【導(dǎo)讀】當(dāng)今LED大屏世界如同一部三國(guó)演義,刀光劍影,血雨腥風(fēng),DIP、SMD、COB三種封裝模式分足鼎立,COB封裝在LED顯示屏應(yīng)用領(lǐng)域已漸趨成熟,尤其在戶外小間距領(lǐng)域以其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)異軍突起,誰強(qiáng)誰弱,試問誰能最終一統(tǒng)天下?
一、什么是COB封裝?
COB封裝,是英語Chip On Board的縮寫,直譯就是芯片放在板上。 是一種區(qū)別于DIP和SMD封裝技術(shù)的新型封裝方式。如圖所示
在LED顯示技術(shù)領(lǐng)域,COB封裝工藝就是將LED裸晶芯片用導(dǎo)電膠或絕緣膠固定在PCB的燈位焊盤上,然后用超聲波焊接技術(shù)對(duì)LED芯片進(jìn)行導(dǎo)電功能引線焊合,最后用環(huán)氧樹脂膠對(duì)燈位進(jìn)行包封,保護(hù)好LED發(fā)光芯片。
二、COB封裝工藝與DIP和SMD封裝工藝的區(qū)別
DIP封裝,是dual inline-pin package的縮寫, 俗稱插燈式顯示屏。是三種封裝模式中最先發(fā)展起來的。燈珠是由LED燈珠封裝廠家生產(chǎn),再由LED模組和顯示屏廠家將其插入到LED的PCB燈板上,經(jīng)過波峰焊接制作出DIP的半戶外模組和戶外防水模組。
SMD封裝,是Surface Mounted Devices的縮寫,意為:表面貼裝器件,它是SMT(Surface Mount Technology 中文:表面黏著技術(shù))元器件中的一種。 三合一是LED顯示屏SMD技術(shù)的一種,是指將RGB三種不同顏色的LED晶片封裝的SMT燈按照一定的間距封裝在同一個(gè)膠體內(nèi)。
DIP和SMD封裝工藝在固晶焊線方面與COB封裝沒有區(qū)別,它最大的區(qū)別在于使用了紅色部分的支架。大家都知道,支架一般有四個(gè)焊腿,需要通過SMT焊接到PCB板上。因此COB封裝工藝相比DIP和SMD封裝工藝最大的不同之處在于單燈省去了一個(gè)支架,因此也就節(jié)省了燈珠面過回流焊機(jī)的表貼焊接處理工藝。
三、COB封裝工藝的優(yōu)點(diǎn)
1. 高可靠性
評(píng)價(jià)可靠性的重要指標(biāo)是死燈率:
LED顯示屏行業(yè)目前使用的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是:萬分之三
COB封裝工藝目前可以使該項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到:
全彩屏:小于十萬分之五
單、雙色屏:小于百萬分之八
為什么COB封裝顯示屏具有如此高的可靠性,我們通過以下五個(gè)方面進(jìn)行分析:
A: 單燈生產(chǎn)過程控制環(huán)節(jié)減少。
大家都知道,一個(gè)全彩燈珠需要五條焊線,如圖所示
從燈珠面的生產(chǎn)角度來看,COB封裝工藝僅需要在生產(chǎn)過程中控制好這五條焊線的質(zhì)量,而SMD封裝工藝除了這五條焊線的質(zhì)量要控制好,還需要控制好燈珠面過回流焊工藝時(shí)支架四個(gè)焊腳的焊接質(zhì)量,如圖所示:
根據(jù)可靠性原理,一個(gè)系統(tǒng)的控制環(huán)節(jié)越少,可靠性越高。COB和SMD的控制環(huán)節(jié)分別是5和9,所以COB的可靠性在這方面至少比SMD高出近一倍。
再看下圖:
以一平方米的LED顯示屏為單位
如果生產(chǎn)1平米的P10,COB封裝工藝就要省去4萬個(gè)控制點(diǎn)。如果將點(diǎn)密度縮小一倍,也就是點(diǎn)密度達(dá)到P5級(jí)別,COB封裝工藝每平米就要省去16萬個(gè)焊點(diǎn)。如果將點(diǎn)密度進(jìn)一步縮小到P2.0級(jí)別,COB封裝工藝每平米就要省去100萬個(gè)焊點(diǎn)。如果點(diǎn)密度達(dá)到P1.0級(jí)別,COB封裝工藝將會(huì)省掉400萬個(gè)焊點(diǎn)。相反SMD封裝如何保證這幾百萬個(gè)焊點(diǎn)不出現(xiàn)假焊、連焊、虛焊,是一項(xiàng)令人十分頭疼的問題。
