摘要:本文介绍了液晶显示器件(LCD)面临的主要静电问题,并针对其特殊性提出了一种利用?组件设计解决抗静电放电(ESD)的方法,取得良好效果。该方法主要包括:保护性接地;?空域防护——屏蔽;增大I/O端口的分布电感;特殊工艺等。 0 引言
(在微电子技术高度发达的今天,电子设备从电子管、晶体管到集成电路,以惊人的速度朝着高集成化、微型化、低功耗、数字化、智能化方向发展。特别是近十年来,)超大规模集成电路与计算机技术的迅速发展,使得电路对各种电磁干扰变得更加敏感。液晶显示(LCD)由于其功耗低、被动显示、易于驱动、不含有害射线等优点被广泛使用,目前已成为便携式设备首选显示器件,有着广阔的发展前景。(液晶显示模块作为电子设备的显示部件,)也起着等效接收天线的作用,是电磁能量的耦合通道,制约着整个电子设备的电磁抗扰度。
在诸多电磁干扰问题中,静电放电(Electrostatics discharge, ESD)问题越来越成为高端液晶器件特别是信息通讯产品急需解决的技术难题:一方面在器件制造过程中,由于其工艺特点,极易产生静电并造成产品损失;另一方面LCM中的IC等元器件及电子线路也易于受到静电冲击的干扰,在高端液晶器件特别是信息通讯产品上抗静电冲击已经成为必检项目。
二进制并行加法器静电放电是一种常见的近场电磁危害源,静电放电过程是高电压、强电场、瞬时大电流过程,其电流波形的上升时间可小于1ns。近年来的研究发现,伴随静电放电过程产生的强电磁辐射,称为静电放电电磁脉冲(ESD EMP),是各种通信和控制系统的近场电磁干扰(EMI)源,由于它具有频带宽、峰值大、发生频率高的特点,对电子系统的危害程度可与核电磁脉冲、雷电电磁脉冲相提并论。随着电子器件集成度的提高,其敏感度不断增加,静电放电造成的危害越来越大。静电放电造成的危害,在微电子技术领域全球每年损失高达数百亿美元。目前,通常采用在设备或电路端口串联或并联保护器件或保护网络的方法,降低进入电子电路的静电放电电磁脉冲强度,从而提高电子设备抗静电能力。但是,对深亚微米集成电路和工作频率很高(>1GHz)的微电子器件,只有对器件本身采取保护措施,才能起到防护作用。就保护器件而言,国外生产的TVS响应时间已达到单向1ns和双向5ns的水平,而国内生产的TVS响应时间在10ns左右,与国外保护器件研究水平存在一定的差距,对快上升沿的EMP(<10ns),难以起到防护作用,其性能有待提高。限于LCD部件的几何尺寸及生产成本,难以利用现有的ESD防护器件实现防护、加固,因此,有必要结合生产流程研究新的抗ESD措施。
1 LCD/LCM 工艺及面临主要静电问题
液晶显示器件(LCD)是一种靠液晶态的液晶分子排列状态在电场中改变而调制外界光的被动型显示器件。(目前应用最广泛的液晶显示器件是扭曲向列型LCD ,它是将液晶夹在两片玻璃之间并使其分子沿玻璃表面平行排列,分子在两片玻璃之间连续扭曲一定角度,玻璃外面再配上偏振片。当显示部位
螺旋焊缝钢管施加上电压后引起液晶分子排列状态的改变,调制了外界光线从而达到了显示的目的。)液晶显示模块(LCM )是指为了方便用户使用将液晶显示器件、连接件、集成电路、控制驱动电路和PCB 板、背光源、结构件等装配在一起的组件。
1.1 LCD 制作工艺
LCD 制作的主要工艺是先在导电玻璃上利用光刻技术做出需要的图形和线路,然后在其表面涂上能使液晶(LC )规则排列的聚酰亚胺层(PI ),并按需要方向摩擦出细微沟槽,制成均匀的液晶盒。最后将LC 注入液晶盒,表面贴上偏光片(POL ),就制成了经加电可以显示预定信息的液晶屏。(见图4-1)
