未來(lái)LED顯示技術(shù)的必由之路 ——無(wú)支架去引腳集成封裝簡(jiǎn)介
來(lái)源:韋僑順COB 編輯:ZZZ 2024-03-13 14:12:47 加入收藏
前言:
近年來(lái),隨著(zhù)芯片、材料、設備、工藝等科技的飛速發(fā)展,LED顯示技術(shù)作為一項重要的信息展示技術(shù),正經(jīng)歷著(zhù)革命性的變革。在眾多創(chuàng )新中,無(wú)支架去引腳集成封裝技術(shù)以其獨特的優(yōu)勢和地位引起了廣泛關(guān)注,成為推動(dòng)LED顯示技術(shù)邁向新時(shí)代的引領(lǐng)力量。追求無(wú)支架是我們的終極目標,去引腳則是我們?yōu)閷?shí)現這一目標而付出努力的過(guò)程。其實(shí),無(wú)支架去引腳集成封裝技術(shù)對我們來(lái)說(shuō)并不陌生,早在2010年,直顯行業(yè)中首次出現了COBIP(Chip On Borad Integrated Packaging)技術(shù)專(zhuān)利和應用,而該技術(shù)就是去支架引腳化集成封裝技術(shù)的初級形態(tài)。文章中強調“無(wú)支架去引腳”的原因在于我們在進(jìn)行集成型COB產(chǎn)業(yè)技術(shù)實(shí)踐的過(guò)程中發(fā)現了許多有趣的問(wèn)題和現象。其中一個(gè)重要的發(fā)現是:“LED顯示面板的可靠性與封裝器件的支架引腳數量有重要的相關(guān)性。要想徹底解決LED顯示面板的過(guò)多失效問(wèn)題,最好的主動(dòng)性解決方案就是封裝技術(shù)去支架引腳化。支架引腳去得越徹底,面板失效問(wèn)題就解決得越好。”這也是我們在研究中獲得的一項重要認知。

圖一、LED直顯行業(yè)的兩種封裝體系技術(shù)
迄今為止,LED直顯行業(yè)涌現出兩種以封裝技術(shù)為主導的產(chǎn)業(yè)體系化技術(shù),分別是支架引腳型單器件封裝燈驅分離體系技術(shù)和無(wú)支架去引腳集成封裝燈驅合一體系技術(shù),如圖一所示。通過(guò)對COBIP技術(shù)的深入實(shí)踐研究,我們深感有必要對直顯行業(yè)的封裝技術(shù)進(jìn)行體系化分類(lèi)。相較于傳統的支架型技術(shù),新體系技術(shù)正嶄露頭角,為COBIP技術(shù)提供理論支撐,同時(shí)揭示COBIP技術(shù)產(chǎn)業(yè)化向前發(fā)展的內生動(dòng)力本質(zhì)。支架型體系技術(shù)已主導了行業(yè)30多年的發(fā)展,而未來(lái)幾十年的趨勢將由無(wú)支架型體系技術(shù)主導。從分離走向集成不僅僅是主旋律,更是LED顯示技術(shù)的必由之路。封裝體系技術(shù)的研究題目宏大,我們期待未來(lái)能與大家一同深入專(zhuān)題研討。本文重點(diǎn)簡(jiǎn)要介紹無(wú)支架去引腳集成封裝技術(shù)的核心內容。
縱觀(guān)LED直顯產(chǎn)業(yè)鏈我們迎來(lái)了物聯(lián)網(wǎng)5G環(huán)境下4K和8K顯示時(shí)代的到來(lái),同時(shí)Mini LED和Micro LED的微間距顯示技術(shù)也帶來(lái)了工藝瓶頸挑戰。各大平臺與之相關(guān)的產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)化標準已將LED顯示面板的最重要、最關(guān)鍵的基因性評價(jià)指標提升至百萬(wàn)級。在國家實(shí)現雙碳目標的奮斗需求、資源節約型社會(huì )發(fā)展需求和各種新型顯示技術(shù)應用形態(tài)的出現下,企業(yè)產(chǎn)品進(jìn)入民用消費級市場(chǎng)的決心也日益凸顯。在這樣的大環(huán)境下,我們不禁要問(wèn),封裝技術(shù)如果不搞“無(wú)支架去引腳”,是否足以滿(mǎn)足未來(lái)的發(fā)展需求呢?
