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为什么说COB封装会逐步迭代 SMD封装成为高阶面板制造技术

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LED 显示屏微间距化已经成为显示行业发展的一个趋势。传统小间距在不断地往下探索,当间距下探到P0.X的时候,占据主流地位的SMD封装在往更小间距探索发挥的作用受到越来越多的限制。为了解决更小间距的问题,行业内出现了「四合一」、「N 合一」以 及 COB 技术等替代方案。

    COB封装技术是无支架集成封装体系技术的第1代创体系技术,而SMD封装技术拟属于有支架单器件封装体系技术的第二代技术,这两种技术在解决LED显示面板的像素失效能力上差异巨大,也是COB封装技术最终能够替代SMD封装技术最真实的原动力所在。

    几百家LED企业的激烈竞争中,小间距产品之间的差异化愈加显得重要。小间距的竞争首先体现在技术层面,SMD、IMD、COB封装(正装倒装)等技术手段升级,Mini LED、Micro LED的创新发展,都将会提升LED产品的品质和应用范围。2020年已超过10多家行业巨头和上市公司加入COB封装技术产业,聚焦投入超过百亿元的产业资本涉足COB小间距显示和Mini LED显示领域,那么究竟是什么原因推动了COB封装产业的快速发展呢?

COB封装技术

    COB:是Chip On Board的缩写。意思是:板上芯片封装技术;即将芯片用导电或非导电胶粘附在互连基板上,然后进行引线键合实现其电气连接的半导体封装工艺。简单来说,就是把发光芯片直接贴装在PCB板上,不需要支架和焊脚。与传统的SMD做法相比,COB封装省略LED芯片制作成灯珠和回流焊两大流程。芯片直接装配到PCB基本上,没有了封装器件尺寸的限制,可以实现更小的点距排列,当前Micro LED都采用COB技术。


    COB技术的工艺制程比起其他封装技术步骤简化了很多,相对简单,如下图:


    COB封装技术的LED屏特点:

    1、超级“稳定性” :几乎无故障、无死点。
    2、不“刺眼” :采用面光源而不是“刺眼”的点光源等环保技术。亮度柔和,保护人眼。
    3、不“娇性”:不怕磕碰,可以用水擦,防护等级IP66。
    4、无“拼缝”:可以“私人定制”不同尺度的精密显示屏。
    5、使用“寿命长” :24小时365天连续使用8年以上(理论10年)。
    6、“是未来”:将取代DLP、LCD、等离子、投影、电影屏幕、SMD led显示屏等显示产品。

SMD封装技术

    SMD:它是Surface Mounted Devices的缩写,意为:表面贴装器件,它是SMT(Surface Mount Technology)元器件中的一种。目前室内全彩LED屏主要采用的是表贴三合一SMD,是指将RGB三种不同颜色的LED晶片封装的SMT灯按照一定的间距封装在同一个胶体内形成显示模组的封装技术。

    主要工艺流程是将LED发光芯片封装于支架内形成灯珠(SMD表贴件),灯珠通过焊锡再贴于PCB板。再将表贴件及PCB板放入高温烤箱内进行烧结凝固(回流焊),然后通过压焊技术对LED进行引线焊接,最后用环氧树脂对支架进行点胶封装,最终形成显示模组,模组再拼接成单元。

    SMD工艺的核心材料:

    支架:导电,支撑和散热,多为支架素材经过电镀而形成,由里到外是素材、铜、镍、铜、银这五层所组成。
    LED芯片:晶片是LED Lamp的主要组成物料,是发光的半导体材料。
    导电线:连接晶片PAD(焊垫)与支架,并使其能够导通。
环氧树脂:保护灯珠的内部结构,可稍微改变灯珠的发光颜色,亮度及角度。

百万级 vs 万级

    这里提到的百万级和万级,指的都是封装技术在解决LED显示面板的像素失效能力上的界定指标。研究表明:

