高精密薄膜電路觸控器件在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，憑借人機(jī)交互提供更流暢準(zhǔn)確的觸控體驗(yàn)，正逐漸往汽車電子領(lǐng)域滲透發(fā)展，并將成為車載觸控器件應(yīng)用的主流技術(shù)，產(chǎn)品應(yīng)用的環(huán)境異常嚴(yán)苛，需具備長(zhǎng)期應(yīng)用的可靠性及高度穩(wěn)定性。常見觸控器件分為電阻式觸控器件和電容式觸控器件兩種[1]。車載觸控器件按照不同結(jié)構(gòu)，主要分為內(nèi)嵌式和外掛式，目前市場(chǎng)主流為外掛式車載觸控器件。而靜電作為一種常見的自然現(xiàn)象，具有特定的規(guī)律，既有有利的方面，也存在嚴(yán)重的危害[2]。在電子行業(yè)中，靜電釋放（ESD）就是一定數(shù)量的電荷從一個(gè)物體（例如人體）傳送到另一個(gè)物體（例如芯片）的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程能導(dǎo)致在極短的時(shí)間內(nèi)有一個(gè)非常高的電流通過(guò)芯片，每年都因?yàn)殪o電釋放原因?qū)е麓罅慨a(chǎn)品報(bào)廢，因此必須充分認(rèn)識(shí)到靜電的危害，對(duì)其進(jìn)行有效地預(yù)防與控制[3-7]。針對(duì)汽車行業(yè)也有不少關(guān)于靜電擊穿導(dǎo)致大量產(chǎn)品報(bào)廢的相關(guān)報(bào)告[8-10]，例如有關(guān)于研究了靜電的人體模型對(duì)車載 LCD 設(shè)備的靜電耦合干擾機(jī)理，提出了車載 LCD 產(chǎn)品抗 ESD 性能的改善報(bào)告[11]。但關(guān)于車載導(dǎo)航觸控器件制程靜電擊穿導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢的相關(guān)報(bào)告有所欠缺。本文系統(tǒng)分析車載導(dǎo)航觸控器件在制程中發(fā)生的3種典型靜電擊穿情況，并提出相應(yīng)的防護(hù)控制手段。

1 車載導(dǎo)航觸控器件產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)流程介紹

外掛式車載觸控器件根據(jù)基板的不同大致分為2大類：（1）? G （glass）類產(chǎn)品，即薄膜電路做在 glass基板上; （2） F （film）類產(chǎn)品，即薄膜電路做在 film 基板上。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也是多種多樣，以 G類產(chǎn)品為例，其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有 P 蓋板+G 、G 蓋板+G 、OGS等。下面簡(jiǎn)單介紹一下 P 蓋板+G 中各類關(guān)鍵物料及其工藝流程。

組成 P 蓋板+G 類觸控模塊主要材料包括 glass sen? sor 、IC 、FPC 、P 蓋板、OCR ，光學(xué)功能膜，輔助材料為 ACF ，如圖1所示。其中 glass sensor為觸控器件的觸控部分，核心部件; IC為集成電路塊，執(zhí)行外部電路或者人機(jī)交換界面輸入的指令; FPC 為軟性電路板， IC 載體，觸控器件與主機(jī)接口;OCR為用于膠接透明光學(xué)元件（如sensor 、P 蓋板）的特種粘膠劑; P 蓋板為 cover lens 機(jī)殼上蓋板，面向客戶端，材質(zhì)通常為亞克力;光學(xué)功能膜為具有特定光學(xué)功能的膜材（如AR 等）; ACF （各向異性導(dǎo)電膜），主要由環(huán)氧樹脂膠和導(dǎo)電金球組成，具有上下導(dǎo)通，左右絕緣的特性，一般用于 Sensor 和 FPC的 Bonding。

P 蓋板+G 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的主要生產(chǎn)流程如圖2所示，合格 glass sensor進(jìn)入FOG 工序前，首先進(jìn)行光學(xué)功能膜貼附，貼附后的 glass sensor放入到高精密的FOG 邦定機(jī)中綁定;再接著完成與 P 蓋板、再檢查、包裝入庫(kù)。一個(gè) P 蓋板+G 類觸控模塊基本完成。

（1） 貼光學(xué)功能膜。將光學(xué)功能膜貼附在 glass sen? sor 上，俗稱軟貼硬，一般采用半自動(dòng)光學(xué)功能膜貼附機(jī)，采用的常溫大氣加壓貼附。

