电容式触摸屏设计规范-组件研发部

1、 电容式触摸屏设计规范 V1.0电容式触摸屏设计规范 V1.0历次修正记录序号变更 日期原因变更摘要版本提出者批准12011-10-14创建第一个发布版本V1.0WillisTim22011-17-19创建第2个发布版本提交人Willis部门组件研发审核人目录电容式触摸屏设计规范1【目的】3【适用范围】3【参考文献】3【概述】3【名词解释】3【电子设计】3一、电容式触摸屏简介31、实现原理32、自电容与互电容3三、驱动IC简介3三、ITO图形设计3四、布局设计要求31、关键器件布局32、布线3五、ESD防护3六、技术展望3【结构设计】3一、结构及材料使用31、结构32、材料使用3二、设计规范3

2、三、结构设计注意点3四、生产工艺3【目的】本规范的制定是为了了解电容屏的相关知识，协助公司内部相关人员更好的设计应用电容屏及相关事项，确保产品设计符合客户要求和供应商制程能力，给工程师提供设计参照和依据。【适用范围】驱动、基带、射频、结构、组件等与电容屏相关的直接或间接部门。【参考文献】电容屏驱动IC原厂提供的设计指导、供应商提供的介绍资料等，以及驱动芯片规格书。【概述】本文简单介绍了电容屏方面的相关知识，正文主要分为电子设计和结构设计两个部分。电子设计部分包含了原理介绍、电路设计等方面，结构设计部分包好了外形结构设计、原料用材、供应商工艺等方面。【名词解释】1. V.A区：装机后可看到的区域

3、，不能出现不透明的线路及色差明显的区域等。2. A.A区：可操作的区域，保证机械性能和电器性能的区域。 3. ITO：Indium Tin Oxide氧化铟锡。涂镀在Film或Glass上的导电材料。4. ITO FILM：有导电功能的透明PET胶片。5. ITO GALSS：导电玻璃。6. OCA：Optically Clear Adhesive光学透明胶。7. FPC:可挠性印刷电路板。8. Cover Glass（lens）：表面装饰用的盖板玻璃。9. Sensor：装饰玻璃下面有触摸功能的部件。（Flim Sensor OR Glass Sensor）【电子设计】一、电容式触摸屏简介电

4、容式触摸屏即Capacitive Touch Panel（Capacitive Touch Screen），简称CTP。根据其驱动原理不同可分为自电容式CTP和互电容式CTP，根据应用领域不同可分为单点触摸CTP和多点触摸CTP。1、实现原理电容式触摸屏的采用多层ITO膜，形成矩阵式分布，以X、Y交叉分布作为电容矩阵，当手指触碰屏幕时，通过对X、Y轴的扫描，检测到触碰位置的电容变化，进而计算出手指触碰点位置。电容矩阵如下图1所示。图1 电容分布矩阵电容变化检测原理示意简介如下所示：名词解释：0：真空介电常数。1 、2：不同介质相对真空状态下的介电常数。S1、d1、S2、d2分别为形成电容的面积

5、及间距。图2 触摸与非触摸状态下电容分布示意非触控状态下：C=Cm1=10S1/d1触控状态下：C=Cm1*Cmg/(Cm1+Cmg)，Cm1=10S1/d1，Cmg=Cm1=20S2/d2电容触摸驱动IC会根据非触控状态下的电容值与触控状态下的电容值的差异来判断是否有触摸动作并定位触控位置。2、自电容与互电容自电容式CTP是利用单个电极自身的电容变化传输电荷，由一端接地，另一端接激励或采样电路来实现电容的识别（测量信号线本身的电容）。自电容式CTP的坐标检测是依次检测横向和纵向电极阵列，根据触摸前后电容变化分别确定横向和纵向坐标，然后组合成平面坐标确定触摸位置。当触摸点只有一个时，组合后的坐

6、标也是唯一的一个，可以准确定位；当触摸点有两个时，横向和纵向分别有两个坐标，两两组合后出现四组坐标，其中只有两个时真实触摸点，另两个就是属称的“鬼点”。所以自电容式CTP无法实现真正的多点触摸。互电容式CTP失利用两个电极进行传输电荷，一端接激励，另一端接采样电路来实现电容的识别（测量垂直相交的两个信号之间的电容）。互电容式CTP坐标检测也是检测横向和纵向电极阵列，不同的是它是由横向依次发送激励而纵向同时接收信号，这样可以得到所有横向和纵向交汇点的电容值，根据电容值的变化可以计算出每一个触摸点的坐标，这样即使有多个触摸点也能计算出每个触摸点的真实坐标。所以互电容式CTP可以实现真实多点触控。自

