五. LCM構成的主要元器件
液晶顯示器模塊作為一個獨立的顯示單元，只有液晶顯示屏（LCD）是不可能成為顯
示單元的，它必須包括有驅動液晶顯示屏各像素的中大規模集成電路（IC），連接集成電路IC和液晶顯示屏的印刷電路板（PCB），以及連接LCD屏和PCB板的金屬殼、導電膠條、熱壓柔性導電帶和其他的電阻、電容、半導體器件、背光源、插接連接件等。液晶顯示器最大的特點是平面顯示，要求LCM體積小，重量輕，可靠性高，便于安裝和使用。在LCM加工中采用先進的表面貼裝工藝（SMT）裸芯邦定工藝（COB）、TAB工藝、COG工藝，所采用的元器件及其他部件應是較薄的平面化封裝方式，體積小，重量輕，可靠性高，便于安裝和使用。
1． 液晶顯示屏
模塊制造中對液晶有具體的要求，LCM中的LCD屏有三種：TN扭曲型、STN超扭曲型、
TFT型。LCM中的LCD屏從顯示內容分有：字符型、字段型、圖形型、字段和字符混合型四類。LCM和LCD屏從引線結構分有：正版導電橡膠膠型、反版熱壓條柔性帶型、反版插腳型。LCM中LCD屏顯示采光方式分有：反射型、半透半反型、透射型。LCM和LCD屏顯示方式分有正像顯示（白底黑字）和負像顯示（黑底白字）兩種。
2． 印刷線路板
印刷線路板是一種附著于絕緣基材表面，用于連接電子元器件的導電圖形，英文名稱
為Printed Circuit Board，簡稱PCB，它在保證電子安裝板的電氣、熱和機械的可靠性方面起著重要的作用。
隨著電子產品安裝技術的不斷進步，電子元器件在PCB板上的安裝方式已從單一的通孔插裝，逐步演變為表面安裝或插、貼混合安裝，在PCB的雙面貼裝元器件的產品越來越多。
（1） LCM用PCB特點
LCM采用的PCB具有如下特點：
① 高密度
為了適應表面安裝元器件細間距、多引線技術的發展，PCB布線密度也逐漸加大，目前元器件的引線間距由0.762mm到0.635mm到0.508mm到0.381mm到0.305mm過渡，PCB板的線寬和線間距減少到0.15~0.1mm。多引線，細間距元器件的應用，大幅度地提高了PCB板的安裝密度。表面貼裝的PCB板與傳統的插接印刷相比，面積減少60%，重量減輕了80%，電路的邏輯密度提高了五倍以上。
② 小孔徑
表面貼裝PCB中，大多數金屬化孔不用來裝插固定元器件，而是用來實現各層電路的
貫穿連接。隨著元器件組裝密度不斷提高，板面布線密度也大幅度提高，孔徑日趨減小，一般金屬化通孔直徑為0.60~0.30mm，并向0.30~0.10mm的方向發展。
③ 多層數
隨著電子元器件集成度和組裝密度的不斷提高，電子元器件小型化和超小型化，PCB
板不僅適用于單層、雙面板，而且在高密度布線的多層板上獲得大量應用，層數高達68層，LCM中達4層。
④ 優良的傳輸特性
電路工作在高頻中的發展，對PCB板的特征阻抗以及表面絕緣電阻、介電常數、介質
損耗等高頻性能提出了更高的要求，對PCB基材提出更高要求。
⑤ 高平整、高光潔度
由于元器件直接貼裝在PCB板上，對板面提出了更高的平整度和高光潔度要求。表面
粗糙、組織纖維布紋的凸凹都會引起表面安裝元器件粘貼不牢、焊接不良，甚至脫落失效。由于PCB板的翹曲不僅對表面自動貼裝和焊接定位有直接影響，而且還會因變形使片狀元器件及焊點產生微小裂紋，導致電路失效，一般要求PCB在靜態焊接之前翹曲度允許小于0.3%，要求在選材、拼板、制造過程中，選擇尺寸穩定性好、翹曲度小、綜合性能優異的基材。
⑥ 尺寸穩定性好
在元器件貼裝中，PCB板的熱膨脹，在元器件的電極形成應力，這種應力導致元器件
損壞或焊點失效。因此，基材的熱膨脹系數是PCB板設計、選材時必須考慮的重要因素之一，要求PCB板盡可能小的膨脹系數，并做到元器件和PCB板的膨脹系數相匹配。
印刷電路板的基材都是以環氧樹脂或環氧酚醛樹脂為粘合劑，以棉纖維布、紙、玻璃纖維布為增強材料，表面覆蓋電解銅箔經壓制而成。LCM使用PCB厚度為0.5mm，1.0mm，1.2mm，1.6mm，2.0mm等。
（2） PCB的制造過程
① 設計人員將邏輯原理電路圖，通過微機進行PCB板的布線設計，再經過CAD/CAM
直接用激光掃描即光繪機生成PCB的底片。
② 選擇需加工PCB板基板進行去污清洗。
③ 清洗好PCB板進行光刻膠涂覆。
④ 以加工好的PCB的線路底片進行紫外光曝光，即光刻蝕。
⑤ 將光刻后的PCB 基板進行腐蝕，形成刻蝕完好PCB線路板。
⑥ 按照設計要求小孔鉆削。
