五. LCM构成的主要元器件
液晶显示器模块作为一个独立的显示单元，只有液晶显示屏（LCD）是不可能成为显
示单元的，它必须包括有驱动液晶显示屏各像素的中大规模集成电路（IC），连接集成电路IC和液晶显示屏的印刷电路板（PCB），以及连接LCD屏和PCB板的金属壳、导电胶条、热压柔性导电带和其他的电阻、电容、半导体器件、背光源、插接连接件等。液晶显示器最大的特点是平面显示，要求LCM体积小，重量轻，可靠性高，便于安装和使用。在LCM加工中采用先进的表面贴装工艺（SMT）裸芯邦定工艺（COB）、TAB工艺、COG工艺，所采用的元器件及其他部件应是较薄的平面化封装方式，体积小，重量轻，可靠性高，便于安装和使用。
1． 液晶显示屏
模块制造中对液晶有具体的要求，LCM中的LCD屏有三种：TN扭曲型、STN超扭曲型、
TFT型。LCM中的LCD屏从显示内容分有：字符型、字段型、图形型、字段和字符混合型四类。LCM和LCD屏从引线结构分有：正版导电橡胶胶型、反版热压条柔性带型、反版插脚型。LCM中LCD屏显示采光方式分有：反射型、半透半反型、透射型。LCM和LCD屏显示方式分有正像显示（白底黑字）和负像显示（黑底白字）两种。
2． 印刷线路板
印刷线路板是一种附着于绝缘基材表面，用于连接电子元器件的导电图形，英文名称
为Printed Circuit Board，简称PCB，它在保证电子安装板的电气、热和机械的可靠性方面起着重要的作用。
随着电子产品安装技术的不断进步，电子元器件在PCB板上的安装方式已从单一的通孔插装，逐步演变为表面安装或插、贴混合安装，在PCB的双面贴装元器件的产品越来越多。
（1） LCM用PCB特点
LCM采用的PCB具有如下特点：
① 高密度
为了适应表面安装元器件细间距、多引线技术的发展，PCB布线密度也逐渐加大，目前元器件的引线间距由0.762mm到0.635mm到0.508mm到0.381mm到0.305mm过渡，PCB板的线宽和线间距减少到0.15~0.1mm。多引线，细间距元器件的应用，大幅度地提高了PCB板的安装密度。表面贴装的PCB板与传统的插接印刷相比，面积减少60%，重量减轻了80%，电路的逻辑密度提高了五倍以上。
② 小孔径
表面贴装PCB中，大多数金属化孔不用来装插固定元器件，而是用来实现各层电路的
贯穿连接。随着元器件组装密度不断提高，板面布线密度也大幅度提高，孔径日趋减小，一般金属化通孔直径为0.60~0.30mm，并向0.30~0.10mm的方向发展。
③ 多层数
随着电子元器件集成度和组装密度的不断提高，电子元器件小型化和超小型化，PCB
板不仅适用于单层、双面板，而且在高密度布线的多层板上获得大量应用，层数高达68层，LCM中达4层。
④ 优良的传输特性
电路工作在高频中的发展，对PCB板的特征阻抗以及表面绝缘电阻、介电常数、介质
损耗等高频性能提出了更高的要求，对PCB基材提出更高要求。
⑤ 高平整、高光洁度
由于元器件直接贴装在PCB板上，对板面提出了更高的平整度和高光洁度要求。表面
粗糙、组织纤维布纹的凸凹都会引起表面安装元器件粘贴不牢、焊接不良，甚至脱落失效。由于PCB板的翘曲不仅对表面自动贴装和焊接定位有直接影响，而且还会因变形使片状元器件及焊点产生微小裂纹，导致电路失效，一般要求PCB在静态焊接之前翘曲度允许小于0.3%，要求在选材、拼板、制造过程中，选择尺寸稳定性好、翘曲度小、综合性能优异的基材。
⑥ 尺寸稳定性好
在元器件贴装中，PCB板的热膨胀，在元器件的电极形成应力，这种应力导致元器件
损坏或焊点失效。因此，基材的热膨胀系数是PCB板设计、选材时必须考虑的重要因素之一，要求PCB板尽可能小的膨胀系数，并做到元器件和PCB板的膨胀系数相匹配。
印刷电路板的基材都是以环氧树脂或环氧酚醛树脂为粘合剂，以棉纤维布、纸、玻璃纤维布为增强材料，表面覆盖电解铜箔经压制而成。LCM使用PCB厚度为0.5mm，1.0mm，1.2mm，1.6mm，2.0mm等。
（2） PCB的制造过程
① 设计人员将逻辑原理电路图，通过微机进行PCB板的布线设计，再经过CAD/CAM
直接用激光扫描即光绘机生成PCB的底片。
② 选择需加工PCB板基板进行去污清洗。
③ 清洗好PCB板进行光刻胶涂覆。
④ 以加工好的PCB的线路底片进行紫外光曝光，即光刻蚀。
⑤ 将光刻后的PCB 基板进行腐蚀，形成刻蚀完好PCB线路板。
⑥ 按照设计要求小孔钻削。
