AM—OLED驅(qū)動(dòng)控制芯片的COB封裝與測試

高艷麗+楊鑫波

摘要：本文從分析AM-OLED 驅(qū)動(dòng)控制芯片的測試需求和芯片結(jié)構(gòu)出發(fā)，提出了一種針對該驅(qū)動(dòng)芯片的COB（ship-on-board）封裝形式，并依據(jù)這種封裝形式設(shè)計(jì)了相應(yīng)的測試電路板。由于COB封裝價(jià)格低、封裝快捷，在降低芯片測試成本的同時(shí)也也大大縮短了試驗(yàn)周期。COB封裝操作方便、靈活，可控性強(qiáng)，也滿足了我們的特定測試需求。

關(guān)鍵詞：AM-OLED；驅(qū)動(dòng)芯片；COB封裝

中圖分類號：TP303 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）06-0122-03

1 引言

AM-OLED顯示驅(qū)動(dòng)芯片是AM-OLED平板顯示屏的關(guān)重件，具有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值。顯示驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)部集成了行列驅(qū)動(dòng)電路、圖像SRAM、電荷泵、LDO、伽馬校正和多種輸入輸出接口。內(nèi)置圖像SRAM最高可支持到WVGA分辨率，可支持顯示16.77兆色的顯示屏；片內(nèi)的低功耗電源管理模塊增強(qiáng)了手持設(shè)備的電池續(xù)航能力。該芯片具有高集成度、低成本、低功耗的特點(diǎn)，可運(yùn)用于中小尺寸AM-OLED顯示屏模塊，包括智能手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等電子產(chǎn)品。

本文的AM-OLED顯示驅(qū)動(dòng)芯片在測試初級階段已經(jīng)成功點(diǎn)亮維信諾公司的AM-OLED測試屏。為了進(jìn)一步測試芯片各項(xiàng)性能指標(biāo)，推進(jìn)芯片產(chǎn)品化轉(zhuǎn)型，需要重新設(shè)計(jì)符合測試要求的專用測試板。通過分析AM-OLED驅(qū)動(dòng)控制芯片的測試需求，并結(jié)合該芯片的的多功能模塊結(jié)構(gòu)特點(diǎn)， 提出了一種針對該驅(qū)動(dòng)芯片的COB封裝形式，并依據(jù)這種封裝形式設(shè)計(jì)了相應(yīng)的測試電路板。該方案對AM-OLED驅(qū)動(dòng)控制芯片的的各項(xiàng)指標(biāo)測試非常有效[1]。

2 需求分析

圖1所示為AM-OLED驅(qū)動(dòng)控制芯片的組成框圖。Gate Driver、Source Driver分別用來驅(qū)動(dòng)AM-OLED的行和列。電源模塊由三個(gè)電荷泵、兩個(gè)LDO以及一個(gè)上電檢測電路組成，用來向伽馬校正、行驅(qū)動(dòng)、列驅(qū)動(dòng)以及SRAM模塊提供所需要的驅(qū)動(dòng)電壓。內(nèi)置SRAM用來存儲(chǔ)需要顯示的圖像數(shù)據(jù)。OSC振蕩器作為片內(nèi)時(shí)鐘源，可根據(jù)各模塊的需求，通過倍頻、分頻、調(diào)整占空比等方式產(chǎn)生高精度的時(shí)鐘頻率。數(shù)字控制模塊由Command decoder和TCON模塊組成，主要實(shí)現(xiàn)[2]：

（1）不同分辨率顯示，（2）不同顯示模式顯示，（3）低功耗模式控制，（4）不同控制和數(shù)據(jù)接口兼容，（5）行列驅(qū)動(dòng)電路控制以及伽馬校正，（6）接口譯碼功能，使各模塊能協(xié)調(diào)按序工作。

