智能手機(jī)窄邊框技術(shù)發(fā)展概述與COP工藝設(shè)計(jì)改善

摘" 要：該文針對(duì)智能手機(jī)等電子產(chǎn)品中全面屏極窄邊框技術(shù)的發(fā)展歷程和核心問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)的概括和探討，從而進(jìn)一步尋找未來(lái)智能手機(jī)發(fā)展的突破點(diǎn)。從多個(gè)方面來(lái)進(jìn)行論述，提出一系列設(shè)計(jì)和工藝上的改進(jìn)與探索方法，首先從傳統(tǒng)的屏幕封裝方式入手，對(duì)比COG、COF、COP等模組工藝，又介紹現(xiàn)有工藝中的技術(shù)難題和提升方向，最后針對(duì)性地提出和總結(jié)針對(duì)柔性O(shè)LED屏幕的COP工藝設(shè)計(jì)提升的技術(shù)路徑和方案，特別是從彎折區(qū)金屬層疊應(yīng)力設(shè)計(jì)優(yōu)化、彎折區(qū)機(jī)械可靠性抗沖擊強(qiáng)度提升、無(wú)彎折半徑的全新工藝等方面提出設(shè)計(jì)解決方案，為極窄邊框顯示技術(shù)的發(fā)展指明方向。

關(guān)鍵詞：極窄邊框技術(shù);顯示技術(shù);Chip On PI（COP）;彎折區(qū);應(yīng)力設(shè)計(jì);抗沖擊強(qiáng)度提升;無(wú)彎折半徑

中圖分類(lèi)號(hào)：TN60" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2025）02-0167-04

Abstract： This article provides a detailed overview and discussion of the development process and core issues of the full-screen narrow-bezel technology in smartphones and other electronic products， in order to further identify breakthroughs for the future development of smartphones. The discussion is conducted from multiple aspects， and a series of design and process improvement and exploration methods are proposed. Firstly， starting from the traditional screen packaging method， the comparison of COG， COF， COP and other module processes is made. And then， the technical difficulties and improvement directions in existing processes are introduced. Finally， the technical path and solution for improving the COP process design for flexible OLED screens are proposed and summarized， especially from the aspects of bending area metal stacking stress design optimization， bending area mechanical reliability impact strength improvement， and new processes without bending radius. The design solutions are proposed for the development of extremely narrow frame display technology， which points out the direction for the development of this technology.

Keywords： extremely narrow frame technology; display technology; Chip On PI（COP）; bending area; stress design; impact resistance improvement; no bending radius

全面屏技術(shù)是智能手機(jī)近十年來(lái)發(fā)展的重要方向，對(duì)于各家手機(jī)制造商來(lái)說(shuō)，全面屏技術(shù)是產(chǎn)品迭代中不可或缺的一環(huán)，隨著“全面屏”時(shí)代的來(lái)臨，大量的研發(fā)項(xiàng)目集中在如何提升手機(jī)的屏占比上，而窄邊框的設(shè)計(jì)是提高屏占比最直接的技術(shù)手段，在窄邊框技術(shù)中，底部的尺寸壓縮由于不僅涉及手機(jī)中框設(shè)計(jì)和整機(jī)工藝組裝，還受顯示屏幕模組的設(shè)計(jì)與工藝等制約，導(dǎo)致了底部邊框尺寸始終要比頂部和左右側(cè)邊更寬，其提升難度也最大，從研發(fā)歷程上看，底部邊框從傳統(tǒng)的COG、COF等模組工藝，演進(jìn)到柔性O(shè)LED屏幕的COP工藝，已經(jīng)大大壓縮了邊框尺寸，但是由此也帶來(lái)了COP工藝導(dǎo)致的一系列技術(shù)難題和良率下降問(wèn)題[1]。本文將針對(duì)目前主流的COP工藝現(xiàn)有的技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行深入探討研究，提出針對(duì)COP技術(shù)的創(chuàng)新改善方案，更進(jìn)一步提升采用COP技術(shù)全面屏的質(zhì)量與良率，尋找智能手機(jī)全面屏發(fā)展的突破點(diǎn)。