一、技術(shù)的核心特征
1. 設計特征
無(wú)支架去引腳集成封裝是一種體系化技術(shù),采用集成化設計理念。其設計特征核心在于將LED顯示面板的底層支撐技術(shù),如LED芯片、驅動(dòng)IC芯片、PCB線(xiàn)路板等進(jìn)行深度整合,實(shí)現了燈驅和顯示像素的一體化設計。獨特之處在于去除了傳統設計中器件類(lèi)封裝技術(shù)所采用的支架和引腳元素,摒棄了燈驅分離的架構方案。LED芯片和驅動(dòng)IC芯片能夠更加緊密地結合在一起,實(shí)現了燈驅合一或燈驅同像素內合封架構方案,從而提高LED顯示面板的整體集成度。
2. 工藝特征
傳統體系技術(shù)LED顯示面板的生產(chǎn)工藝采用封裝后的器件級焊接技術(shù)。相較之下,新體系技術(shù)LED顯示面板的生產(chǎn)工藝采用封裝中芯片級的焊接技術(shù)。這種工藝不僅前置性處理了焊接工藝和一次通過(guò)率的問(wèn)題,而且具有更高的精密度挑戰性。

圖二、裸晶芯片級高精度固焊COBIP技術(shù)
3. 產(chǎn)品特征
新體系技術(shù)LED顯示面板是一塊板的燈驅合一或燈驅合封集成架構,而非傳統體系技術(shù)的兩塊板的燈驅分離架構。
4. 產(chǎn)業(yè)特征
相較于傳統體系技術(shù)產(chǎn)業(yè),新體系技術(shù)具有更高的產(chǎn)業(yè)集成度。第一代COBIP技術(shù)實(shí)現了行業(yè)內的產(chǎn)業(yè)環(huán)節縱向集成,即封裝企業(yè)與顯示屏制造企業(yè)的集成化生產(chǎn)。第二代COCIP技術(shù)更進(jìn)一步,可以實(shí)現行業(yè)間的跨產(chǎn)業(yè)橫向集成,即直顯行業(yè)COBIP企業(yè)與驅動(dòng)IC行業(yè)封裝企業(yè)的集成化生產(chǎn)。
二、優(yōu)勢
1. 理論優(yōu)勢
1.1 理論框架完備
通過(guò)對COBIP技術(shù)的系統總結,新體系技術(shù)形成了理論核心——"去支架引腳化"及相對完整的理論體系。這為未來(lái)在該體系框架內演化的代差技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了理論依據。
1.2 技術(shù)演化的想象空間
COBIP技術(shù)作為新體系技術(shù)框架內的第一代技術(shù),是新體系技術(shù)發(fā)展的初級形態(tài)和未來(lái)發(fā)展的門(mén)檻性技術(shù)。第二代技術(shù),如COCIP和CNCIP,完成了COBIP技術(shù)未能解決的問(wèn)題,即將驅動(dòng)IC裸晶化,實(shí)現了全去支架引腳化目標。未來(lái)在新體系技術(shù)框架內代差技術(shù)演化的想象空間仍然巨大,但都會(huì )遵循無(wú)支架去引腳集成化的理論原則。
2. 技術(shù)優(yōu)勢
2.1 解決傳統技術(shù)面臨的瓶頸
傳統體系技術(shù)在應對新型顯示技術(shù)的要求上已觸及發(fā)展天花板,而新體系技術(shù)則可繼續推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。其優(yōu)勢體現在解決LED顯示面板失效、導熱、散熱、光衰減等問(wèn)題上,提高了產(chǎn)品的可靠性、導熱性和光學(xué)一致性效果,同時(shí)改善了視頻信號處理的動(dòng)態(tài)響應速度,LED顯示面板具有完美的熱均分布,顯著(zhù)改善了顯示畫(huà)質(zhì)。
2.2 產(chǎn)品特性的改變
隨著(zhù)新體系技術(shù)的不斷演化,LED顯示產(chǎn)品的性狀將發(fā)生根本性的改變,變得更加輕薄、柔性、可透明,演化至終極目標——薄膜顯示材料。LED顯示產(chǎn)品不再局限于傳統的屏顯技術(shù),而是朝著(zhù)貼顯、牌顯、袋顯、可穿戴顯示、卷軸顯示和膜顯等多元化應用形態(tài)發(fā)展。

