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打破大陆市场空白！详细解析COF封装技术

在选择智能手机、PC显示器和智能电视 ， 你优选的条件有哪些？刷新率更快、屏幕更柔性、屏占比更高……屏幕就像一张随时要拿来看的照片 ， 不断被“美颜” 。实际上 ， 伴随着芯片技术和软件的发展 ， 只有感官上更好地被看到 ， 才能不辜负这一切的努力 。
144Hz、240Hz逐渐步入了主流市场 ， 显示开启了新一轮的高刷新率之战 。事实上 ， 除了这项参数 ， 越来越多的极客对于屏占比的需求愈来愈高 。
在追求屏占比的过程之中 ， 屏幕“从硬逐渐偏软” ， 赋予了屏幕更大的折叠、弯曲空间 ， 也为全面屏的道路铺上了一条罗马大道 。但在这背后 ， 屏幕封装工艺却如同一只“魔棒” ， 拥有使手机额头和下巴收紧、屏幕边框变窄的神奇功效 。
21ic中国电子网曾报道 ， 上达电子江苏邳州COF项目于9月11日正式投产 ， 而COF封装（卷带式薄膜覆晶）技术长期以来一直被日韩等企业掌握 ， 对于国内来说是一处短板 。通过本次投产 ， 填补了国内本土的一处空白 ， 也会为显示行业带来成本上的普惠 。
对于大部分工程师来说 ， 或许对这项封装技术并不太熟悉 ， 以下便从技术、优势、生产上讲述COF封装的故事 。
屏幕封装技术的“三分天下”
需要引起注意的是 ， 无论是LCD还是OLED屏幕 ， 从来都不只是单纯的一块屏幕 。为了让屏幕“点亮” ， 需要将屏幕连接显示驱动IC、FPC排线 。驱动IC主要是控制液晶层电压从而控制每个像素亮度 ， FPC是充当显示模组和主板的连接载体 。
目前主流的屏幕的封装工艺主要有三种 ， 分别为COG、COF、COP 。具体来说 ， 有以下特点：
图1：三种封装技术对比
1、COG（Chip On Glass）：这是最传统的封装方法之一 ， 技术门槛低、成本低 ， 是屏幕最常用技术 。从英文上也可以看出 ， 这种方式的封装是将IC芯片、FPC排线放置在屏幕的背板玻璃上 。但由于IC芯片就在LCD的正下方 ， 挤压了相当大部分的屏幕空间 ， 因此不可避免地产生了“下巴” 。
2、COF（Chip On Film）：实质上来说 ， 相当于COG的升级版 ， 也是现在屏幕转型的关键 。主要原理是将显示驱动IC芯片置入柔性的FPC排线中 ， 再利用FPC本身的特性翻折至屏幕下方 。具体来说 ， 透过热压合 ， IC芯片的金凸快（Gold Bump）和软性基板电路上的内引脚（Inner Lead）将进行结合（bonding） 。由于IC芯片所占用的空间被释放 ， 所以一般来说至少能够减少1.5毫米的下边框宽度 。
3、COP（Chip On Pi）：属于边框减少最多的工艺 ， 但需要强调的是这种工艺的前提是应用柔性的OLED屏幕 ， 利用柔性OLED本身的弯曲特性将排线和IC全部弯折至屏幕下方 。当然OLED也是分为硬性屏幕和柔性屏幕两种 ， 使用这种技术必须使用COP封装技术+柔性OLED的组合 。但本身这项技术仍然还有成本较高、良品率低的缺点 。
图2：通过排线和IC减少下巴长度
纵观整个屏幕封装市场 ， 显示屏逐渐从18:9转向19:9和20:9演进 ， 显然更窄的COF和COP更适应未来的窄边框的高占屏比需求 。
从市场方面来讲 ， COG封装技术主要集中在中小型尺寸 ， COF封装技术主要集中在中大型尺寸 ， COP封装技术受制于柔性OLED并且也主要集中在中小型尺寸 。
为什么江苏上达选择的是COF封装？江苏上达电子总经理沈洪在接受采访人员采访时表示 ， 屏幕正在由LCD转向OLED ， 但不论哪一种屏幕都需要COF封装技术 。COF封装的优势领域在大尺寸面板 ， 虽然面板一直在革命性发展 ， 但点亮屏幕仍然依托显示驱动IC 。反观占比更小的COP封装技术事实上已经超出线路板领域 ， 换言之即将显示驱动IC固定在屏幕上 ， 而不是线路板 。