1" 窄邊框技術(shù)的發(fā)展歷程對(duì)比與現(xiàn)有工藝問(wèn)題介紹

1.1" 屏幕的封裝技術(shù)——COG、COF、COP工藝的介紹與對(duì)比

傳統(tǒng)的COG（Chip On Glass）封裝技術(shù)，是將芯片Bonding（綁定）在玻璃背板上，驅(qū)動(dòng)玻璃背板上的顯示單元發(fā)光。COG產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，它有一塊LCD顯示屏加上IC及引線(xiàn)，采用各向異性導(dǎo)電膠（ACF）通過(guò)熱壓直接將IC綁定到LCD屏上。綁定后的整個(gè)模塊則還要通過(guò)柔性電路板（FPC）或金屬引腳與PCB板連接在一起。COF（Chip On Film）封裝技術(shù)，是將芯片Bonding（綁定）在FPC上，原本封裝在基板上的芯片便可以隨FPC向后翻折，底部空間得到提升。對(duì)于全面屏而言，基于COF的工藝相比于COG工藝可以進(jìn)一步提升顯示面積。下邊框尺寸極限可以由3.4～3.5 mm縮減至2.3～2.5 mm，產(chǎn)品性能提升效果顯著[2-3]。COF的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，通過(guò)將IC芯片Bonding（綁定）在FPC上，并把IC和FPC一并彎折到屏幕背面，縮減了一個(gè)IC厚度以及相關(guān)排線(xiàn)的距離，大約1.5 mm。盡管COF工藝技術(shù)已經(jīng)為全面屏的發(fā)展貢獻(xiàn)了極大的力量，但是針對(duì)柔性O(shè)LED屏幕，還有一種更有優(yōu)勢(shì)的技術(shù)——COP（Chip on Plastic/PI）封裝技術(shù)，這種技術(shù)則可以最大限度壓縮屏幕模組，利用柔性屏可以彎曲的特點(diǎn)，將屏幕的底邊彎曲，從而縮小邊框可以達(dá)到近乎無(wú)邊框的效果[4]。目前的主流手機(jī)品牌旗艦手機(jī)如榮耀Magic系列等均采用這種COP技術(shù)，使用維信諾等廠(chǎng)家柔性O(shè)LED屏幕并使用COP封裝工藝，因?yàn)槠浔嘲宀皇遣Ａ?，而是可彎折的聚酰亞胺材料，柔韌性很好，組裝好之后直接把背板向后一折就可，這使得下邊框尺寸進(jìn)一步縮小，COP封裝工藝的屏幕就能夠做到真正的底面極窄邊框[4]。圖1和圖2分別展示了3種工藝技術(shù)的邊框效果和截面結(jié)構(gòu)示意圖，可以看到COP對(duì)于全面屏的極窄邊框提升是巨大的。

1.2" 柔性O(shè)LED屏幕特有的COP技術(shù)工藝問(wèn)題介紹

COP（Chip on Plastic/PI）封裝技術(shù)盡管可以最大限度壓縮屏幕模組，縮小邊框達(dá)到近乎無(wú)邊框的效果。但是壓縮比率越高，隨之而來(lái)的也是更低的良品率，同時(shí)彎折部位的Panel Pad Bending區(qū)域相較FPC更為脆弱，受碰撞或擠壓等不可避免的機(jī)械沖擊場(chǎng)景的影響，顯示面板的Pad Bending彎折區(qū)很容易出現(xiàn)裂紋，導(dǎo)致異顯、亮線(xiàn)、觸摸失效等性能不良[5-6]。如圖3實(shí)例所示，彎折區(qū)的Data信號(hào)線(xiàn)路受損后，會(huì)導(dǎo)致屏幕出現(xiàn)貫穿式的豎向亮線(xiàn)。那么如何提升COP技術(shù)的工藝良率和產(chǎn)品抗沖擊可靠性，COP技術(shù)下一步的發(fā)展趨勢(shì)該怎么進(jìn)行，就成為如今從業(yè)者們探討的核心問(wèn)題。

2" 解決方案

本章節(jié)內(nèi)容根據(jù)屏幕產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)以及現(xiàn)有工藝問(wèn)題，提出和總結(jié)了一些針對(duì)全面屏和COP工藝設(shè)計(jì)的技術(shù)路徑和方案，進(jìn)行進(jìn)一步的探討。主要從彎折區(qū)金屬層疊應(yīng)力設(shè)計(jì)優(yōu)化、彎折區(qū)抗沖擊強(qiáng)度提升、無(wú)彎折半徑的全新工藝等幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行探討。