7、电容的优点是简单、计算量小，缺点是单点、速度慢；互电容的优点是真实多点、速度快，缺点是复杂、功耗大、成本高。3、结构及材料使用三、驱动IC简介电容屏驱动IC是电容屏工作处理的主体，是采集触摸动作信息和反馈信息的载体，IC采用电容屏工作的原理采集触摸信息并通过内部MPU对信息进行分析处理从而反馈终端所需资料进行触摸控制。IC与外部连接是通过对外的引脚进行的，电容屏驱动IC厂家众多，各自的设计也不尽相同，但是基本原理也是大同小异，因此个驱动IC的芯片引脚也比较类似，只有个别引脚是各自功能中特殊的设计，如下对电容屏驱动IC的引脚做一个简单的说明。驱动信号线：即Driver或TX，是电容屏的电容驱动信

8、号输出脚。感应信号线：即Sensor或RX，是电容屏的电容感应信号输入脚。电源电压：分模拟电源电压和数字电源电压。模拟电压范围一般为2.6V3.6V，典型值为2.8V和3.3V；数字电压即电平电压为1.8V3.3V，由主板端决定。电容屏设计可以设计为单电源和双电源两种模式，目前以单电源供电为主（可以减少接口管脚数）。GND：也分为模拟地和数字地两种，一般两种地共用，特殊情况下需将两种地分开以减少两种地之间的串扰现象。I2C接口：I2C接口包括I2C_SCL和I2C_SDA。I2C_SCL为时钟输入信号，I2C_SDA为数据输入输出信号。SPI接口：SPI接口包括SPI_SSEL、SPI_SCK

9、、SPI_SDI、SPI_SDO。SPI_SSEL为片选信号，低电平有效；SPI_SCK为时钟输入信号；SPI_SDI为数据输入信号；SPI_SDO为数据输出信号。RESET：芯片复位信号，低电平有效。WACK：芯片唤醒信号。TEXT_EN：测试模式使能信号。GPIO0N：综合功能输入输出IO口。VREF：基准参考电压。VDD5：内部产生的5V工作电压。以上引脚定义没有包含全部的驱动IC的功能，如LED、Sensor_ID、Key_Sensor等特殊功能作用的管脚，这些管脚需根据具体IC确认其具体作用及用法。如下是Focaltech的FT5X06系列的管脚说明。NameTypeDescript

10、ionTX0TXNOTransmit output pins.RX0RXNIReceiver input pins.AVDDPAnalog power supply.DVDDPDigital power supply (1.8V).AGNDGNDAnalog GND.DGNDGNDDigital GND.INTOExternal interrupt to the host.I2C_SCLI/OI2C clock input.I2C_SDAI/OI2C data input and output.SPI_SSELISPI Slave mode, chip select, active low.S

11、PI_SCKISPI Slave mode, clock input.SPI_MOSIISPI Slave mode, data input.SPI_MISOOSPI Slave mode, data output./RSTIExternal Reset, Low is active.WAKEIExternal interrupt from the host.TEST_ENITest mode enabled at high and float in normal mode.GPIO0NI/OGeneral Purpose Input/Output port.VDD5Pinternal gen

12、erated 5V power supply.三、ITO图形设计ITO可蚀刻成不同的图形，不过造价师相同的，而且很难讲哪个图像比其他图形工作效率高，因为触摸屏必须与电子间配合才能发挥作用。I-phone采用的图形是最简单的一种，即在ITO在玻璃一面为横向电极，在另一面为纵向电极，此设计简单巧妙但几何学要求特别的工艺电能来产生准确的焦点。图3 I-phone Pattern闭路锁合的钻石形Pattern是最常见的ITO图形，45角的轴线组成菱形块，每个菱形块通过小桥连接，此图形用于两片玻璃，一片是横向菱形排，另一片是纵向的菱形列，导电图形在玻璃内侧，行与列对应锁定后贴合。菱形图形大小不一，取决于

13、制造商，但基本在4-8mm之间，几乎所有电子控制器（CTP控制IC）都可用于此图形。图4 菱形Pattern复杂图形的ITO图形需要专用的电子控制器，有时需要购买许可。一些IC厂会根据自身的特点设计特定的Pattern，且为避免滥用或保护权利会申请图形专利。目前基础ITO Pattern有Diamond、Rectangle、Diamond& Rectangle、Hexagon等。四、布局设计要求根据驱动IC的放置位目前可分为COF、COB两种方式。COF即Chip on FPC，作为终端导向方式被广泛应用，这种设计方式可根据实际应用效果和市场变化在不更改主板的情况下更换电容屏设计方案，可兼容多