⑦ 将钻好小孔PCB进行清洗、去毛刺、孔壁调节等，再进行孔金属化。
⑧ 小孔金属化的基板再进行板面镀锡或镀金。
⑨ PCB板表面电镀金属后再进行成像阻焊膜，最后焊料涂覆，热风整平。
⑩ PCB通断检查，合格品真空包装发用户。
3． 表面安装半导体器件
LCM中所应用的各类半导体器件，包括晶体二极管、晶体三极管、集成电路中的大、中、
小规模集成电路及特种半导体器件等，都使用表面安装。半导体器件，有利于LCM体积缩小，减小高度，薄型化，减轻重量，性能得到提高，可靠性提高，生产成本降低。表面安装半导体器件结构与传统SIP和DIP结构不同，下面从表面安装半导体器件的特性、封装特点等方面进行简述。
（1） 二极管
用于表面安装二极管的封装形式有：
①圆柱形的无引线二极管，外形尺寸有1.5mm×3.5mm和2.7mm×5.2mm，通常用于齐纳二极管、高速开关二极管和通用二极管，采用卷带和盘式包装。这种封装功耗一般为500mW~1W。其封装结构是将二极管芯片装在具有内部电极的细玻璃管中，玻璃管两端装上金属帽作正负电极。
②片状二极管为一塑封矩形薄片，外形尺寸为3.8mm×1.5mm×1.1mm，包装采用卷带式和盘式。这种封装形式有三条翼形短引线，一般多用于封装复合二极管，高速开关二极管，高压二极管也采用这种封装。
（2） 晶体管
① SOT-23
SOT-23的封装有三条”翼形”引线，功耗一般为150~300mW，可用来封装小功率晶体
管、场效应管、二极管和带电阻网络的复合晶体管。
② SOT-143
SOT-143外形尺寸及散热性能与SOT-23基本相同，有四条”翼形”短引线，可用来封装
双栅场效应管与调频晶体管，采用卷带和盘式包装。
③ SOT-89
SOT-89外形尺寸为4.5mm×2.5mm×1.5mm,具有三条薄的短引线分布在晶体管的一端,
晶体管芯片粘贴在较大的铜片上,以增加散热能力,功耗为300mW~2W，采用卷带和盘式包装。
④ TO-252
TO-252外形尺寸为6.5mm×10mm×2.3mm，这种封装的功耗在2~50W，各种功率晶体
管都可以采用这种封装。
（3） SOP小外形封装
SOP是双列直插式封装DIP的变形，这类封装有两种不同的引线形式：一种具有L形
（也称”翼形”引线）；另一种具有”J形”引线，这种封装又称SOJ（J形引线小外形封装）。”翼形”引线的SOP封装特点是引线容易焊接，工艺过程检测方便，但占用PCB的面积较SOJ大。由于SOJ能节省较多的PCB面积，采用这种封接能提高装配密度，因此，目前集成电路表面安装采用SOJ的较多。采用SOP的引线距有1.27mm和1.0mm，因引线条数较少，引线距为1.27mm的有8~28条；引线距为1.0mm的有32条。
（4）方形扁平封装（QFP）
表面安装集成电路为满足SMT高密度、高性能、高可靠的要求，引线距正朝小间距方向发展。QFP是专门为小引线距表面安装IC而研制的新型封装，四边”翼形”引线。带有J形引线的方形扁平封装称为QFJ。QFP封装由于引线数多，接触面积大，具有较高的焊接强度，但在运输、储存和安装中引线容易弯折和损坏，使封装引线的共面度发生改变，影响器件引线共面焊接，因此，在运输、储存和安装中要特别细心地对引线进行保护。
（5）板载芯片（COB）
COB是将芯片直接粘在PCB上，用引线超声键合达到芯片与PCB的联结，然后用环
氧树脂黑胶灌封料包封。
COB生产成本低，体积小，薄型化，广泛使用在消费类电子产品中LCM，如电子钟表、照相机、计算机、电子游戏卡、电子温度计、电话机、传真机等，由于COB有较长的引线，寄生电感较大，不宜高频下工作。
（6）带载自动焊（TAB）
TAB是将芯片预先封入编带内，然后用贴片机逐个贴到PCB和热压LCD屏引线端。当SMD的引线间距在0.3mm以下时，QFP封装便难于进一步缩小引线距。采用TAB就能较好地解决半导体器件的多功能、多引线和小引线间距问题。当引线间距缩小到0.15mm时，TAB的引线多达864条。TAB是一种速度较快的封装新技术，已引起世界各先进国家的重视。TAB是将一种LSI芯片键合到载带的基带上的新型微电子互连技术，它具有以下优点：
① TAB封装体积小，封装体薄膜化，重量比其他封装大为减轻。
② 封装密度高，适宜做多引线的LSI封装。TAB的凸点电极可做到20~30um，凸点中
心间距可小到40um。
③ TAB技术使LSI内部的引线更短和更紧凑，提高了电路的高频性能。
④ 采用TAB能方便地进行电气特性和老化特性测试.