⑦ 將鉆好小孔PCB進行清洗、去毛刺、孔壁調節等，再進行孔金屬化。
⑧ 小孔金屬化的基板再進行板面鍍錫或鍍金。
⑨ PCB板表面電鍍金屬后再進行成像阻焊膜，最后焊料涂覆，熱風整平。
⑩ PCB通斷檢查，合格品真空包裝發用戶。
3． 表面安裝半導體器件
LCM中所應用的各類半導體器件，包括晶體二極管、晶體三極管、集成電路中的大、中、
小規模集成電路及特種半導體器件等，都使用表面安裝。半導體器件，有利于LCM體積縮小，減小高度，薄型化，減輕重量，性能得到提高，可靠性提高，生產成本降低。表面安裝半導體器件結構與傳統SIP和DIP結構不同，下面從表面安裝半導體器件的特性、封裝特點等方面進行簡述。
（1） 二極管
用于表面安裝二極管的封裝形式有：
①圓柱形的無引線二極管，外形尺寸有1.5mm×3.5mm和2.7mm×5.2mm，通常用于齊納二極管、高速開關二極管和通用二極管，采用卷帶和盤式包裝。這種封裝功耗一般為500mW~1W。其封裝結構是將二極管芯片裝在具有內部電極的細玻璃管中，玻璃管兩端裝上金屬帽作正負電極。
②片狀二極管為一塑封矩形薄片，外形尺寸為3.8mm×1.5mm×1.1mm，包裝采用卷帶式和盤式。這種封裝形式有三條翼形短引線，一般多用于封裝復合二極管，高速開關二極管，高壓二極管也采用這種封裝。
（2） 晶體管
① SOT-23
SOT-23的封裝有三條”翼形”引線，功耗一般為150~300mW，可用來封裝小功率晶體
管、場效應管、二極管和帶電阻網絡的復合晶體管。
② SOT-143
SOT-143外形尺寸及散熱性能與SOT-23基本相同，有四條”翼形”短引線，可用來封裝
雙柵場效應管與調頻晶體管，采用卷帶和盤式包裝。
③ SOT-89
SOT-89外形尺寸為4.5mm×2.5mm×1.5mm,具有三條薄的短引線分布在晶體管的一端,
晶體管芯片粘貼在較大的銅片上,以增加散熱能力,功耗為300mW~2W，采用卷帶和盤式包裝。
④ TO-252
TO-252外形尺寸為6.5mm×10mm×2.3mm，這種封裝的功耗在2~50W，各種功率晶體
管都可以采用這種封裝。
（3） SOP小外形封裝
SOP是雙列直插式封裝DIP的變形，這類封裝有兩種不同的引線形式：一種具有L形
（也稱”翼形”引線）；另一種具有”J形”引線，這種封裝又稱SOJ（J形引線小外形封裝）。”翼形”引線的SOP封裝特點是引線容易焊接，工藝過程檢測方便，但占用PCB的面積較SOJ大。由于SOJ能節省較多的PCB面積，采用這種封接能提高裝配密度，因此，目前集成電路表面安裝采用SOJ的較多。采用SOP的引線距有1.27mm和1.0mm，因引線條數較少，引線距為1.27mm的有8~28條；引線距為1.0mm的有32條。
（4）方形扁平封裝（QFP）
表面安裝集成電路為滿足SMT高密度、高性能、高可靠的要求，引線距正朝小間距方向發展。QFP是專門為小引線距表面安裝IC而研制的新型封裝，四邊”翼形”引線。帶有J形引線的方形扁平封裝稱為QFJ。QFP封裝由于引線數多，接觸面積大，具有較高的焊接強度，但在運輸、儲存和安裝中引線容易彎折和損壞，使封裝引線的共面度發生改變，影響器件引線共面焊接，因此，在運輸、儲存和安裝中要特別細心地對引線進行保護。
（5）板載芯片（COB）
COB是將芯片直接粘在PCB上，用引線超聲鍵合達到芯片與PCB的聯結，然后用環
氧樹脂黑膠灌封料包封。
COB生產成本低，體積小，薄型化，廣泛使用在消費類電子產品中LCM，如電子鐘表、照相機、計算機、電子游戲卡、電子溫度計、電話機、傳真機等，由于COB有較長的引線，寄生電感較大，不宜高頻下工作。
（6）帶載自動焊（TAB）
TAB是將芯片預先封入編帶內，然后用貼片機逐個貼到PCB和熱壓LCD屏引線端。當SMD的引線間距在0.3mm以下時，QFP封裝便難于進一步縮小引線距。采用TAB就能較好地解決半導體器件的多功能、多引線和小引線間距問題。當引線間距縮小到0.15mm時，TAB的引線多達864條。TAB是一種速度較快的封裝新技術，已引起世界各先進國家的重視。TAB是將一種LSI芯片鍵合到載帶的基帶上的新型微電子互連技術，它具有以下優點：
① TAB封裝體積小，封裝體薄膜化，重量比其他封裝大為減輕。
② 封裝密度高，適宜做多引線的LSI封裝。TAB的凸點電極可做到20~30um，凸點中
心間距可小到40um。
③ TAB技術使LSI內部的引線更短和更緊湊，提高了電路的高頻性能。
④ 采用TAB能方便地進行電氣特性和老化特性測試.