（2） 貼合。將 FPC bonding后的 glass sensor與P 蓋板貼合在一起，依據(jù)所用膠材的不同，目前有兩種常規(guī)貼合方式：一種為 OCA貼合，一種為 OCR貼合。OCR貼合工藝一般分兩步：第一步是將 OCR膠涂附在已 FPC bonding好的 sensor上，一般采用半自動(dòng) OCR涂附機(jī);第二步是將已涂好 OCR的 sensor與 cover lens貼合，俗稱硬貼硬，一般采用半自動(dòng)真空貼合機(jī)，生產(chǎn)過(guò)程中采用常溫真空加壓貼合，貼合后需要將產(chǎn)品放到除泡機(jī)進(jìn)行有效除泡。

2 靜電擊穿現(xiàn)象及其分類

靜電就是靜止的電荷。靜電的產(chǎn)生是由于電子在外力的作用下，從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體或者是受外界磁場(chǎng)的影響而產(chǎn)生的極化現(xiàn)象。其中，靜電放電是指具有不同靜電電位的物體互相靠近或直接接觸引起的電荷轉(zhuǎn)移（GB/T4365-1995）。而靜電的產(chǎn)生方式主要包含摩擦、剝離（圖3）、碰撞、流動(dòng)帶電、攪拌帶電、噴出帶電等。

車載觸控器件是通過(guò) ITO 線（Indium Tin Oxides）進(jìn)行電信號(hào)的傳輸，與 IC集成電路塊執(zhí)行外部電路或者人機(jī)交換界面輸入的指令;IC及 glass sensor作為車載觸控器件兩大主要部件。由于功能要求越來(lái)越多，電路設(shè)計(jì)愈來(lái)愈復(fù)雜，制程工藝的趨勢(shì)向密集度愈高的方向發(fā)展;高集成度、高線路精細(xì)化，對(duì)于絕緣層的耐擊穿能力提出更高的要求;同時(shí)對(duì)產(chǎn)品在生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)戎圃爝^(guò)程的靜電要求更加苛刻，管控好制造過(guò)程中的靜電對(duì)于保證產(chǎn)品質(zhì)量尤為重要。

產(chǎn)品靜電擊穿，即產(chǎn)品在生產(chǎn)制造過(guò)程中受到靜電的破壞，部分走線被擊穿從而喪失導(dǎo)電能力，使車載觸控器件功能失效或者部分功能失效。結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)制造過(guò)程出現(xiàn)靜電擊穿大致分為以下3類：（1） 橋點(diǎn)靜電擊穿，如圖4所示，屬于觸控器件 VA 區(qū)上橋點(diǎn)擊穿;（2） IC 靜電擊穿，如圖5所示，屬于高精密集成電路擊穿;（3）按鍵走線靜電擊穿，如圖6所示，屬于按鍵觸控功能走線擊穿。

3 靜電擊穿原因分析、改善措施及驗(yàn)證

防靜電方法主要包含如下3類：（1） 接地，接地就是直接將靜電通過(guò)一條導(dǎo)線的連接泄放到大地，如人員帶靜電手環(huán)接地、工作站臺(tái)/設(shè)備平臺(tái)接地; （2） 隔離，生產(chǎn)制造過(guò)程利用高阻耗散材質(zhì)平臺(tái)的靜電屏蔽方法來(lái)削弱外界靜電快速釋放對(duì)電子元件的影響，如靜電屏蔽袋、防靜電平臺(tái);（3） 中和，利用靜電消除設(shè)備，中和絕緣體上的靜電荷，如采用離子風(fēng)扇中和。

結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際及產(chǎn)品自身的特點(diǎn)和要求：人員與工作站臺(tái)/設(shè)備平臺(tái)的接地已完成，針對(duì)中和，采用離子風(fēng)扇，吹出形成一股正負(fù)電荷的氣流，將物體表面所帶電荷中和掉，以消除靜電。這兩種方法都已實(shí)施，那么，只能從隔離上著手改善。