14、种电容屏驱动IC设计方案。缺点是前期和后期调试工作量大，备料周期长。COB即Chip on Board，将驱动IC融合在主板端带来的一个问题是主板和电容屏驱动IC方案确定后不能随意更改设计方案，因为电容屏驱动IC基本都不是PIN to PIN兼容的，更换方案意味着重新布局相关的主板设计。COB方案的优点成本降低，交期短，方便备料，前期设计和后期调试工作量小。无论是COF或COB方案都需要在布局走线时注意相关设计要求，根据IC原厂建议以及供应商的实际应用经验，总结如下设计注意事项：1、关键器件布局各组电源对应的滤波电容需靠近芯片引脚放置，走线尽量短，如下为IC周围元件布局示意图：图5 元件布局示

15、意图电容屏与主板连接端口周围不要走高速信号线。对于COB方案，触控IC尽量靠近Host IC。触控IC及FPC出线路径要求远离FM天线、ADV天线、DTV天线、GSM天线、GPS天线、BT天线等。与触控IC相关器件尽量放进屏蔽罩中，且尽可能采用单独的屏蔽罩。触控IC附近有开关电源电路、RF电路或其它逻辑电路时，需注意用地线隔离保护触控IC、芯片电源、信号线等。RF是手机中最大的干扰信号，因此对芯片与RF天线间的间距有一定要求：在顶部要求间距20mm，在底部要求间距10mm。适用于COF和COB方案。2、布线1）电源线尽量短、粗，宽度至少0.2mm，建议0.3mm。驱动和感应信号线走线尽量短，减

16、小驱动和感应走线的环路面积。驱动IC未使用的驱动和感应通道需悬空，不能接地或电源。对于COB方案，主板上的信号线走线尽量短，尽量接近与屏体的连接接口。建议将IC周围的驱动和感应信号按比例预留测试点，方便量产测试，最少需要各留两个测试点。I2C、SPI、INT、RESET等接口预留测试点，方便Debug。2）用地线屏蔽驱动通道，避免驱动通道对Vref等敏感信号或电压造成干扰。图6 驱动通道的地线屏蔽3）信号线（驱动通道和感应通道）建议平行走线，避免交叉走线。对于不同层走线的情况，避免两面重合的平行走线方式（FPC的两面重合平行走线会形成电容），相邻的驱动通道和感应通道平行走线之间以宽度0.2mm

17、的地线隔离，如下图所示：图7 正确走线方式图8 错误走线方式由于结构的限制，导致驱动和感应通道必须交叉走线时，尽量减少交叉的面积（降低因走线而产生的结点电容，形成的电容与面积有关），强制建议交叉进行垂直交叉走线，特别注意避免多次交叉。同时驱动和感应走线宽度使用最小走线宽度（0.070.08mm）。图9 推荐走线方式（完全垂直）图10 错误走线方式（非垂直走线）对于COB方案的多层方案，建议驱动和感应通道采用分层走线，且中间以地线屏蔽。4）信号线（驱动和感应通道）必须避免和通讯信号线（如I2C、SPI等）相邻、近距离平行或交叉，以避免通讯产生的脉冲信号对检测数据造成干扰。对于距离较近的通讯信号线

18、，需要用地线进行屏蔽图11 平行走线下地线屏蔽隔离图12 错误走线方式（交叉）5）地线及屏蔽保护芯片衬底必须接地，衬底上需放置可靠的地线过孔，建议过孔数量48个。驱动和感应通道压合点两侧均须放置地线压合点，空间允许情况下，驱动和感应通道走线两侧必须放置地线，建议地线宽度0.2mm。图13 地线保护FPC未走线区域需要灌铜，大面积灌铜能减小GND走线电阻，屏蔽外部干扰。建议采用网格状灌铜，既起到屏蔽作用又不增加驱动和感应线对地电容。建议网格铜规格：Grid=0.3mm，Track=0.1mm。无论COF或COB，连接Sensor和Guitar芯片的FPC，其信号线走线背面需铺铜，同时建议增加接地

19、的屏蔽膜。图14 接地屏蔽膜与主控板接口排线尽可能设置两根0.2mm的地线，保证电气可靠接地。如结构允许，补强可用钢板，若能保证钢板可靠接地则效果更好。6）设计参考FPC设计时需要考虑的关键尺寸如下图所示：图15 FPC关键尺寸示意图FPC走线禁止直角或折线，折弯处需倒圆弧；元件摆放区必须予以补强，方便贴片或焊接；所有过孔尽量打在补强板区域，FPC弯折区及附近不能有过孔；设计图上必须标注补强区位置及总FPC厚度，弯折区及附近不能有补强；弯折区与元件区过渡的圆角要达到R=1.0mm，并建议在拐角处加铜线以补充强度，减少撕裂风险。图16 弯折区与元件区过渡之圆角在FPC设计中还要注意元件区空间的大

20、小，特别是在结构图确认中，要充分考虑元件区大小预留结构空间。我司后续可能常用的IC（主要为4.5寸以下）的封装尺寸及外围元件：IC TypeComponentsChannel(TX*RX)Package(mm)Panel SizeFPC Outline（mm)Thickness(mm)FT52064C1R15*105*5 QFN3.59*120.75FT53064C1R20*126*6 QFN5.711*110.75GT8184C1R16*105*5 QFN2.34.016：3.02.64.03.22.