⑤TAB有較大的引線橫截面, 并有銅引線作為布線材料，因此機械強度高，接觸電阻小，熱性能良好。
⑥一般的引線鍵合為點接觸，鍵合強度抗拉力只有50~100Mn,TAB的鍵合點為面接觸，其鍵合強度為前者的10倍，具有較高的可靠性。
⑦ 采用TAB技術使高密度、多功能LSI的成本降低。
4. 表面貼裝元件
LCM所使用的表面貼裝元件包括：固定電阻器、電容器、電感器和電位器等，這些元件以稱無源元件。為了適應表面貼裝自動產生的要求，選擇合適的元件必須根據如下的要素來考慮：
① 合適的電特性；
② 在所要求的工作環境下合適的可靠性；
③ 合適的外形尺寸與形狀；
④ 在合適的價格下市場下已能提供，且貨源多途。
〈1〉.固定電阻器
目前市場已提供的表面貼裝固定電阻，有矩形和圓柱形兩種。
（1） 矩形片狀電阻器
矩形片狀電阻器由各種固體相和有機粘合劑制成的漿料，絲印在陶瓷基片上（陶瓷基
片的成分通常為96%礬土（AI2O3）和4%其他氧化物的混合物），經過900℃左右的高溫燒結而成。固體相主要由二氧化釕（RuO2）導電粉體和助熔的玻璃粉體組成。電阻膜厚視毛坯阻值而不同一般為數微米，由印刷機絲印高度和電阻漿料來控制。導電相由很多細微的導電鏈RuO2交叉重疊而組成。電阻漿料經印刷燒結后，導電粒子處于”部分凝聚接觸”狀態，在空間呈網狀結構排列，形成導電通路。玻璃相是絕緣體，主要起粘接作用，將電電相粘結成一體，并牢固地附著在陶瓷基片上。
矩形片狀固定電阻器由陶瓷基片、電阻膜、保護膜和端頭電極四大部分組成。
① 基片
大都采用96% AI2O3陶瓷，含有堿金屬。除機械強度高外，還要求基片平整，縱橫劃線
準確，以充分保證電阻漿材料和電極漿材料印刷到位。
② 電阻膜
采用二氧化釕電阻漿料印刷在陶瓷基片上，再經燒結而成。近年來開始采用賤金屬系
電阻漿料，如氮化物材料（TaN）、碳化物材料，達到降低成本的目的。
③ 保護膜
保護膜覆蓋在電阻膜上，采用玻璃漿料印刷再燒結成釉，要求致密，耐潮濕，耐酸、
堿，陶瓷基片、電阻膜、電極層熱膨脹系數盡可能一致。
④ 端頭電極
要求可焊性、耐焊性好，陶瓷基片、電阻膜附著力強。
（2） 圓柱形固定電阻器
圓柱形固定電阻器又稱作金屬電極無引線端面元件，是在高鋁陶瓷基體上加金屬膜或
碳膜，兩端壓上金屬帽電極，采用刻螺紋槽的方法調整電阻值，表面涂上耐熱漆密封，最后根據電阻值涂上色碼標志。
〈2〉.固定電容器
目前廣泛使用在表面貼裝工藝的電容器有兩種：一是陶瓷系列的電容呂，另一是鉭電容器。陶瓷的電容量范圍一般為1pF~1uF，工作電壓為25~200V直流電壓。鉭電容量范圍則為0.1~100uF，工作電壓范圍從6~60V直流電壓。
（1） 陶瓷電容器
LCM中廣泛使用陶瓷電容器，它具有如下特點：
① 實現了短、小、輕、薄化。
② 因為無引線，寄生電感小，等效串聯電阻低，電路損耗小，高頻性能好。
③ 內電極和介質材料共同燒結，耐潮性能好，結構牢固，可靠性高。
④ 對環境溫度等具有優良的穩定性和可靠性。
多層陶瓷電容是由許多交替的介質層和電極材料組成。它們是連續印刷，并在1000~1400
