液晶显示屏热压纸连接失效4M1E分析与改善

摘 要:文章针对液晶显示屏因热压纸连接失效导致的缺显示原因进行分析,并提出相关改善预防措施。

关键词: 热压纸;PCB;失效;腐蚀。

中图分类号:TN141.9 文献标识码:B

4M1E Failure Analysis to HSC Connection and Improved Actions

I Yan-li, CHEN Xian-sheng

(Shantou Goworld Display Co., Ltd., Shantou Guangdong 515041, China)

Abstract: AThis paper introduces a failure analysis to connection between HSC and PCB and the improved and prevent actions.

Keywords: hest seal connector; PCB; failure; corrosion

引 言

热压纸(又称导电纸、斑马纸,英文名为heat seal connector,简称HSC),以热压粘接的方式将液晶显示器(LCD)和电路板(PCB)等连接起来,以其轻量化、小型化、薄型化的特点,广泛用于计算器、电话、遥控器、电子医疗器械等仪器设备上。

为验证使用不同类型的PCB板与热压纸对连接端可靠性的影响,我司选取了几组不同类型的PCB和热压纸制作成液晶显示模块,并安排了相应的环境试验。

本文针对试验后液晶显示屏出现失效(缺显示)的模块,从4M1E的角度分析其失效原因以及相应的改善措施。如图1所示。

1 不良原因分析

1.1热压纸导电原理

热压纸是由基底薄膜、碳引线、树脂胶水混合导电颗粒构成,当对热压纸加热加压后,热压纸上的树脂胶水熔化填充在PCB的金手指表面以及金手指间的缝隙中,实现热压纸与PCB的物理 金手指接触,实现电气连接作用。

1.2 不良现象确认

由图1的缺显位置,确认缺显示均对应LCD的COM走线,而与COM走线对应的连接方式为热压纸连接,热压纸分别与LCD和PCB连接,实现两者间的电气导通。分别观察热压纸与LCD和PCB热压部位,LCD端的热压部位并未发现异常,对LCD端的热压纸做拉力测试,确认仍在合格范围内,因此,首先排除不良是由于热压纸与LCD连接端失效所导致。与此同时,发现PCB热压部位的热压纸已经明显变黄,如图2所示,说明热压纸上的树脂胶水已经老化,用万用表测量LCD玻璃走线与PCB上对应同一条金手指间的连接电阻,发现明显大于正常连接的连接电阻范围,说明热压纸与PCB间的连接已经出现松动,对PCB端的热压纸做拉力测试,确认低于标准要求。

下面,从质量管理中的人、机、料、法、环(4M1E)五个方面对该问题做进一步分析。

1.2.1 人

热压纸与PCB的连接主要是依靠热压邦定机的加热加压来实现,过程中生产人员只要按照规定的工艺参数进行设定和操作,那么人的因素相对影响较小,故此点不做进一步讨论。

1.2.2 机

热压纸是依靠热压邦定机的加热加压,从而实现与PCB的结合。热压所用的机器在生产前已经经过生产工艺的平整度、温度测试,排除机器不良因素。

1.2.3 料

热压纸与PCB本身材料的性能状态关系到连接的可靠性。

(1)清除PCB金手指上的热压纸残留后,在显微镜下观察金手指表面,发现不良品金手指表面存在密密麻麻的斑点状现象,如图3所示。进一步对不良品的PCB金手指表面进行SEM分析(仪器:岛津Shimadzu SSX-550),发现PCB金手指表面存在大大小小的凹坑,金手指表面出现了孔蚀现象,如图4所示。

进一步分析,从PCB板金手指的切片图可以看出(如图5所示),金手指铜层是直接暴露在外的,铜与空气中的氧气、二氧化碳和水等物质反应,能够生成铜绿,又称铜锈(Cu2(OH)2CO3),尤其是当空气中含有腐蚀性气体,如二氧化硫(SO2)、硫化氢(H2S)时,铜更容易被腐蚀,从而导致电接触失效,影响连接的可靠性。

(2) 对不良品上的热压纸进行EDX分析,发现热压纸上存在有氯(Cl)元素,氯的化学性质较活泼,几乎能与其它任何元素化合,尤其在有水的条件下,更是能够生成带有腐蚀性的氯化氢(HCl),从而影响连接的化学稳定性。如图6所示。

1.2.4 法

在对热压纸热压的生产过程中,涉及到温度、压力以及时间参数的设定,本试验对几组试验品的热压工艺条件是完全一致的,且符合热压纸生产厂家定义的使用参数范围要求。同时,生产过程中的对热压纸的拉力测试记录,经确认也在合格范围内。因此,排除因热压工艺参数设定错误造成的热压不良因素。

1.2.5 环

为模拟实际的复杂使用环境,在某组样品的环境试验中加入了SO2、H2S等腐蚀性气体。腐蚀性气体对除了金等贵金属外的金属都有较强的腐蚀作用。从试验结果看,试验中加入腐蚀性气体的模块出现了如图1所示的不良现象。

对不良品PCB与热压纸连接端的切片分析同时发现,在PCB金手指两边的树脂胶水明显发黄,且与金手指侧面产生了明显的空隙,说明两者之间的结合性已经大大下降。如图7与图8的对比图。

2 结论

综上所述,导致热压纸与PCB连接失效的原因如下:

(1)金手指在含二氧化硫、硫化氢等腐蚀性气体的环境中,铜容易氧化腐蚀,进而导致与热压纸树脂胶水的有效接触;

(2)试验样品中热压纸含有氯,如果氯与热压纸本身的其它物质不能有效化合,释出的氯容易与水汽化合,生成带有腐蚀性的氯化氢,影响连接的可靠性。

3 改善预防

(1)对PCB金手指进行有效覆盖,最大程度地保护了基底铜材料不被腐蚀,从而避免对热压纸树脂胶水的影响;

(2)采用无氯型的热压纸;

(3) 提高热压纸与PCB金手指端的热压温度,使熔化的树脂更好地填充到金手指间的间隙中。

作者简介:李衍利(1982-),男,广东汕头人,工程师,2005年毕业于广东技术师范学院电子信息工程系,现就职于汕头超声显示器有限公司,主要负责液晶显示模块的质量控制工作。E-mail:。