針對以上驅(qū)動(dòng)芯片，需要對他的各項(xiàng)功能模塊和整體性能進(jìn)行有指標(biāo)的測試，常用測試項(xiàng)目如下：

（1）電源模塊測試，測定芯片內(nèi)基準(zhǔn)、電荷泵、LDO等電源的電壓、電流指標(biāo)要求。（2）聯(lián)動(dòng)測試，包括上電，啟動(dòng)復(fù)位、省電、睡眠等各模式之間的切換。（3）動(dòng)態(tài)電流和平均電流測試，用于統(tǒng)計(jì)芯片的的平均功耗和瞬時(shí)功耗。（4）列驅(qū)動(dòng)Source Driver輸出固定電平測試、建立時(shí)間、DNL、INL、DVO測試。（5）通過SPI口對集成在芯片內(nèi)的SRAM進(jìn)行測試，測試基本的存儲(chǔ)功能是否正確。（6）伽馬電路測試，需要分步進(jìn)行，先對其內(nèi)部各個(gè)模擬電路進(jìn)行測試，確定參考電壓產(chǎn)生是否正確，然后再和列驅(qū)動(dòng)進(jìn)行聯(lián)合測試，可調(diào)整電壓誤差范圍。（7）數(shù)字控制模塊的測試，包括接口的兼容性，在線調(diào)試，寄存器配置等特點(diǎn)。

3 COB封裝

圖2所示為AM-OLED顯示驅(qū)動(dòng)控制芯片，裸片長24mm，寬1.8mm，從芯片的應(yīng)用角度出發(fā)，芯片與顯示屏的連接關(guān)系是通過晶圓片上生長金球?qū)崿F(xiàn)的，所有金球和焊點(diǎn)都是被壓在玻璃基板上，大部分芯片管腳是沒有引線連接出來，所以不可見，也不可測。但是從芯片開發(fā)的兼容性角度出發(fā)，我們開發(fā)一款產(chǎn)品，不能只適用于單一的應(yīng)用對象，為了產(chǎn)品的可持續(xù)發(fā)展以及系列化，既要保證所開發(fā)的芯片各項(xiàng)功能性能指標(biāo)可測可見，也要實(shí)現(xiàn)芯片靈活多用，可兼容多種應(yīng)用環(huán)境。因此開發(fā)一套靈活多變可測可控的系統(tǒng)來滿足不同用戶需求成為必須[3]。

COB封裝是將半導(dǎo)體芯片交接貼裝在印刷線路板上，芯片與基板的電氣連接用引線縫合方法實(shí)現(xiàn)，并用樹脂或者塑料蓋覆蓋以確?？煽啃浴OB是最簡單的裸芯片貼裝技術(shù)，具有設(shè)計(jì)靈活，可操作性強(qiáng)，可靠水平高，在節(jié)約成本和節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間方面具有很大的優(yōu)勢。

下面給出了一種針對該芯片的COB封裝形式，如圖3所示，COB封裝首先是選基板，基板大小根據(jù)芯片需要拉出的引腳數(shù)目確定，本次設(shè)計(jì)大概需要測試240個(gè)引腳，所以選用基板引腳數(shù)為256較合適。另外考慮AM-OLED驅(qū)動(dòng)控制芯片的形狀為長條，PAD管腳左右兩邊分布的特點(diǎn)，所以基板也選用形狀類似結(jié)構(gòu)。然后是固定芯片，為了防止產(chǎn)品在傳遞和邦線過程中DIE脫落，在基板表面用導(dǎo)熱環(huán)氧樹脂覆蓋硅片安放點(diǎn)，然后將硅片直接安放在基板表面，熱處理至硅片牢固地固定在基底為止。隨后就是Wire Bond邦定（引線鍵合），綁定前要用CDA軟件進(jìn)行可行性連接試驗(yàn)，飛線遵循就近原則盡量平行走線，允許2層交叉，交叉時(shí)上下預(yù)留足夠空間，當(dāng)左右數(shù)量不均勻時(shí)，可以左邊線右出，或者右邊線左出，靈活可變。當(dāng)CAD軟件評估合格后就可以實(shí)戰(zhàn)操作。圖3就是本文設(shè)計(jì)的256 COB封裝結(jié)構(gòu)，最后沒有采用點(diǎn)黑膠的方式來固定引線，而是采用塑料殼加蓋的方式來避免測試過程中的損壞，由于芯片在開發(fā)調(diào)試階段有很多不確定性，這么加蓋的方式大大地方便了芯片再開蓋，再返修，再封裝，并且節(jié)約了成本。

4 測試系統(tǒng)

本文針對以上這種COB封裝和AM-OLED驅(qū)動(dòng)控制芯片的測試需求，設(shè)計(jì)了一款靈活性很強(qiáng)的測試板系統(tǒng)，該測試系統(tǒng)由三部分組成，第一部分就是COB封裝的基板，第二部分主要電源模塊以及測試接口預(yù)留的，第三部分是FPGA板，實(shí)現(xiàn)AM-OLED顯示驅(qū)動(dòng)控制芯片的數(shù)據(jù)流和控制流。其中基板和電源測試接口板之間采用插座的形式連接，插座焊接在電源板上，基板壓接在插座里，可以隨時(shí)更換不同的COB封裝芯片以實(shí)現(xiàn)芯片的性能統(tǒng)計(jì)和篩選，方便快捷。FPGA板和電源板之間是通過排線接口軟連接，這么做可以直接采用FPGA公板，不需要專門設(shè)計(jì)FPGA測試板，又一次節(jié)約了成本和開發(fā)周期[4]。endprint