圖三、 無(wú)支架去引腳集成封裝CNCIP技術(shù)
3. 產(chǎn)業(yè)化優(yōu)勢
3.1 資源利用效率提升
新體系技術(shù)在產(chǎn)業(yè)內的縱向和橫向集成化整合能更好地利用人、材、物資源,符合社會(huì )發(fā)展需要的資源節約型產(chǎn)業(yè),實(shí)現標準化、智能化、規?;?、脈動(dòng)化、定制化和集約化協(xié)調平衡。
3.2 高質(zhì)量發(fā)展
實(shí)現產(chǎn)業(yè)的標準化和規?;l(fā)展,提高產(chǎn)品質(zhì)量,降低產(chǎn)品成本,是新體系技術(shù)在產(chǎn)業(yè)化中的優(yōu)勢。這將推動(dòng)LED直顯行業(yè)邁向高質(zhì)量發(fā)展。
4. 社會(huì )發(fā)展優(yōu)勢
4.1 節約社會(huì )資源
采用新體系技術(shù)的產(chǎn)品在碳軌跡評價(jià)和社會(huì )資源節約效果方面具有明顯的優(yōu)勢。新體系技術(shù)有望更好地實(shí)現國家實(shí)現雙碳目標的奮斗需求,得到國家產(chǎn)業(yè)政策的大力扶持。
5. 市場(chǎng)優(yōu)勢
5.1 拓展消費級市場(chǎng)
新體系技術(shù)的可靠性、低成本和多元化應用形態(tài)將使LED直顯行業(yè)的產(chǎn)品更易進(jìn)入民用的消費級市場(chǎng),從而拓展市場(chǎng)規模,使產(chǎn)業(yè)規模不再停滯在幾百億。
5.2 高可靠性產(chǎn)品
隨著(zhù)新體系技術(shù)的推動(dòng),LED直顯產(chǎn)品將變得更加可靠,產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)業(yè)規模不再成為矛盾,從而更好地滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。
三、標準與基因性評價(jià)指標
1. 標準
新體系技術(shù)積極參與LED顯示產(chǎn)品標準的制定工作,已涉及的團體標準有:
l《Mini LED商用顯示屏通用技術(shù)規范》T/SLDA01-2020
該標準首次采納了LED顯示產(chǎn)品按封裝體系化技術(shù)分類(lèi),具有劃時(shí)代意義。
l《綠色低碳產(chǎn)品評價(jià)技術(shù)規范Mini LED顯示屏》T/CIET 224-2023
l《產(chǎn)品碳足跡評價(jià)導則Mini LED顯示屏》T/CIET225-2023
l《車(chē)載光信息交互系統通用技術(shù)規范》T/GOTA005-2022
未來(lái),新體系技術(shù)將繼續參與更多LED顯示產(chǎn)品標準的制定工作,拓展和完善相關(guān)標準。
2. 基因性評價(jià)指標
基因性評價(jià)指標用于檢驗LED顯示面板的可靠性和抗失效能力,類(lèi)似于人體強弱與基因因素的關(guān)系。這些評價(jià)指標對LED顯示面板所使用的封裝體系技術(shù)具有重要意義。
l總失效率評價(jià)標準
建議采用總失效率作為評價(jià)指標,包括板前失效率(像素失控率)和板后失效率(驅動(dòng)IC失控率),參看圖四。

圖四、關(guān)于LED顯示面板的總失效研究
公式:總失效率 = 板前失效率 + 板后失效率
l產(chǎn)品出廠(chǎng)時(shí)評判標準
建議總失效率控制在以下范圍:
總失效率((0-9)/PPM)= 像素失控率((0-4.5)/PPM)+ 驅動(dòng)IC失控率((0-4.5)/PPM)