    1. COB封装就是百万级的技术,它的像素失控率指标可以控制在1-9/PPM内,意思是100万个显示像素,会在1-9个像素失效点范围内。SMD封装技术是万级技术,它的像素失控率指标>100/PPM, 意思是好的状态也只能达到1万个像素就有1个失效点。30多年的行业实践表明,支架封装技术是没有能力突破万级的,一般会在1-9/10000这个范围内。

    2. 支架封装技术像素失效分为内失效和外失效,内失效和外失效的数量比大概是1:9,也就是说SMD封装技术产生的像素失效主要是由外失效引起的,外失效产生的原因就是封装器件使用了支架和引脚。

    3. LED显示行业需要要反思,我们是不是要向LCD液晶显示面板标准看齐,为客户提供百万级的显示面板产品,而不是万级的产品。试想百万级和万级两个选择告诉终端客户,即使万级产品价格再便宜,客户一定会选择百万级,因为这个差距不是一星半点,而是两个数量级别的差距。这个差距就会体现在客户能否接受售后维护成本高和低阶的显示效果上。而目前能够提供百万级产品唯1的技术就是以COB集成封装为代表的无支架集成封装体系技术, 即COBIP (Chip On Board Integrated Packaging)技术。

正装芯片与倒装芯片

    在决定了选择封装技术的大方向后,也就是选择了COBIP封装技术后, LED显示面板产品才有可能具备了百万级标签,正装芯片还是倒装芯片?

    研究表明:
    1. 封装技术比芯片技术更重要
    从控制像素失控能力角度看问题,我们在行业多个平台上提出这样一种观点,即封装技术比芯片技术更重要。为什么这么说能?因为LED的芯片有个走什么封装技术路线的问题,不管是倒装芯片还是正装芯片,如果选择了支架封装技术路线,就跳不出万级能力的圈,倒装芯片的优势就发挥不出来。相反如果选择了无支架集成封装技术路线,控制面板级的像素失控能力起步就已是百万级。基于这个原因,我们一直在说,LED芯片技术只能体现行业技术发展的高度,但它不能左右行业的发展方向,行业的发展方向从来都是由封装技术所主导的。如果大家认同百万级的努力目标,结论就是封装技术比芯片技术更重要,也就是选择方向比体现高度更重要。

   2. COBIP封装技术与倒装芯片技术的作用
    COBIP技术由于是无支架集成封装体系技术,它解决了SMD支架封装技术由支架引脚引发的所有的像素外失效问题,也就是说COBIP技术解决了传统的SMD技术的总像素失效90%左右的问题,所以能力达到百万级是很容易理解的。

    而倒装芯片的作用是用来解决剩下的10%作用的内失效问题,可以把剩下的10%的内失效问题再减少一半。

    所以倒装芯片+COBIP技术组合可以将SMD封装技术产生的总失效减少95%左右,这种技术组合产生的LED显示面板的失效仅仅是SMD技术的5%左右。也就是说,倒装芯片+COBIP技术组合是LED显示行业目前最前沿的技术,这种技术不仅仅应用于小间距显示和MINI LED技术上,而是在所有LED显示面板应用上都具有强大的优势。

   3. 倒装芯片的其它优势
    除了上述的作用外,倒装芯片还具有高光效、高亮度的优势,亮度比正装芯片高出2倍左右。这样可以在不需要太高的亮度时,提供更节能省电的产品解决方案,也可提供多年的亮度衰减补偿储备,这是SMD封装技术无法做到的。如果SMD封装技术无法提供亮度补偿,最终由于设备亮度不够而导致重新更换设备。

COB封装产品的差异化优势

    长远来看,COB封装产品除了上述的百万级优势,它还具有可靠性高、体积小、防潮、防撞、防护等级高、无眩光、引脚不裸露、超轻薄、可弯曲、近180度大视角、灯珠具有超强的抗磕碰能力等优点,而且色域广,可视角度大,点间距下限最低,不怕潮湿、盐雾、化腐环境。然而,作为一种新技术应用在小间距LED行业,COB也有成本相对较高、一致性不足与维护不方便等缺点,这恰恰是制约COB技术应用的关键。