圖4是電源板，主要完成3個(gè)功能，第一是給芯片供電，包括核電壓和IO電壓，以及芯片內(nèi)各電源模塊的外部備份電源備份時(shí)鐘等，這里的備份電源可以解決由于芯片內(nèi)部某個(gè)電源模塊如果工作不正常，則通過外部電源切換也可以給芯片其他相關(guān)模塊供電，不影響整個(gè)系統(tǒng)的工作，備份時(shí)鐘也是為了避免內(nèi)部OSC不工作或者性能差時(shí)替換的方案；第二是關(guān)于芯片的配置和測試引腳，配置包括撥碼開關(guān)和上下拉電阻等，測試管腳有插針、插座、測試點(diǎn)等，這些測試引腳在做COB封裝的時(shí)候已經(jīng)引出來，在電源板上主要是實(shí)現(xiàn)與外部測試設(shè)備之間的可連接性，這些測試管腳可以充分驗(yàn)證芯片內(nèi)各模塊的功能性能指標(biāo)，真正意義上實(shí)現(xiàn)芯片的可測可控；第三是與FPGA接口，與芯片接口，電源接口等。

圖5是FPGA公板，是借用其他項(xiàng)目通用接口驗(yàn)證板，驗(yàn)證過程中使用的FPGA驗(yàn)證平臺(tái)的核心控制器FPGA采用xinlinc公司Spartan6系列的TQG144芯片，SPI FLASH選用W25Q32V，預(yù)留視頻源擴(kuò)展口，兼容SD卡視頻播放模式，F(xiàn)PGA的調(diào)試接口和擴(kuò)展接口使用40芯的柔性線路板實(shí)現(xiàn)，F(xiàn)PGA和電源板之間通過60芯的FH16系列連接器實(shí)現(xiàn)時(shí)序控制。在本設(shè)計(jì)中，使用Spartan6系列的TQG144芯片的主要原因是它擁有邏輯單元多、片內(nèi)存儲(chǔ)容量大、低功耗、低價(jià)位等特點(diǎn)。接口種類齊全，便于實(shí)現(xiàn)多種視頻數(shù)據(jù)格式間的轉(zhuǎn)換。數(shù)字鎖相環(huán)動(dòng)態(tài)可配置，可以實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘的倍頻、分頻及相位鎖定，為整個(gè)測試系統(tǒng)提供充足的時(shí)鐘資源。另外FPGA的JTAG在線調(diào)試接口，為AM-OLED驅(qū)動(dòng)控制芯片寄存器的配置提供了方便，并且支持多種顯示格式和轉(zhuǎn)換功能，為AM-OLED驅(qū)動(dòng)控制芯片的各項(xiàng)功能驗(yàn)證提供了足夠的資源。

5 結(jié)語

本文提出的COB封裝形式和測試系統(tǒng)方案可以對AM-OLED驅(qū)動(dòng)控制芯片的常規(guī)和特殊測試項(xiàng)目提供有效的電路結(jié)構(gòu)支持。由于COB封裝價(jià)格低、封裝快捷，可操作性強(qiáng)，大大縮短了芯片測試成本和試驗(yàn)周期。測試結(jié)果表明，本文所設(shè)計(jì)的AM-OLED驅(qū)動(dòng)芯片的COB封裝測試系統(tǒng)方案，既保證了所開發(fā)的芯片的各項(xiàng)功能性能指標(biāo)可測可見，又實(shí)現(xiàn)芯片靈活多用，可兼容多種應(yīng)用場景的要求。

參考文獻(xiàn)

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[2]雷紹充，邵志標(biāo)，等.VLSI測試方法學(xué)和可測試性設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.

[3]李博，手機(jī)用TFT- LCD驅(qū)動(dòng)控制芯片的測試電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)，2006 （12）：125-128.

[4]趙湘源.AM-OLED顯示屏驅(qū)動(dòng)芯片的研究與設(shè)計(jì)[D].上海大學(xué)，2011.endprint