l產(chǎn)品使用10000小時(shí)后評判標準
建議總失效率控制在以下范圍:
總失效率((10-30)/PPM)= 像素失控率((5-15)/PPM)+ 驅動(dòng)IC失控率((5-15)/PPM)
l關(guān)注團體標準中的評價(jià)標準
我們關(guān)注到在上述的T/SLDA01-2020團標中,這一指標比我們建議的還要嚴格,只是遺憾地缺失了驅動(dòng)IC失控率的評估指標,我們想在后續的標準增定時(shí)應該會(huì )給予考慮。參見(jiàn)圖五。

圖五、T/SLDA01-2020團標中的像素失控率指標評估標準
3. 未來(lái)展望
新體系技術(shù)將繼續擔任標準制定的積極角色,參與更多LED顯示產(chǎn)品標準的制定。此外,提出的基因性評價(jià)指標標準建議有望在新時(shí)代高質(zhì)量發(fā)展中起到推動(dòng)作用,全面而科學(xué)地評價(jià)LED顯示面板的可靠性,使產(chǎn)業(yè)進(jìn)入百萬(wàn)級(個(gè)位數/PPM)新時(shí)代。
四、對COB技術(shù)的再認知
從封裝體系技術(shù)的發(fā)展角度,對COB技術(shù)在LED直顯行業(yè)的兩種發(fā)展路線(xiàn)進(jìn)行再認知,參見(jiàn)圖六。

圖六、COB封裝在LED直顯行業(yè)的兩條技術(shù)路線(xiàn)
1. COBLIP(Chip On Board Limited Integrated Packaging)
這是COB技術(shù)的一種發(fā)展路線(xiàn),被稱(chēng)為COB有限集成封裝技術(shù)。在這種技術(shù)中,使用COB在燈板上做像素集成封裝,形成帶有支架和引腳的獨立封裝器件。然后,將該器件焊接到帶有驅動(dòng)IC器件和電路的PCB板上。這屬于支架引腳型單器件封裝燈驅分離體系技術(shù)框架內的COB技術(shù)。典型的例子包括2007年出現的三合一全彩點(diǎn)陣模塊技術(shù)和2016年以后出現的IMD或Nin1技術(shù)。這些技術(shù)被簡(jiǎn)稱(chēng)為器件型COB技術(shù)。
2. COBIP(Chip On Board Integrated Packaging)
這是另一種COB技術(shù)的發(fā)展路線(xiàn),采用在一塊PCB板上使用COB進(jìn)行多像素集成封裝,并在同一塊PCB板的另一面焊接驅動(dòng)IC器件。這實(shí)現了一塊板的燈驅合一集成封裝技術(shù),屬于無(wú)支架去引腳集成封裝燈驅合一體系技術(shù)框架內的第一代技術(shù),簡(jiǎn)稱(chēng)為集成型COB技術(shù)。
3. 對兩種COB技術(shù)的評價(jià)
通過(guò)對LED顯示面板失效和實(shí)案數據的研究,發(fā)現器件型COB技術(shù)與集成型COB技術(shù)在像素失控率指標評價(jià)上存在顯著(zhù)差異。器件型COB技術(shù)通常只能達到十萬(wàn)級,即50/PPM左右,而集成型COB技術(shù)則具備進(jìn)入百萬(wàn)級((0-9)/PPM以?xún)?的能力。
關(guān)鍵觀(guān)點(diǎn):
lLED顯示面板的可靠性與封裝器件的支架引腳數量的多少有重要相關(guān)性。
l器件型COB技術(shù)雖然在去引腳上有改良,但仍未擺脫支架型體系技術(shù)框架的束縛。
l集成型COB技術(shù)在產(chǎn)業(yè)發(fā)展上取得了令人振奮的進(jìn)展,尤其在Mini LED直顯產(chǎn)品方面表現出色,內生動(dòng)力是其采用了去支架引腳化集成封裝技術(shù)。
l集成型COB技術(shù)+RGB全倒裝芯片組合方案目前被認為是實(shí)現Mini LED直顯產(chǎn)品最佳的技術(shù)路線(xiàn)。