⑤TAB有较大的引线横截面, 并有铜引线作为布线材料，因此机械强度高，接触电阻小，热性能良好。
⑥一般的引线键合为点接触，键合强度抗拉力只有50~100Mn,TAB的键合点为面接触，其键合强度为前者的10倍，具有较高的可靠性。
⑦ 采用TAB技术使高密度、多功能LSI的成本降低。
4. 表面贴装元件
LCM所使用的表面贴装元件包括：固定电阻器、电容器、电感器和电位器等，这些元件以称无源元件。为了适应表面贴装自动产生的要求，选择合适的元件必须根据如下的要素来考虑：
① 合适的电特性；
② 在所要求的工作环境下合适的可靠性；
③ 合适的外形尺寸与形状；
④ 在合适的价格下市场下已能提供，且货源多途。
〈1〉.固定电阻器
目前市场已提供的表面贴装固定电阻，有矩形和圆柱形两种。
（1） 矩形片状电阻器
矩形片状电阻器由各种固体相和有机粘合剂制成的浆料，丝印在陶瓷基片上（陶瓷基
片的成分通常为96%矾土（AI2O3）和4%其他氧化物的混合物），经过900℃左右的高温烧结而成。固体相主要由二氧化钌（RuO2）导电粉体和助熔的玻璃粉体组成。电阻膜厚视毛坯阻值而不同一般为数微米，由印刷机丝印高度和电阻浆料来控制。导电相由很多细微的导电链RuO2交叉重叠而组成。电阻浆料经印刷烧结后，导电粒子处于”部分凝聚接触”状态，在空间呈网状结构排列，形成导电通路。玻璃相是绝缘体，主要起粘接作用，将电电相粘结成一体，并牢固地附着在陶瓷基片上。
矩形片状固定电阻器由陶瓷基片、电阻膜、保护膜和端头电极四大部分组成。
① 基片
大都采用96% AI2O3陶瓷，含有碱金属。除机械强度高外，还要求基片平整，纵横划线
准确，以充分保证电阻浆材料和电极浆材料印刷到位。
② 电阻膜
采用二氧化钌电阻浆料印刷在陶瓷基片上，再经烧结而成。近年来开始采用贱金属系
电阻浆料，如氮化物材料（TaN）、碳化物材料，达到降低成本的目的。
③ 保护膜
保护膜覆盖在电阻膜上，采用玻璃浆料印刷再烧结成釉，要求致密，耐潮湿，耐酸、
碱，陶瓷基片、电阻膜、电极层热膨胀系数尽可能一致。
④ 端头电极
要求可焊性、耐焊性好，陶瓷基片、电阻膜附着力强。
（2） 圆柱形固定电阻器
圆柱形固定电阻器又称作金属电极无引线端面元件，是在高铝陶瓷基体上加金属膜或
碳膜，两端压上金属帽电极，采用刻螺纹槽的方法调整电阻值，表面涂上耐热漆密封，最后根据电阻值涂上色码标志。
〈2〉.固定电容器
目前广泛使用在表面贴装工艺的电容器有两种：一是陶瓷系列的电容吕，另一是钽电容器。陶瓷的电容量范围一般为1pF~1uF，工作电压为25~200V直流电压。钽电容量范围则为0.1~100uF，工作电压范围从6~60V直流电压。
（1） 陶瓷电容器
LCM中广泛使用陶瓷电容器，它具有如下特点：
① 实现了短、小、轻、薄化。
② 因为无引线，寄生电感小，等效串联电阻低，电路损耗小，高频性能好。
③ 内电极和介质材料共同烧结，耐潮性能好，结构牢固，可靠性高。
④ 对环境温度等具有优良的稳定性和可靠性。
多层陶瓷电容是由许多交替的介质层和电极材料组成。它们是连续印刷，并在1000~1400