21、74.03.83.04.42.G+G结构设计要求：（注：以下参数为参考Synaptics设计标准，单位：mm）显示模组类型VA左右边框上下边框显示模组类型VA左右边框上下边框4：32.51.603.2016：92.51.603.163.01.703.253.01.753.353.21.8003.353.51.853.353.81.853.453.81.953.403.以上只是设计参考值，具体需要根据供应商制程来定。左右边框宽度大概计算方法：3.1 CTP

22、VA一般 设计比LCD AA大0.3-0.5mm;CTP AA比CTP VA大0.3-0.5mm。3.2 SENSOR外形比COVER GLASS外形单边小0.2mm。3.3 SENSOR边框走线最外侧一根距SENSOR外边通常0.5mm。3.4 SENSOR边框走线最内侧一根中AA通常0.3mm。3.5 SENSOR边框宽度计算方法：0.2+0.5+0.3+(2N-1)*单线宽度+0.2（GND线）。N为走线数。3.6 N走线数的初步估算：(AA尺寸/5)+2;3.7单线宽度 铜制程60um（牧东）,GLASS 20um（G+G），普通100um（信利、欧菲）。在设计时需注意，走线宽度需按1

23、00um的来设计外形，以保证后续供应商都可生产。4.厚度设计要求：G+F+FG+GITEMThicknessNOTEITEMThicknessNOTECover Glass0.77HCover Glass0.7OCA0.1OCA0.175常规使用0.175，还有0.15，0.2，0.25，0.3规格ITO FILM0.125厚的可用0.197的ITO GLASS0.55常用规格0.33，0.4，0.55OCA0.05或100umITO FILM0.125TOTAL1.11.1or1.15or1.24TOTAL1.425厚度有1.205，1.275，1.425注意：G+F+F结构的，不同的IC，

24、供应商建议使用的OCA的厚度是不同的。FT5206的厚度可以做1.1(0.4mm sensor)，改用GT818供应商建议1.15厚度(0.45mm sensor)。三、 结构设计注意点1、FPC外形及弯折要合理：FPC压合处形状尽量对称制作，以免受力不均，造成不易变白；FPC尽量应直出的方式，不要从侧边弯90度出线，造成热压时作业较难。见下图：2、必须做EMI防护 ，可以提高FPC的防干扰能力 但增加EMI会导致FPC变硬，不利于反复弯折，因此要求弯折区域要合理。3、不建议使用焊接接头 ，虽然可以节约成本 ，便如果焊接不好会导致整机报废，也不利于检测。4、不建议使用connect，虽然接触可

25、靠 ，但是成本高，不易备料，如果有合适的供货渠道也可以使用。5、COVER GLASS的形状尽量不要太异形，越异形的外观，对抗冲击强度影响越大。6、GLASS SENSOR上不允许异形，切角，打孔。影响价格和结构可靠性。7、在COVER GLASS上尽量减少通孔的数量，因为通孔数量多，整体强度下降，不良率上升，价格明显上升。另，MIC出音孔做在COVER GLASS上，是比较失败的设计，尽量避免。8、FPC因结构限制必须从侧边出线的，需要FPC离SENSOR边距离至少2mm以上。9、电容触摸屏SENSOR底面距LCD表面要求0.5mm。10、电容TP IC布件区域应远离天线、蓝牙、FM、WIF

26、I等模块，避免干扰。11、CTP 在ESD防护方面需要注意CTP与机壳的密封结构，同时缝隙尽量远离CTP 的侧边走线区等敏感区域。12、扬声器孔易导致ESD失效，出线FPC位置应远离出音孔，且在FPC上做上相应的露铜接地。四、 生产工艺1、COF与COB差异目前市面上主流的CTP 设计均采用COF 方式，即焊接在FPC 上。COB 方式确实在一些大厂有这样量产的，但存在三个问题：a.COB 方式目前市面上CTP IC Pin to pin 兼容资源很少，供货风险比较大；另外这样对于资源选择上也灵活些。b.本身目前做COB 方式比较成熟的欧美系产品，对于国内中小客户支持有限，大多模组厂都不建议采用，例如Atmel。c.触控IC 采购周期也相对较长（例如欧美系的有听说13W 或者更长的交期，即使台系的常规采购周期也要3W），自行采购对于公司的备料，交货风险比较大。综合以上3点，采用COF 方式。2、G+F+F