COB封裝工藝創(chuàng)造了革命性的一步,甩掉了支架表貼焊接這個(gè)環(huán)節(jié)。這也是保證COB封裝高可靠性因素中權(quán)重最高的一個(gè)因素。
B. COB封裝省去了燈珠面過回流焊工藝,不再造成傳統(tǒng)封裝工藝回流焊爐內(nèi)高溫對(duì)LED芯片和焊線失效。
眾所周知,回流焊爐內(nèi)一般會(huì)有240°的高溫。如果環(huán)氧樹脂膠TG點(diǎn)過低,或封裝過程有潮氣吸入,高溫會(huì)導(dǎo)致膠體非線性急劇膨脹,導(dǎo)致LED芯片焊線拉斷破壞失效。另外高溫會(huì)通過支架管腳將熱量快速傳導(dǎo)到芯片,造成芯片體龜裂碎化失效的可能性增加。而這種問題是最可怕的,一般在工廠老化測(cè)試時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)問題,經(jīng)過運(yùn)輸?shù)娇蛻舳嗽偈褂靡欢螘r(shí)間問題就會(huì)逐步暴露出來。
C. 散熱性好。COB封裝工藝是直接將LED裸芯片固定到焊盤上,所以散熱面積相對(duì)傳統(tǒng)封裝工藝要大,材料綜合熱傳導(dǎo)系數(shù)也高,散熱性好。
而傳統(tǒng)封裝是將LED裸芯片固定在支架內(nèi)的焊盤上,焊盤需要通過支架金屬管腳將熱量間接傳遞到PCB板上。
D. 沉金PCB板工藝。COB封裝工藝線路板采用沉金工藝,沒有采用傳統(tǒng)封裝通常使用的PCB板噴錫工藝,所以在戶外應(yīng)用條件下,活在濕熱和鹽霧環(huán)境應(yīng)用條件下,PCB板線路抗氧化能力高。
E. 戶外防護(hù)處理工藝無死角。COB封裝工藝燈面曲線圓滑呈半球面,燈面所有器件都由環(huán)氧樹脂膠包封,沒有任何的器件管腳裸露在外面。所以不管是應(yīng)用在室內(nèi),還是戶外環(huán)境或是惡劣的潮濕鹽霧環(huán)境下,都不會(huì)有器件管腳氧化造成的燈珠失效擔(dān)心。
而SMD封裝的表面沒有圓滑平整的過度曲線,會(huì)有很多凸起的四方塊,四方快上還有明顯棱角。燈珠面裸露出來的管腳需要經(jīng)過戶外防護(hù)處理來保護(hù)。
COB封裝實(shí)際上只需要對(duì)燈珠面的PCB和驅(qū)動(dòng)IC面的PCB和器件進(jìn)行納米鍍膜、抗紫外鍍膜和三防漆噴涂戶外防護(hù)處理,處理區(qū)域不存在任何的陰影區(qū),無處理死角。而SMD封裝在處理表貼燈珠的四腿或六腿焊盤的戶外防護(hù)上,在如何處理好這幾百萬個(gè)焊點(diǎn)的抗氧化能力上又將面臨另一場(chǎng)巨大的挑戰(zhàn)。
2.省成本
相對(duì)于傳統(tǒng)封裝工藝,COB封裝工藝節(jié)省了成本,主要來源于以下四個(gè)方面:
A. 節(jié)省原材料成本
COB封裝不再使用支架和編帶等金屬原材料。
B. 節(jié)省工序加工成本
COB封裝節(jié)省了燈珠線路板的切割、分光、編帶和燈面的回流焊工藝等。
C. 節(jié)省了運(yùn)輸成本
COB封裝不再使用支架,節(jié)省了支架的重量。比如一平米的SMD P3全彩屏?xí)玫?11111個(gè)支架。
COB封裝使用逐點(diǎn)精確點(diǎn)膠工藝對(duì)LED裸芯片進(jìn)行保護(hù),所以用膠量非常少,以P3全彩為例,一塊1024個(gè)燈珠的模組用膠量?jī)H僅不到3克。所以也節(jié)省了模組的重量。節(jié)省了重量就節(jié)省了物流成本。
D. 簡(jiǎn)化了生產(chǎn)組織流程,更易于管控
COB封裝工藝整合了LED顯示產(chǎn)業(yè)鏈的中、下游企業(yè)的生產(chǎn)流程,在一個(gè)企業(yè)內(nèi)部就可完成從LED燈珠的封裝到LED顯示屏的制作過程,節(jié)約了生產(chǎn)組織成本,中間環(huán)節(jié)的包裝和物流成本、質(zhì)量控制成本等?!?/div>
而SMD封裝工藝是由燈珠封裝廠將燈珠做好,打好包裝運(yùn)輸?shù)絃ED顯示屏生產(chǎn)企業(yè)。