℃温度下烧结而成的。电介质的成分为钛酸钡的混合物，而电极则为铂-银，或铂-钯-银。交替的电极被下被连接至相对端部的端接头上，以形成一级平板式电容器。介电层的数目与厚度，决定着最后的电容值，层数少至2层多到50层都是必须的，对既定的层数情况下，减少介质层的厚度会增加电容量。有两个因素决定着实际的最低厚度：一是所要求的介质击穿电压，它与厚度成反比的关系；二是可能由于内部针孔缺陷，会降低击穿电压。对于额定电压50V或更高时，要获得最佳的可靠性，介质层厚度应不小于0.025mm。如同矩形片状电阻器一样，端头用镍或铜阻挡层加以保护，以防止焊接时贵金属也电极熔化，在端头的最上面一层，被覆可焊性锡或锡铅合金。
（2） 钽电解电容器
当需要较高电容量值时，可采用钽电解电容器，各种钽电解电容具有最大单位体积容
量，容量超过0.33uF的表面安装元件通常使用钽电解电容器，它的电解质响应速度快，外形尺寸小，主要适用于低压、小讯号场合，适合表面安装工艺。
矩形钽电解电容器以高纯度的钽金属粉末为原料，与粘合剂混合后，将钽引线埋入，加压成型，在1800~2000℃的真空炉中烧结，形成多孔性的烧结体作为阳极。应用硝酸锰发生的热发生的热解反应，使烧结体表面被覆固体电解质的二氧化锰作为阴极。在被覆二氧化锰烧结体上涂覆接触电阻很小的石墨层和涂银的合金层，焊接阳极端子和阴极端子，封装成型。
圆柱形钽电解电容器由阳极、固体导半导体阴极组成，采用环氧树脂封装。将作为阳极引线的钽金属线放入钽金属粉末中，加压成型，然后在1650~2000℃的高温真空炉中烧结阳极芯片，将芯片放入磷酸等电解液中进行阳极氧化，形成介质膜，通过金属线与非磁性阳极端子连接后做成阳极。然后浸入硝酸锰等溶液中，在200~400℃的气浴炉中进行热分解形成二氧化锰层上沉积一层石墨，再涂银浆，用环氧树脂封装，打印标志后就成为产品。
5. 导电橡胶条和热压导电带
在液晶显示器模块中，目前广泛使用导电橡胶条和热压导电带作为液晶显示屏LCD和驱动电路PCB板之间连接主要方法，它对液晶显示器模块的可靠性及外形尺寸有直接影响。
（1） 导电橡胶条
典型的导电橡胶条是将一层薄的导电橡胶与一层薄的绝缘硅橡胶层交替叠在一起，热
压成型后再切割而成，这种导电橡胶条好似斑马皮，又叫斑马条。它适用于高阻抗微电流工作状态，具有组装拆卸方便，耐冲击振动性好，不需焊接，低成本，高可靠，可实现高密度连接。
（2） 热压导电带
热压导电带名称叫法不一，有叫导电胶纸、导电膜、软排线或斑马纸等。热压导电带
是利用碳或者银碳导电浆料印刷聚脂纤维薄膜上，形成导导线，再涂一层异向导电接触膜或贴着剂，形成完整的热压导电带，超细间距的热压导电带。为了防止导体氧化和短路，在导线上涂一层绿色绝望膜。
按导电材质热压导电带分为两种：
① JC型
导电线是以纯碳浆印刷而成，广泛用于两导线之间距离L＞0.5mm以上，阻抗值为100
Ω/□以下的大型高精细的液晶显示器模块之中，图形和字符显示模块产品中大量采用。
② JS型
导线以9：1的银和碳浆料印刷而成，广泛用于L＜0.5mm以下，阻抗值为0.5Ω/□以
下的大型高精细的液晶显示器模块之中。
6．外框架
液晶显示器模块的外框架是不可缺少的部件之一，它除作装饰外，特别是导电橡胶条连接的模块，还起到连接LCD屏和PCB板的紧固作用。液晶显示器模块使用的外框架多为金属冲压而成，采用厚0.5mm，0.6mm，0.8mm冷压钢板，表面要求平整，尺寸精度达到设计图纸要求；表面要求静电涂黑漆，或电镀亮镍、锌或铭。 |