2.1" 彎折區(qū)金屬層疊應(yīng)力設(shè)計(jì)優(yōu)化

如圖4所示，這是目前主流的彎折區(qū)設(shè)計(jì)方式，主要分為：基底層203、第一有機(jī)樹(shù)脂層204和第二有機(jī)樹(shù)脂層206、金屬走線(xiàn)層205，其中第一、第二樹(shù)脂層分別覆蓋在金屬層上下表面用于保護(hù)金屬防止其氧化腐蝕，提升顯示器件的機(jī)械可靠性和環(huán)境可靠性。盡管這是目前主流的設(shè)計(jì)方式，但是在彎折的過(guò)程中，與顯示區(qū)域保持通信的金屬走線(xiàn)層由于承受較大的彎折應(yīng)力，非常容易產(chǎn)生微裂紋甚至發(fā)生斷裂，進(jìn)而影響屏幕的顯示效果，增加顯示器件的光學(xué)顯示失效幾率[7]。

因此，針對(duì)COP工藝優(yōu)化的重點(diǎn)內(nèi)容便是構(gòu)建各種提升彎折區(qū)良率的設(shè)計(jì)方式，其中一個(gè)方向是在彎折區(qū)設(shè)計(jì)添加保護(hù)層，如圖5所示，A區(qū)域?yàn)樾略霰Ｗo(hù)層，保護(hù)層用于保護(hù)圖5中的金屬走線(xiàn)205，保護(hù)層的合理設(shè)置使得金屬走線(xiàn)能夠在彎折后更靠近應(yīng)力中性層，降低金屬走線(xiàn)承受的應(yīng)力，因此能夠降低金屬走線(xiàn)在彎折時(shí)因承受應(yīng)力過(guò)大而發(fā)生斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。保護(hù)層可以根據(jù)金屬層的厚度、COP模組的彎折半徑以及仿真模擬等的應(yīng)力集中區(qū)域來(lái)進(jìn)行材質(zhì)和圖形化的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，從而達(dá)到最良好的保護(hù)效果。如圖5所示，在彎折區(qū)和臨近彎折區(qū)的通信線(xiàn)路下增加一層A區(qū)域金屬線(xiàn)路，一方面可以提升彎折區(qū)的韌性，另一方面也可以?xún)?yōu)化和釋放彎折過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力集中現(xiàn)象。

2.2" 彎折區(qū)抗沖擊強(qiáng)度提升—PI填充彎折半徑

除了上述的從屏幕內(nèi)部布局布線(xiàn)改善彎折區(qū)不良特性外，從屏幕的模組工藝入手，也有可以提升的方法，本小節(jié)介紹的是PI（聚酰亞胺）填充彎折區(qū)半徑，提升顯示器件抗沖擊強(qiáng)度的設(shè)計(jì)，通過(guò)圖3所示可以看到，彎折區(qū)出現(xiàn)裂紋很大一部分原因是與中框及其附屬填縫膠等干涉導(dǎo)致，尤其在機(jī)械可靠性測(cè)試中，手機(jī)處于動(dòng)態(tài)位移狀態(tài)，彎折區(qū)的金屬線(xiàn)極容易受到擠壓而變形，如果一味增加COP弧頂與手機(jī)中框的間隙雖然可以避免二者碰撞的幾率，但是會(huì)增加窄邊框的寬度，無(wú)法實(shí)現(xiàn)極窄邊框的設(shè)計(jì)要求。從另一角度分析，如果增加圖6中的填充工藝用來(lái)填充彎折區(qū)，則可以極大提高Pad Bending彎折區(qū)的抗形變能力和動(dòng)態(tài)位移時(shí)的耐擠壓穩(wěn)定性，從而進(jìn)一步降低顯示器件的失效比率?？紤]到具體的實(shí)施工藝，例如可以采用先涂布低流動(dòng)性的液態(tài)黏液材料，再進(jìn)行彎折的動(dòng)態(tài)步驟，最后對(duì)其進(jìn)行固化。