?图4-2
1.2 LCM制作工艺(以COG产品为例)
液晶显示利用了液晶分子在电场下排列方向的变化这种特性,这种变化需要的电压很低,虽然这是它的一大优点,但是同时也带来了新的麻烦——静电,目前LCD/LCM中存在CS CN
胶布的主要静电问题有:
1)LCD制作工艺中(如:摩擦,高压喷粉等)的静电控制;
2)LCM制作工艺中(如:压ACF,IC邦定,FPC热压等)的静电控制;
3)液晶显示器件静电放电抗扰度问题。
其中(3)静电放电抗扰度问题由于直接关系到客户能否确认,因此最为重要;同时由
于液晶显示器件与一般电子产品相比具有许多特殊性,因此也是最难解决:
1) LCD的图形和线路等主要工艺都是制作在0.7MM左右厚度的导电玻璃上,受空间狭小以及工艺特殊的限制,难以利用现有的ESD防护器件和方法实现防护、加固;
2)LCM中的IC等元器件及电子线路普遍对静电很敏感,工作过程中当受到外界电磁
脉
冲场直接作用时极易造成逻辑干扰、硬损伤或潜在失效;
绕线电感
3) LCD骚扰度问题:LCD是COM电极和SEG电极搭接结构,这意味着它对外界环境相当于等效天线,因此极易吸收外部信号,这些信号输出到LCM时就会造成干扰;
如何有效解决其耐静电冲击问题,长期以来一直是困扰业界急待解决的技术难题。本文主要针对液晶显示器件特点,从产品设计入手,力求根本上解决静电放电对器件的危害。
2 液晶显示模块抗ESD设计
f型钢
静电放电对LCM的作用主要是电磁脉冲效应。当静电放电电磁脉冲场直接作用于LCM 的驱动芯片,就会形成逻辑干扰、硬损伤或潜在失效。其表现为:驱动IC被死锁、强制复位、乱码显示等情况,严重的会彻底损坏。
2.1
积聚对设备造成危害。特别是目前电子设备中集成电路用得很多,而集成电路容易受到静电
作用产生故障,接地后可防止集成电路的损坏;屏蔽接地是指将电气干扰源引入大地,抑制
外来电磁干扰对电子设备的影响,也可减少电子设备产生的干扰影响其它电子设备。
在LCD设计中,设置两条电极引脚,一端接IC Vss接地端(图4-4),另一端与FPC相连,并通过过孔连接于背面镀铜板(图4-5),最终形成整体接地。两方面作用:1)当LCD遭受静电冲击时,通过此回路实现静电接地接地;
2)解决LCD骚扰度问题:当遭受外部电磁脉冲干扰时,通过此回路释放,减少对LCM 电
路影响;
2.2 屏蔽
空域防护是对空间辐射于扰源最有效、最基本的控制方法。屏蔽,包括将辐射干扰电磁场封闭在金属屏蔽体内,不让它辐射出去,或将辐射强度大大削弱;也包括将接收器或接收系统屏蔽起来,使屏蔽体外面的电磁场不能进入屏蔽体,因而降低对接收器或接收系统造成影响。在一个电子设备中,也可以采用局部屏蔽方法使某一部分电磁干扰源和另一部分敏感电路隔离开。屏蔽体的屏蔽效果主要取决于屏蔽材料的性能,总的屏蔽效能(Sheild Effectiveness,SE)由材料吸收损耗A、反射损耗R和多次反射损耗B之和组成。其中吸收损耗随电磁场频率的增加而增大;反射损耗随电场频率增加而急剧减小,但随磁场频率增加而增大。塑料及玻璃基片本身对电磁波无屏蔽作用,可通过镀金属层的办法增强其电磁屏蔽
效能。
因此,在LCD电路中设计一圈2mm接地线(图4-4),接入IC Vss端,装机后FPC反转覆盖在IC和LCD上,从而形成整体屏蔽:
1)LCD接地线与FPC镀铜板一起,对IC和LCD屏形成屏蔽;
2)IC 中多个Vss端将I/O端口隔离成各分区并形成屏蔽,防止外部干扰信号侵入;