他表示 ， 除了大家都比较关注的手机 ， COF封装技术90%的出货量和销售市场都集中在大尺寸面板 ， 手机面板占据了上达电子的10% 。大尺寸面板在未来拥有8K大尺寸电视、5G和AIoT万互联、汽车屏幕等 ， 智能化时代下人机交互单元都有可能会被赋予大尺寸的屏幕 ， 因此COF封装的未来应用是广阔的 。
采访人员认为 ， 替代COG封装是行业追求更好显示效果的必经之路 ， 而COP封装则依赖面板类型 ， 主要还是适用中小尺寸面板上 ， 在成本和良率上也仍然拥有一定的发展空间 。因此大力发展较为成熟的COF封装技术 ， 正是时下AIoT时代爆发的好选择 。
COF封装几乎占据LTPS-LCD市场 ， 另外从数据上来看 ， COF的智能型手机渗透率2018年为16.5% ， 2019年则达到35% 。
从市场上看COF
从工艺上来说 ， COF分为单层COF和双层COF两种 。普遍来说单层COF比双层成本上要低5倍 ， 但一般的机台的精准度无法满足单层COF ， 对技术要求很高；双层COF拥有更好的解析度 ， 但打两层COF ， 需要更多bonding（芯片打线及邦定）设备 ， 成本高昂 。
产业链数据显示 ， COF比COG整体单价高出9美金左右 ， 其中COF驱动IC芯片上比COG芯片成本高2-3美金 ， FPC材料和COF专用的bonding的成本高5-6美金 。
根据沈洪的介绍 ， 整个COF市场单纯从COF基板上来说 ， 拥有60-70亿人民币的市场 ， 如果算上COF封测和显示驱动IC的话 ， 大概拥有700-800亿人民币的市场 。
但由于这项技术是高端专业化的市场 ， 具有一定技术壁垒和门槛 ， 在设备和研发的投入极大 ， COF市场呈现出了“马太效应” 。此前 ， 规模化生产COF的企业包括韩国Stemco（服务于三星OLED）和LGIT（服务于LG的OLED和LCD）、日本的FLEXCEED（前身为日本新藤电子 ， 服务于LG和夏普的LCD）和中国台湾的颀邦和易华 。国内大陆面板产业对于COF封装基板几乎全部依赖进口 ， 其中中国台湾COF产业链针对内地市场多为单层COF基板 。
根据沈洪的介绍 ， 上达电子2018年全资收购了FLEXCEED株式会社 ， 通过将日本子公司FLEXCEED的技术转移至江苏子公司 ， 并在此基础上结合产学研自主研发 ， 已具备国际领先的COF封装基板研发、设计和制造能力 。将实现全流程“卷对卷”自动化生产 。
投产一期采用业内最先进的制程工艺生产8μm等级的单面带COF产品 。据了解 ， 上达电子将会拥有业内最先进的单面加成法工艺、双面加成法工艺生产10微米等级的单、双面卷带COF产品 。
而这家被收购的日企 ， 则是日本目前唯一的TCP/COF生产厂家 ， 成立于1971年 ， 先后合并日本卡西欧 ， 日立等企业 ， 发展成为世界级COF工厂 。沈洪表示 ， FLEXCEED是一家历史悠久的COF工厂 ， 首先上达电子将会将其专利技术拷贝转移到中国工厂内 ， 之后面对新市场 ， 将结合客户需求在市场上进行升级 ， 并联合高技院校申请自己的专利 。
FLEXCEED自成立之初便以自主开发技术为其核心竞争力 ， 所发布专利涵盖高密度超精细线路板生产设备 ， 生产工艺 ， 产品设计等 ， 全面对应最先进的线路板生产技术 。当前中国线路板行业线路的线心距水平尚处于80μm级别 ， 而FLEXCEED持有技术已可对应线心距18μm级别 。
根据之前的信息可以看出 ， 在2004年上达电子深圳有限公司成立之初 ， 便是是国内位居前列的FPCA专业制造商 。COF从整体来讲 ， 本身就是柔性线路板中重要板块之一 ， 因此上达电子在COF上具有得天独厚的优势 。
COF的产业链包括基材（Base Material）、COF Film、COF封测（PKG）、IC设计（Design House）和终端面板（panel ， SEI） ， 其中上达电子位于COF Filim和COF封测中 。在产业链上 ， 上达电子拥有国内半导体显示面板驱动IC产业链中独一无二的上下游关系网 。沈洪为采访人员介绍 ， COF封测的技术源头在于芯片设计 ， 芯片引导了整个下游产业的技术提升和发展 ， 上达电子也会根据整个产业链在工艺精度、设备升级、材料变更上逐渐跟进前端业务 。