4. 展望與警示
l從新體系技術(shù)發(fā)展看,集成型COB技術(shù)僅是一個(gè)入門(mén)級的門(mén)檻技術(shù),并不是終極高階目標方案。
l需要客觀(guān)、理性、公正地看待集成型COB技術(shù),既看到其內生成長(cháng)動(dòng)力,也看到其存在的不足,不可將其過(guò)分神話(huà)與Micro LED產(chǎn)品劃等號。
l集成型COB技術(shù)尚不具備實(shí)現Micro LED產(chǎn)品的能力。
通過(guò)認知COB技術(shù)在LED直顯行業(yè)中的發(fā)展,可以更好地理解其技術(shù)特點(diǎn)、局限性以及未來(lái)的發(fā)展方向。
五、技術(shù)面臨的挑戰和對未來(lái)發(fā)展的預測
1. 技術(shù)面臨的挑戰
盡管無(wú)支架去引腳集成封裝技術(shù)在直顯Mini LED產(chǎn)品領(lǐng)域取得顯著(zhù)成果,但仍然面臨一些挑戰:
l制造復雜性增加: 高度集成化設計可能增加制造過(guò)程的復雜性,對工藝提出更高要求。
l散熱效果: 如何在保持高度集成化的同時(shí)確保產(chǎn)品的散熱效果是需要解決的問(wèn)題,尤其對于高亮度、高功耗的顯示產(chǎn)品。
這些挑戰需要產(chǎn)業(yè)在材料、設備和工藝方案上深入協(xié)調配合,尋找突破點(diǎn)來(lái)解決,但已經(jīng)引起全球性關(guān)注,產(chǎn)業(yè)正在共同努力應對。
2. 對未來(lái)發(fā)展的預測
站在體系技術(shù)的高度看問(wèn)題,我們認為:”未來(lái)行業(yè)的發(fā)展方向還是由封裝技術(shù)所主導“。在以COBIP技術(shù)作為Mini LED產(chǎn)品底層支撐技術(shù)發(fā)展影響力的帶動(dòng)下,2020年會(huì )成為直顯行業(yè)發(fā)展的重要歷史時(shí)間節點(diǎn)。從這一時(shí)刻起至2030年這10年期,我們看到行業(yè)體系技術(shù)正經(jīng)歷由分離走向集成的交疊過(guò)渡期,也是產(chǎn)業(yè)技術(shù)由低端向高端轉型的黃金期。這一時(shí)期行業(yè)各種慨念技術(shù)撲面而來(lái),令人眼花繚亂,難辨真假、無(wú)所適從。行業(yè)同仁展現出的激進(jìn)、迷茫、焦慮、恐懼的心理狀態(tài)是很正常的表現。封裝技術(shù)體系化的分類(lèi)思想和方法或許能幫您了解過(guò)往、理清思路、看清方向。過(guò)渡期的頭半程,即前5年,集成型COB技術(shù)微小間距顯示產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)規模預計將超越傳統技術(shù)。在其推動(dòng)下,這些產(chǎn)品將攜帶新的體系技術(shù)優(yōu)勢和年均成本價(jià)格優(yōu)勢,走入更多通用和專(zhuān)業(yè)應用領(lǐng)域。如集成型COB車(chē)載后窗透明廣告貼顯示產(chǎn)品應用于國內外戶(hù)外移動(dòng)傳媒運營(yíng)領(lǐng)域,見(jiàn)圖七。集成型COB戶(hù)外小間距和常規間距顯示應用領(lǐng)域,集成型COB室內、半戶(hù)外、戶(hù)外和租賃的高亮度、低功耗、低衰減、抗磕碰高端透明顯示應用領(lǐng)域以及需要集成型COB的高可靠性和低維護率特性的專(zhuān)業(yè)顯示應用領(lǐng)域。過(guò)渡期的后半程,集成型COB技術(shù)的產(chǎn)業(yè)規模發(fā)展將出現加快趨勢,迭代應用向傳統的LED顯示領(lǐng)域快速滲透和不斷開(kāi)拓出更多的新應用領(lǐng)域。這一期間發(fā)展速度或許會(huì )出現指數級的變化。10年期后行業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)迭代基本完成,將步入后COB集成時(shí)代。無(wú)支架去引腳集成封裝技術(shù)將會(huì )深入人心。