    越往微间距方向发展,SMD受物理极限和工艺等影响,目前遇到三大可靠性和稳定性问题:1.封装气密性、防护性差,因此死灯、毛毛虫等可靠性问题较多;2.  灯珠焊盘焊接面积小,搬运、安装、使用中的磕碰极易损坏灯珠;3.  灯珠焊盘裸露,干燥环境下人体触碰屏幕产生的静电极易击穿灯珠。

    据了解,在会议一体机领域,COB相对传统SMD封装技术的LED最突出的优势就是“可手写”,能够更好实现人机交互功能,这一功能能够大幅提升客户的开会体验。另外,SMD由于技术缺陷,在1.0mm点间距以下很难量产,未来随着消费升级,1.0mm以下的微间距产品更有望成为市场主流,届时,COB产品的优势会更加明显。

封装体系技术分类已入团标

    在今年的《Mini LED商用显示屏通用技术规范》中,在“4显示屏分类”的关于封装技术的分类中出现了“支架型有限集成灯驱分离技术与无支架型集成封装灯驱合一技术”的提法,虽然没有直接提到COB封装,但是把高于COB封装的体系技术进行了分类,就是分出了支架单器件封装和无支架集成封装体系技术,这是LED显示行业具有划时代意义的大事,对行业的发展是否具有影响深远,拭目以待。

迭代与革命

    倒装芯片+COB封装能渐热起来,超百亿的产业资本逐鹿其中,Made in China正在实现从低端向高端制造的蜕变,COB封装背后的无支架集成封装创新体系技术正是适应了这样一种市场希望,它才是推动这场技术迭代的真正动因。首先在COB小间距、Mini LED中的倒装COB示范效应的带动下,将会在全行业产生强悍的标杆效应,进而让COBIP技术下沉进入更多和更广泛的应用领域,比如车载移动传媒广告应用、玻璃幕墙显示应用等,最终实现全产业链的革命。


    目前在车载移动后窗透明传媒广告解决方案上使用了最先进的倒装芯片+COBIP技术。

    随着 COB 技术型小间距 LED 显示产品供给能力提升,市场认知度和接受度也不断提高。作为小间距 LED 产品的技术路线之一,COB 技术的出现,加剧行业内部竞 争,有益于整个产业保持健康的发展趋势,并为未来的市场提供充足的技术储备。同时,COB技术作为小间距 LED行业「后进」品牌的差异化武器,将着力于改善产品的视觉舒适性,进一步提升小间距产品取代其他大屏拼接屏的竞争力。

    LED小间距显示是一个高成长的市场, 当前COB技术在LED小间距领域属技术领先、竞争较小,是行业蓝海;大尺寸商业显示方面,COB可以为商业显示带来更大的价值;超高清方面,基于倒装COB的Micro led在向着更高分辨率突破。COB显示技术是目前P2至P0.5 LED小间距的先进技术。

    COB微显示产品显示效果出众,远远超出普通传统LED给商品带来的呈现效果。除了各大行业机构分析,从行业展会也可以看到,0.6-0.9间距LED产品已经进入高度成熟期,同时这些产品大多是基于COB技术。总体而言,COB小间距的间距越来越小,基于COB技术的显示市场需求旺盛,规模效益也在持续释放。不难发现,COB技术小间距进入了高速发展时期,不论是在点间距的突破,还是市场应用。从行业来分析,后疫情时代,LED显示应用将有所提升,远程医疗、大交通、远程会议系统 等细分应用领域市场。

    同时,基于COB显示技术的LED小间距将在三年内成为高清显示的主流,并逐步渗透至商业显示和民用显示,获得更大市场空间(超过500亿)。业内人士预测,2021年起,COB市场年增长率将超过50%,2023年,COB将成为百亿级市场。

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