2.3" 真正的無(wú)彎折半徑設(shè)計(jì)：雙面布線(xiàn)“爬墻”工藝

前面介紹了幾種提升顯示器件失效良率的技術(shù)方法，都是建立在存在彎折區(qū)基礎(chǔ)上的，而目前主流廠(chǎng)商的設(shè)計(jì)大趨勢(shì)都是優(yōu)化工藝縮小彎折半徑的尺寸，從而獲得更高的屏占比和無(wú)邊框的視覺(jué)效果[8-9]。但是現(xiàn)有技術(shù)工藝路線(xiàn)存在技術(shù)上限，彎折半徑也不可能做到無(wú)限縮小還能保持金屬布線(xiàn)應(yīng)力穩(wěn)定和良率穩(wěn)定。所以，必須開(kāi)發(fā)一種全新的工藝路線(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)真正意義上的“0”彎折半徑，在剛性屏幕等玻璃基材料上，這方面的探索已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)步，具體的技術(shù)路徑如圖7所示，將傳統(tǒng)的單面鍍膜曝光刻蝕版圖并Bonding FPC后彎折FPC的工藝改為雙面鍍膜工藝，并在側(cè)面進(jìn)行走線(xiàn)“爬墻”工藝，然后在背面進(jìn)行FPC與IC等驅(qū)動(dòng)器件的Bonding，這種方式真正實(shí)現(xiàn)了極窄下邊框、無(wú)彎折半徑的需求。盡管這種工藝的優(yōu)點(diǎn)非常巨大，但是實(shí)現(xiàn)這種技術(shù)的量產(chǎn)，對(duì)工藝、設(shè)備、良率的挑戰(zhàn)都非常巨大，一些低分辨率的顯示產(chǎn)品已經(jīng)開(kāi)始嘗試這種優(yōu)點(diǎn)突出的工藝，但是高分辨率的手機(jī)屏幕想要實(shí)現(xiàn)這種工藝還存在著巨大的困難，如何克服這一道道技術(shù)難題是從業(yè)者們未來(lái)的使命和新的挑戰(zhàn)。

具體來(lái)說(shuō)，圖8中示意了圖7截面設(shè)計(jì)中圓圈部位的放大圖，從圖8中可以看到，顯示面板的正面和背面均有鍍膜曝光刻蝕形成的金屬通信線(xiàn)路Pad，而雙面布線(xiàn)的核心在于正背面之間的金屬線(xiàn)路“爬墻”將兩面的金屬通信Pad連接起來(lái)，圖8中給出了一種最基本的設(shè)計(jì)示意，221為承載基板，在其上分別設(shè)置底部保護(hù)層220、通信功能層金屬布線(xiàn)219、頂部保護(hù)層218，這種設(shè)計(jì)方式直接規(guī)避了屏幕正面Bonding、柔性屏幕Bonding后進(jìn)行彎折的工藝，真正做到了顯示模組“0”邊框、金屬布線(xiàn)“0”應(yīng)力，可以從源頭上規(guī)避顯示屏橫豎亮線(xiàn)的顯示失效問(wèn)題，是未來(lái)極窄邊框技術(shù)發(fā)展的一種方向和路徑，目前的低分辨率玻璃基LED大屏，剛性玻璃基OLED產(chǎn)品都已經(jīng)開(kāi)始探索這種工藝，雖然現(xiàn)在的工藝能力很難做到將這種設(shè)計(jì)應(yīng)用于手機(jī)等高分辨率柔性O(shè)LED顯示器件上，但是相信隨著未來(lái)的工藝技術(shù)能力提升，這種設(shè)計(jì)的應(yīng)用面一定會(huì)不斷拓展，進(jìn)而會(huì)給全面屏極窄邊框技術(shù)的實(shí)現(xiàn)帶來(lái)顛覆性的進(jìn)步。

3" 結(jié)束語(yǔ)

本文探討了智能手機(jī)等電子產(chǎn)品中全面屏極窄邊框技術(shù)的發(fā)展過(guò)程與當(dāng)下面臨問(wèn)題，從多個(gè)方面來(lái)進(jìn)行了論述，提出了一系列設(shè)計(jì)和工藝上的改進(jìn)與探索方式，首先從傳統(tǒng)的屏幕封裝方式入手，過(guò)渡引出COP工藝中的現(xiàn)有技術(shù)難題和提升方向，有針對(duì)性地提出和總結(jié)了針對(duì)全面屏和COP工藝設(shè)計(jì)的技術(shù)路徑和方案，特別是從彎折區(qū)金屬層疊應(yīng)力設(shè)計(jì)優(yōu)化、彎折區(qū)抗沖擊強(qiáng)度提升、無(wú)彎折半徑的全新工藝方面提供了設(shè)計(jì)解決方案，為極窄邊框顯示技術(shù)的發(fā)展指明了方向。

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第一作者簡(jiǎn)介：李晨（1992-），男，碩士，助理工程師。研究方向?yàn)殡娮釉骷c材料。

*通信作者：李陽(yáng)（1998-），男。研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)。