3.1 VA區(qū)橋點(diǎn)靜電擊穿

VA 區(qū)橋點(diǎn)靜電擊穿（圖4），在橋點(diǎn)附近發(fā)現(xiàn)有靜電導(dǎo)入孔，現(xiàn)象如圖7所示。從這里靜電導(dǎo)入孔來(lái)看與貼膜平臺(tái)的真空孔相對(duì)應(yīng)。產(chǎn)生原因主要是貼正面膜時(shí)，撕膜過(guò)程產(chǎn)品產(chǎn)生靜電（圖3），通過(guò)貼膜鋼鐵材質(zhì)平臺(tái)與地連接導(dǎo)通。貼在平臺(tái)上黑色高阻耗散膠布需要破開小孔，以便開真空吸住，這就會(huì)導(dǎo)致電從真空孔導(dǎo)向產(chǎn)品的 VA區(qū)，而此時(shí)產(chǎn)品的 VA 區(qū)又無(wú)保護(hù)膜等高阻耗散材料隔離，導(dǎo)致 VA 區(qū)橋點(diǎn)被擊穿。

針對(duì)橋點(diǎn)靜電擊穿這種情況，采取高阻隔離的防靜電方法：在產(chǎn)品與貼膜鋼鐵材質(zhì)平臺(tái)真空孔增加一高阻耗散隔離層，通過(guò)生產(chǎn)制造流程調(diào)整來(lái)觀察 VA 區(qū)橋點(diǎn)靜電擊穿情況。流程調(diào)整如圖8～9所示。

試驗(yàn)后效果：當(dāng) ITO 面 VA 區(qū)有保護(hù)膜這類高阻耗散材料遮擋時(shí)，貼玻璃面膜不會(huì)出現(xiàn)靜電通過(guò)平臺(tái)小孔擊穿 VA 區(qū)橋點(diǎn)，對(duì)產(chǎn)品避免 VA 區(qū)橋點(diǎn)靜電擊穿發(fā)生比例比減少5.6%。

3.2 IC靜電擊穿

IC靜電擊穿（圖5），為載物臺(tái)與 IC之間無(wú)隔離層。靜電的存在主要可能是放置產(chǎn)品的載物臺(tái)，產(chǎn)品與載物臺(tái)間的摩擦起電、產(chǎn)品自身平移產(chǎn)生的靜電，導(dǎo)致電從產(chǎn)品的 IC 導(dǎo)向載物臺(tái)的地。為了驗(yàn)證這一猜想，做了如下一組實(shí)驗(yàn)： （1） 載物臺(tái)與 IC 之間無(wú)隔離層，如圖10所示;（2）載物臺(tái)與 IC 之間有高阻隔離層，如圖11所示。

試驗(yàn)后效果如表1所示，當(dāng)產(chǎn)品 FPC上的 IC與貼合治具/平臺(tái)之間有高阻耗散隔離層時(shí)，IC就不會(huì)被擊穿，對(duì)產(chǎn)品避免 IC靜電擊穿發(fā)生比例比減少0.11%。

3.3 按鍵區(qū)走線靜電擊穿

按鍵區(qū)走線靜電擊穿（圖6），在橋點(diǎn)附近發(fā)現(xiàn)有靜電導(dǎo)入孔，現(xiàn)象如圖7所示。從這里靜電導(dǎo)入孔來(lái)看與貼膜平臺(tái)的真空孔相對(duì)應(yīng)。產(chǎn)生原因主要是貼正面膜時(shí)，撕膜過(guò)程產(chǎn)品產(chǎn)生靜電，通過(guò)貼膜鋼鐵材質(zhì)平臺(tái)與地連接導(dǎo)通（圖3）。貼在平臺(tái)上黑色高阻耗散膠布需要破開小孔，以便開真空吸住，這就會(huì)導(dǎo)致電從真空孔導(dǎo)向產(chǎn)品的按鍵區(qū)，而此時(shí)產(chǎn)品的按鍵區(qū)又無(wú)保護(hù)膜等高阻耗散材料隔離，導(dǎo)致按鍵區(qū)走線被擊穿。

分兩次改善實(shí)驗(yàn)：（1） 高阻耗散膠紙遮擋住按鍵區(qū)真空孔;（2）貼膜平臺(tái)進(jìn)行改裝，將鋼鐵材質(zhì)轉(zhuǎn)換成高阻耗散材質(zhì)膠皮。第1次改善把原來(lái)按鍵區(qū)下真空孔（圖12）用高阻耗散膠紙隔離遮擋住（圖13）。通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比，采取措施后靜電擊穿不良品數(shù)量明顯大幅下降，貢獻(xiàn)率7.45%，如表2所示。

第2次改善對(duì)應(yīng)貼膜平臺(tái)進(jìn)行改裝，在原來(lái)鋼鐵材質(zhì)平臺(tái)上加裝高阻耗散材質(zhì)膠皮（圖14），通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，采取措施后靜電擊穿不良品沒(méi)有再發(fā)生，貢獻(xiàn)率0.3%，如表3所示。

