电容式触摸屏广泛应用于彩色和黑白TFT-LCD显示屏，目前普遍应用的是多层氧化铟锡（ITO）结构，单层ITO在制程简化和性价比两方面有明显优势，但目前该技术尚未成熟应用。本文通过失效分析实验室设备对单层ITO电容屏（one layer sensor，简称OLS）样品进行分析，期望客户对实验室的分析仪器和分析能力有更多的认识，并对单层ITO电容屏有进一步了解。

1.电容屏sensor介绍

　　电容屏的电信号功能层（sensor）由感应信道和驱动信道构成，信道由ITO电极构成，ITO电极的图案设计如图1（a）菱形图案和图1（b）条状图案，两者均为单层ITO，但需要搭桥方式连接X 方向或Y 方向的电极。随着科技发展，未来的电容屏厚度会逐渐薄化，制程进一步简化，单层ITO电容屏将由特殊的电极设计走向替代搭桥方式从而达到真正意义上的单层ITO sensor（简称OLS）。


　　近年来研发的单层ITO sensor电极设计多以三角电极及菱形电极组合而成（图2），从而达到单点触控和多点触控功能。

2. 单层ITO电容屏分析

　　本文的研究对象即是OLS，主要从电路设计解析、sensor迭构分析、分析导电粒子的压缩比、FTIR测试ACF胶谱图共四部分进行说明。

　　电路设计解析

　　在显微镜下观察对样品电极走向，如示意图3，其线路设计呈闪电状，可以减少自生电容提高灵敏度。无功能区（dummy area）和触控功能区（active area）对称分布，便于IC信号收集。另外，电极间隙过大会导致线缝目视可见，这里通过假电极填充控制线缝在30um以内来解决这个问题。这个填充方式替代通常的消隐膜层，制程可因此简化，但假电极的填充会增加噪音信号。测量其线宽线距同现阶段普遍应用的情况相比，其数值相对较小，对黄光制程能力要求较高。


　　Sensor迭构分析

　　电子扫描电镜（scanning electron microscope，SEM ）主要是利用二次电子信号成像来观察样品的表面形态，获得微观成像，从而了解其形貌特征、迭构组成、膜层厚度。这里从金手指区、可视区、油墨区三个区域进行分析（图4），发现样品sensor迭构为BM+ITO（图5）。BM属较软材质，而ITO材质较硬且厚度相对较薄，两者直接搭接中间无垫缓冲层，ITO会有断裂的风险。BM厚度相对正常，但profile较陡，对ITO正常爬坡而不会断裂也是一种挑战。


　　进一步探究ITO薄层是否有裂纹不良，对压合后的金手指区域在SEM下进行表面观察，如图6所示，有观察到导电粒子压合的痕迹但无明显的ITO裂纹。ITO膜层薄但无裂纹，是对ITO 材料、ACF胶（异方性导电胶膜）、制程参数三者共同优化选择的结果。


　　分析导电粒子的压缩比

　　聚焦离子束(FIB)是利用电透镜将离子束聚焦成非常小尺寸的显微切割仪器，利用物理碰撞来达到切割目的。导电粒子属于微观韧性材料，需通过FIB来获取导电粒子压破后的截面（图8），量测直径长度，计算获得缩率比约60%。


　　FTIR测试ACF胶谱图

　　傅里叶变换红外光谱仪（FTIR），是对干涉后的红外光进行傅里叶变换成信号，对信号进行处理，最终得到透过率或吸亮度随波数或波长的红外吸收光谱图，可对样品进行定性和定量分析。通过测试OLS bonding 区域的ACF胶红外谱图，解析其可能性官能团，可判断其材料属性，从谱图看，此款ACF胶可能为热固性材料。


　　综上分析，OLS的触控单元设计为闪电状对称分布，灵敏度较高，但线宽线距较窄，对黄光制程要求较高。另外，如何处理填充假电极带来的噪声号也是对图形设计的一种挑战。ITO膜层较薄，在导电粒子压缩比达到60%的情况下，仍无断裂不良，这涉及到对ITO材料、ACF胶材料的选择以及制程参数的优化。如果未来要进行这方面的研发，还要同时考虑IC的信号采集能力是否同步发展，和新设计配合应用。

　　虽然OLS的开发存在各种挑战，但其在成本、制程、应用等方面具有很大优势，成本上相比于film结构触摸屏可节约30%左右，制程上可进一步简化，减少各道制程带来的各种不良，而在应用方面，触摸屏总体厚度可减少15~20%，透过率可提高1~2%。这对制造商来说既有很大的优势，又是终端使用客户所期待的，是未来触摸屏发展的一大趋势。