℃溫度下燒結而成的。電介質的成分為鈦酸鋇的混合物，而電極則為鉑-銀，或鉑-鈀-銀。交替的電極被下被連接至相對端部的端接頭上，以形成一級平板式電容器。介電層的數目與厚度，決定著最后的電容值，層數少至2層多到50層都是必須的，對既定的層數情況下，減少介質層的厚度會增加電容量。有兩個因素決定著實際的最低厚度：一是所要求的介質擊穿電壓，它與厚度成反比的關系；二是可能由于內部針孔缺陷，會降低擊穿電壓。對于額定電壓50V或更高時，要獲得最佳的可靠性，介質層厚度應不小于0.025mm。如同矩形片狀電阻器一樣，端頭用鎳或銅阻擋層加以保護，以防止焊接時貴金屬也電極熔化，在端頭的最上面一層，被覆可焊性錫或錫鉛合金。
（2） 鉭電解電容器
當需要較高電容量值時，可采用鉭電解電容器，各種鉭電解電容具有最大單位體積容
量，容量超過0.33uF的表面安裝元件通常使用鉭電解電容器，它的電解質響應速度快，外形尺寸小，主要適用于低壓、小訊號場合，適合表面安裝工藝。
矩形鉭電解電容器以高純度的鉭金屬粉末為原料，與粘合劑混合后，將鉭引線埋入，加壓成型，在1800~2000℃的真空爐中燒結，形成多孔性的燒結體作為陽極。應用硝酸錳發生的熱發生的熱解反應，使燒結體表面被覆固體電解質的二氧化錳作為陰極。在被覆二氧化錳燒結體上涂覆接觸電阻很小的石墨層和涂銀的合金層，焊接陽極端子和陰極端子，封裝成型。
圓柱形鉭電解電容器由陽極、固體導半導體陰極組成，采用環氧樹脂封裝。將作為陽極引線的鉭金屬線放入鉭金屬粉末中，加壓成型，然后在1650~2000℃的高溫真空爐中燒結陽極芯片，將芯片放入磷酸等電解液中進行陽極氧化，形成介質膜，通過金屬線與非磁性陽極端子連接后做成陽極。然后浸入硝酸錳等溶液中，在200~400℃的氣浴爐中進行熱分解形成二氧化錳層上沉積一層石墨，再涂銀漿，用環氧樹脂封裝，打印標志后就成為產品。
5. 導電橡膠條和熱壓導電帶
在液晶顯示器模塊中，目前廣泛使用導電橡膠條和熱壓導電帶作為液晶顯示屏LCD和驅動電路PCB板之間連接主要方法，它對液晶顯示器模塊的可靠性及外形尺寸有直接影響。
（1） 導電橡膠條
典型的導電橡膠條是將一層薄的導電橡膠與一層薄的絕緣硅橡膠層交替疊在一起，熱
壓成型后再切割而成，這種導電橡膠條好似斑馬皮，又叫斑馬條。它適用于高阻抗微電流工作狀態，具有組裝拆卸方便，耐沖擊振動性好，不需焊接，低成本，高可靠，可實現高密度連接。
（2） 熱壓導電帶
熱壓導電帶名稱叫法不一，有叫導電膠紙、導電膜、軟排線或斑馬紙等。熱壓導電帶
是利用碳或者銀碳導電漿料印刷聚脂纖維薄膜上，形成導導線，再涂一層異向導電接觸膜或貼著劑，形成完整的熱壓導電帶，超細間距的熱壓導電帶。為了防止導體氧化和短路，在導線上涂一層綠色絕望膜。
按導電材質熱壓導電帶分為兩種：
① JC型
導電線是以純碳漿印刷而成，廣泛用于兩導線之間距離L＞0.5mm以上，阻抗值為100
Ω/□以下的大型高精細的液晶顯示器模塊之中，圖形和字符顯示模塊產品中大量采用。
② JS型
導線以9：1的銀和碳漿料印刷而成，廣泛用于L＜0.5mm以下，阻抗值為0.5Ω/□以
下的大型高精細的液晶顯示器模塊之中。
6．外框架
液晶顯示器模塊的外框架是不可缺少的部件之一，它除作裝飾外，特別是導電橡膠條連接的模塊，還起到連接LCD屏和PCB板的緊固作用。液晶顯示器模塊使用的外框架多為金屬沖壓而成，采用厚0.5mm，0.6mm，0.8mm冷壓鋼板，表面要求平整，尺寸精度達到設計圖紙要求；表面要求靜電涂黑漆，或電鍍亮鎳、鋅或銘。 |
