LED顯示屏：DIP、SMD、COB的封裝模式的區(qū)別及優(yōu)劣

添加時(shí)間：2021/01/09

    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(shuí)強(qiáng)誰(shuí)弱，試問誰(shuí)能最終一統(tǒng)天下？
    一、什么是COB封裝？
    COB封裝，是英語(yǔ)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(wàn)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(wàn)分之五
    單、雙色屏：小于百萬(wàn)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(wàn)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(wàn)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(wàn)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(wàn)個(gè)焊點(diǎn)。相反SMD封裝如何保證這幾百萬(wàn)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。如圖所示：

    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(wàn)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。
    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?。?br/>    COB封裝模組的重量會(huì)比SMD封裝模組的重量輕1/2。

    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°。
    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。
    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/mm2
    剪切強(qiáng)度：4.2kg/mm2
    抗沖擊強(qiáng)度：6.8kg*cm/cm2
    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=πr2=3.14X1.42=6.15mm2
    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(yǔ)
    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(yǔ)：“六腳的跑不過四腳的，四腳的跑不過無腳的”。