3. 易于實(shí)現(xiàn)小點(diǎn)間距
從物理空間尺寸來看,COB封裝在設(shè)計(jì)燈珠直徑時(shí)不再受制于支架尺寸的限制,如下圖所示:
目前的技術(shù)可以將燈珠直徑設(shè)計(jì)到1.2mm,燈珠和燈珠之間的安全距離可以達(dá)到0.5mm。理論上小點(diǎn)間距可以實(shí)現(xiàn)P1.7級(jí)別。未來隨著LED芯片技術(shù)的進(jìn)步,尺寸進(jìn)一步縮小,或者有倒裝LED芯片的出現(xiàn),突破P1.0級(jí)別已為期不遠(yuǎn)。
4. 輕薄 、180°大視角 、易彎曲
A. 輕薄:
COB封裝模組的重量會(huì)比SMD封裝模組的重量輕1/2?!?/div>
以相同點(diǎn)密度的戶外模組對(duì)比,COB模組每平米比SMD模組輕5-10kg左右。
B. 180°大視角
由于COB封裝采用半球面透鏡發(fā)光,沒有面蓋遮擋,所以理論上發(fā)光角度可以達(dá)到180°?!?/div>
而SMD一般在125°,最大可達(dá)到160°左右。
C. 易彎曲
由于COB封裝沒有支架焊接,LED芯片由環(huán)氧樹脂膠密封在燈位內(nèi),所以是可以任意彎曲的,彎曲能力隨模組尺寸的大小和PCB板的厚度而決定?!?/div>
而SMD模組是不能夠彎曲的。
5.抗壓 、耐沖擊 、耐磨、 易清洗
A. 抗壓、耐沖擊、耐磨
COB模組的燈位是用環(huán)氧樹脂膠包封的,高TG點(diǎn)的膠水具有良好的物理性能如下:
抗壓強(qiáng)度:8.4kg/mm
剪切強(qiáng)度:4.2kg/mm
抗沖擊強(qiáng)度:6.8kg*cm/cm
硬度:Shore D 84
以P4燈珠為例:燈珠直徑是D=2.8mm
燈珠封裝面積是: S=πr=3.14X1.4=6.15mm
單個(gè)燈珠承受的壓力為:6.15X8.4=51.66kg
單個(gè)燈珠承受的側(cè)向剪切力為:6.15X4.2=25.83kg
B. 易清潔
COB模組燈板表面不再使用面罩,屏體戶外使用臟污后可以用水直接沖洗。
四、結(jié)束語
COB封裝, 因?yàn)檎虾秃?jiǎn)化了封裝企業(yè)和顯示屏制造企業(yè)的生產(chǎn)流程, 生產(chǎn)過程更合理、更易于組織和管控,產(chǎn)品的點(diǎn)間距可以更小、 可靠性成倍增加、成本更接近平民化。密度越高,成本優(yōu)勢(shì)越明顯,在未來小間距通往平民化的應(yīng)用方向上,COB封裝將發(fā)揮重要的作用。
COB封裝產(chǎn)品在高可靠性方面的表現(xiàn)也將會(huì)令人刮目相看。尤其針對(duì)戶外小間距應(yīng)用,一旦形成產(chǎn)能,在技術(shù)和價(jià)格上將會(huì)占據(jù)絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。
未來SMD在可靠性、實(shí)現(xiàn)更小的間距、成本方面都將面臨巨大的挑戰(zhàn)。未來SMD面臨的主要問題不是在封裝環(huán)節(jié),它最大的問題會(huì)出現(xiàn)在屏廠環(huán)節(jié)上。盡管封裝燈珠的工廠可以將燈珠的質(zhì)量做的非常好,但屏廠的綜合水平參差不齊。PCB的材料、PCB的制作工藝、驅(qū)動(dòng)IC的質(zhì)量、SMT設(shè)備的精度、SMT的生產(chǎn)水平、戶外防護(hù)處理的工藝和方法,管理者對(duì)質(zhì)量管控的理念,用戶對(duì)低價(jià)格無節(jié)制的渴望,市場(chǎng)反饋回來的信息,用戶的信心等等因素在過度競(jìng)爭(zhēng)的環(huán)境中似乎得不到一個(gè)有解的答案。
相反COB封裝由于具有革命性的突破,甩掉了支架這個(gè)大包袱,將會(huì)輕裝前進(jìn),前途變得一片光明。未來行業(yè)的發(fā)展用一句話來概括作為結(jié)束語:“六腳的跑不過四腳的,四腳的跑不過無腳的”。
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