無(wú)支架去引腳集成封裝以其自身強大的技術(shù)能力與優(yōu)勢帶動(dòng)、整合和集成產(chǎn)業(yè)資源,提高生產(chǎn)效率、降低成本和提升產(chǎn)品性能。在新體系技術(shù)的加持下,LCD行業(yè)和LED直顯行業(yè)會(huì )出現相互融合的現象,Mini LED和Micro LED技術(shù)會(huì )更加成熟,新體系技術(shù)會(huì )外溢它的影響力,更多地被用到LCD的背光板制造上,產(chǎn)業(yè)規模急劇放大,它們將會(huì )帶動(dòng)高端的商業(yè)顯示、電視、監視器等領(lǐng)域實(shí)現新技術(shù)的普及化應用。也會(huì )為戶(hù)外傳媒、智慧城市,建筑與顯示帶來(lái)更多的協(xié)調一致的充滿(mǎn)美感的顯示應用解決方案,推動(dòng)LED顯示技術(shù)的升級。與智能化和互聯(lián)網(wǎng)化技術(shù)相結合,LED顯示技術(shù)與產(chǎn)品將實(shí)現更多的智能化功能,提升用戶(hù)體驗。新體系技術(shù)的一塊板集成架構理念,將會(huì )使用更加環(huán)保的材料和工藝,顯著(zhù)降低能耗、節約資源和減少對環(huán)境的影響。新體系技術(shù)的獨特優(yōu)勢和產(chǎn)品應用形態(tài),將會(huì )快步拓展進(jìn)新的應用場(chǎng)景,如AR/VR、無(wú)人駕駛、車(chē)載光信息交互、智能家電與家居、可穿戴顯示、可粘貼顯示、便攜帶智連拼接顯示、離線(xiàn)綠能節電顯示、卷簾顯示、無(wú)人機舞美與高空3D顯示等軍用和民用領(lǐng)域。

圖七、集成型COB技術(shù)車(chē)用后窗透明廣告貼產(chǎn)品用于車(chē)載移動(dòng)傳媒運營(yíng)
一旦進(jìn)入后COB集成時(shí)代,隨著(zhù)設備、工藝技術(shù)能力的進(jìn)一步提升,材料、無(wú)線(xiàn)通信、光感微供電等技術(shù)的不斷進(jìn)步,在可以預見(jiàn)的時(shí)間內,我們認為:“至少還應有兩種技術(shù)會(huì )被無(wú)支架去引腳化地集成到那一塊神奇的板上來(lái),屆時(shí)就會(huì )出現我們所說(shuō)的終極理想目標膜顯技術(shù)卷材產(chǎn)品,人們可任意裁剪隨意粘貼的顯示材料。今天我們隨處可見(jiàn)的晶膜屏概念產(chǎn)品要想達到這個(gè)目標,還有很長(cháng)的路要走,需要底層技術(shù)和工藝技術(shù)的共同努力突破??傊畬?shí)現目標已不再是夢(mèng)想。
結語(yǔ):
如前文所述,必由之路絕非空言,期望行業(yè)同仁認真對待。無(wú)支架去引腳的集成封裝技術(shù)作為新型LED顯示技術(shù)的重要組成部分,以其獨特的技術(shù)特征和廣泛的應用前景,正在引領(lǐng)LED顯示技術(shù)的發(fā)展方向。面對種種挑戰,我們將持續努力,不斷推動(dòng)這一技術(shù)的創(chuàng )新和突破,為L(cháng)ED顯示技術(shù)開(kāi)創(chuàng )更為輝煌的明天貢獻我們的力量。
請注意,本文僅代表個(gè)人觀(guān)點(diǎn),旨在拋磚引玉。如有不妥之處,敬請批評指正。同時(shí),希望行業(yè)同仁能夠從中獲得啟發(fā)和幫助,共同促進(jìn)LED顯示技術(shù)的進(jìn)步。
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