沈洪在投产仪式中曾表示 ， 量产线于9月初顺利投产 ， 预计今年10月以后后段制程产能可达750万片/月 ， 2021年3月全制程产能可达1500万片/月 ， 2021年年底全制程产能可达3000万片/月 。
需要注意的是 ， 上达电子的COF领域分为显示领域和非显示领域 ， 前者专指DDI（显示驱动）IC封装 ， 后者则代指其他领域包括LED、医疗、工业打印机等 。
综上 ， 上达电子在COF上打破了国内的空白 。与此同时 ， 也撬动了这一产业链的发展 ， 逐步形成自己的产业规模 。
从生产上看COF
COF的工艺流程复杂 ， 需要经历冲孔（Hole Punching）、涂布（Photo resist）、曝光（Exposure）、显影（Development）、蚀刻（Etching）、化锡（Electrolesstin plating）、自动光学检测（AOI）、印刷（SR print）、分切（Slit）、电检（O/S Testing）、自动外观检查（AVI）、出货（Shipping） 。
上文也有提及 ， 上达电子实现的是全流程“卷对卷”自动化生产 。一般“卷对卷”生产方式针对的是高端显示模组 ， 与这种生产方式相对应的是“片对片”生产方式 。所谓“卷对卷”就是采用卷铜箔绷直方式 ， 保障了产品的平整度从而保证了细线路产品生产 。“片对片”则相对来说更加容易在产品转移过程中影响产品品质 。
江苏上达电子COF具有6个独有优势：最先进的18μm Fine Pitch减成法蚀刻技术、防漏光黑色油墨印刷技术、二次化锡技术对应的20倍高弯折性能、产品稳定良率高的累计公差技术、最精密的18μm Pitch AOI检查技术、全制程设计开发制造技术的技术优势 。
图3：COF的工艺流程
COF方案中FPC主要采用PI膜 ， 线宽线距在20μm以下 ， 这种要求之下 ， FPC减成法已无法满足要求 ， 主要以半加成法、加成法为主 。通过介绍得知 ， 上达电子通过设备改良 ， 药液体系升级 ， 工艺精细管控能力提升 ， 实现8μm超精密线路工艺（即18μm线宽距） ， 在实现线路精密化的同时 ， 更进一步提升了COF产品的可靠性要求 。
图4：上达电子的超精密细线路技术
值得一提的是 ， 驱动IC在4K、8K的高清显示之下 ， 高速驱动下的功率提升导致驱动IC工作温度上升 ， 散热成为必须解决的问题 。达电子开发厚铜（12μm）精细线路技术 ， 与普通的产品相比 ， 其截面积增加50% ， 有效提升了驱动IC工作时的散热能力 。
图5：上达电子的厚铜技术
电子产品在复杂环境下的应用中 ， 可靠性提升成为永恒话题 。对产品而言 ， 可靠性越高越好 ， 产品的可靠性越高 ， 其可以无故障工作的时间就越长 。
平板显示器在使用中 ， 大多数人会选择使用玻璃清洁剂进行除尘除渍 ， 清洗剂渗入COF会造成油墨腐蚀导致显示功能不良 ， 因此需提高耐化学性 。上达电子则应用了新型SR材料提升COF产品的耐化学性 。
图6：耐化学性的提升
另一方面 ， 为使边框更窄、产品更轻薄 ， 要求COF折叠至接近死折的状态 ， 因此需要提高耐弯折性 。上达电子使用的新型化锡技术 ， 弯折区域SR下闪镀锡厚非常薄 ， 其弯折性能接近无锡状态下的纯铜结构 ， 以此获得高耐弯折性 。
图7：耐弯折性的提升
采访人员参观上达电子产线后发现 ， 充分感受到了上达电子产线的智能化 。通过介绍得知 ， 产线设备利用大数据互连 ， 智能化程度高 ， 可实现核心工艺参数智能调节 ， 产品品质实时在线监测 ， 是产品技术水平先进性与品质可靠性的核心支撑 。
【打破大陆市场空白！详细解析COF封装技术】 采访人员认为 ， 通过布局国产化的COF Film和COF封测 ， 产业空白被填补 ， COF本身的成本问题将得到一定解决 。而通过产业的不断研发和升级 ， 这一产业链配套产品也将逐渐转向自研 。

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