4 降低和抑制靜電擊穿發(fā)生幾率的過(guò)程控制方法

根據(jù)以上的分析和驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)高精密車載觸控器件靜電擊穿問(wèn)題是有辦法進(jìn)行抑制、減緩和降低的。根據(jù)靜電擊穿發(fā)生的原理可以看出，預(yù)防導(dǎo)致靜電擊穿的3個(gè)方式：接地、隔離，中和;而其中高阻耗散隔離是本文預(yù)防靜電擊穿發(fā)生的關(guān)鍵。

（1） VA 區(qū)橋點(diǎn)靜電擊穿預(yù)防

在產(chǎn)品與貼膜鋼鐵材質(zhì)平臺(tái)真空孔增加一高阻耗散隔離層，來(lái)降低 VA 區(qū)橋點(diǎn)靜電擊穿情況。具體做法：通過(guò)生產(chǎn)制造流程將貼 ITO 面光學(xué)功能膜調(diào)整至貼玻璃面光學(xué)功能膜前，當(dāng) ITO 面 VA 區(qū)有保護(hù)膜這類高阻材料遮擋時(shí)，貼玻璃面膜不會(huì)出現(xiàn)靜電通過(guò)平臺(tái)小孔擊穿 VA 區(qū)橋點(diǎn)，對(duì)產(chǎn)品避免 VA 區(qū)橋點(diǎn)靜電擊穿發(fā)生比例減少5.6%。

（2）? IC靜電擊穿預(yù)防

在產(chǎn)品 IC與貼合鋼鐵材質(zhì)平臺(tái)增加一高阻耗散隔離層來(lái)降低 IC靜電擊穿情況。當(dāng)產(chǎn)品 IC與貼合鋼鐵材質(zhì)平臺(tái)有高阻耗散膠紙做隔離時(shí)，可避免貼合過(guò)程靜電從產(chǎn)品通過(guò)平臺(tái)與地導(dǎo)通，對(duì)產(chǎn)品避免 IC靜電擊穿發(fā)生比例減少0.11%。

（3） 按鍵區(qū)走線靜電擊穿預(yù)防

在產(chǎn)品與貼膜鋼鐵材質(zhì)平臺(tái)真空孔增加一高阻耗散隔離層，來(lái)降低按鍵區(qū)走線靜電擊穿情況。先通過(guò)對(duì)平臺(tái)真空孔進(jìn)行隔離，后再通過(guò)對(duì)貼膜平臺(tái)進(jìn)行改裝，在原來(lái)鋼鐵材質(zhì)平臺(tái)上加裝高阻耗散材質(zhì)膠皮，可避免貼膜過(guò)程靜電通過(guò)平臺(tái)真空小孔擊穿按鍵區(qū)走線，對(duì)產(chǎn)品避免 VA 區(qū)橋點(diǎn)靜電擊穿發(fā)生比例減少7.75%。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)生產(chǎn)制造過(guò)程中產(chǎn)品發(fā)生靜電擊穿的原因進(jìn)行分析，高精密車載觸控器件的靜電擊穿問(wèn)題可以得到有效控制。在已普遍實(shí)施的接地及中和的防靜電方法基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)隔離這一方法進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)施，能夠進(jìn)一步改善產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中受靜電破壞。其中，隔離的關(guān)鍵在于引入高阻耗散隔離層，阻斷常見靜電擊穿部位（可視區(qū)橋點(diǎn)、IC和按鍵區(qū)走線）電荷的快速轉(zhuǎn)移。通過(guò)高阻耗散隔離層的引入，能夠使得可視區(qū)橋點(diǎn)、IC和按鍵區(qū)走線的靜電擊穿發(fā)生比例分別減少5.6%、0.11%以及7.75%，從而提高產(chǎn)品在生產(chǎn)制造過(guò)程中的產(chǎn)品良率。為此，在生產(chǎn)過(guò)程中，需要著重處理各個(gè)高阻耗散隔離細(xì)節(jié)，并將預(yù)防靜電擊穿的指令執(zhí)行到位，才能真正地降低，抑制和預(yù)防靜電擊穿的發(fā)生。

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第一作者簡(jiǎn)介：楊燁（1973-），女，湖北武漢人，碩士研究生，工程師，研究領(lǐng)域?yàn)橐壕э@示與觸控技術(shù)開發(fā)。

（編輯：王智圣）