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LED显示屏封装技术发展研究

来源:ZOBO卓邦 发布日期 2022-04-12 浏览:

  LED显示屏整合了光电技术、微技术、信息处理技术于一身。它采用自发光成像原理,具有高色彩、高亮度、高对比度、可自由定制尺寸、低功耗、纳秒响应时间、可真正实现无缝拼接等优点,广泛应用于各指挥 、会议、展览馆、商业媒体、娱乐演出、体育场馆等场所,可满足不同环境下信息发布、内容呈现、效果渲染等功能需求。本文主要对目前主流的LED小间距封装技术进行剖析和介绍,并提出了发展趋势。

  自块LED显示屏 产品问世以来,距今已历经了近40年的发展,随着行业技术的逐步成熟,市场对于高分辨率与高动态对比的显示需求日益旺盛。经历了P25,P10,P4等产品阶段后,到了2014年,点间距在2.5mm以内的产品粉墨登场,自此LED显示屏进入了小间距时代。经过7年间爆发性的发展,其生产成本随着规模效应而迅速下降,近年来对LCD、DLP拼接屏市场产生了颠覆性影响。

LED显示屏封装技术发展研究

  整个LED显示屏产业链,包含上游的LED芯片制造商、中游的LED封装和下游的终端应用显示类厂家。LED封装位于整个产业链中游位置,衔接着产业链的两端,处于非常重要的地位,每一次封装技术的革新都带来了整个产品的更新换代。为了追更小的点间距,LED行业在封装方式方面研发出不同类型的工艺,市面上主流的封装技术主要分为:直插式、SMD、IMD、COB等等。

  1、直插(LAMP)工艺

  直插式LED封装方式在2010年之前为主流的封装方式。直插式LED采用的是灌装密封的工艺,灌装密封是将已完成压焊的LED支架器件(含灯芯、导线、支架)插入到已注入灌封胶的LED碗状模腔内,然后通过烘烤使灌封胶凝固,后从膜腔中整体剥离出成型的LED。受限于直插式本身的结构,使得封装体积较大,因此直插LED模组主要应用于P20-P10间距场景,个别场景下小只能做到P6,虽然无法应用在小间距显示场景,但因其的防水性,较高的亮度,在户外场景用途广泛。

  2、SMD(SurfaceMountedDevices,表贴式)

  SMD封装工艺的出现使LED产品点间距快速缩小。它自2004年诞生以来发展迅速,在2013年以后实现小间距量产化,该封装方式成品点间距可以做到0.9mm-10mm之间,具备技术成熟稳定、自动化水平高、散热效果好、制造成本低、维修方便等优点,目前占据着市场的主流。SMD是将LED芯片(由R/G/B三色的LED组成)用热固性树脂灌胶,封装于支架,同时将LED引线也焊接在支架上,然后通过贴片机贴装、回流焊机焊接在PCB板上,形成一个小的显示模块。在SMD工艺中,上游封装公司完成芯片的固晶、焊线、模压、分选、编带等工序制作成灯珠,中游显示屏公司负责贴片及回流焊形成显示模块。

  随着LED显示向小间距、甚至微间距方向的发展,SMD器件变得更小,对于SMT贴片工艺的精细度及复杂度提出了考驗。比如原来P4.0的产品,每平米只需贴62500片灯珠;到了P2.5,每平米就需要贴16万片灯珠;目前主流的P1.25点间距产品,每平米则需要贴近70万片灯珠,P1.0以下每平米则需要贴百万颗以上,对生产工艺及生产效率的要求成倍提高。另一方面太小的元器件也给售后服务造成了很大困扰,维保人员无法在现场针对1mm以下的产品进行维修。总之目前SMD在显示微距化发展阶段,面临巨大的技术瓶颈,P0.9既是,亦是终点。

  3、COB(ChipOnBoard,板上芯片封装)

  COB封装从2014年前后实现量产,近年来市场占有率快速提升,它与SMD工艺走的是不同的技术路线。它的出现优化整合了位于上游的芯片制造商,中游的各大封装厂,以及下游的显示终端供应商的核心技术,产业的相关附加价值从下游显示向中游封装转移,提升了封装环节的集成度,下游显示屏厂家更多承担了单一的组装环节。

  COB封装(正装方式)是将LED裸芯片用银胶粘附在PCB基板上,然后进行用引线焊接实现其电气连通,后用热固性树脂进行表面密封填充,以实现封装。

  COB封装还有种芯片倒装的方式,相较于正装的方式,它省去了引线连接,逐渐成为COB封装的主流。从产品工艺结构来看,一方面,倒装COB能省去作为导线的金线,从而实现成本优化;另一方面,因为电倒装,直接贴在基板上,无论牢固性及驱动电流通过量都得到很大提高。

  COB封装相较SMD封装具备如下几点优势,在压缩点间距方面,COB封装因为其封装的工艺特性,突破了逐个芯片表贴的工艺限制,能够较为从容地实现0.5mm-0.9mm点间距;在强度方面,由于该封装方式中灯珠与PCB基板整体采用热固性树脂封装,而不是通过焊接方式固定,因此具有更高的强度。相较于SMD平均1.5-3.5kg的灯珠承受推力,COB的灯珠承受推力可达到15kg以上;在防护等方面,COB封装结构不存在SMD方式中支架与注胶间的缝隙,大大减少了水汽渗入破坏芯片的可能性,防水防尘能做到IP65的等。产品在高湿度,灰尘大的场景中具有更高的使用寿命;此外COB封装还具备更大的视角、抗静电能力强等优点。COB封装现在还存在一些难题,比如:显色均匀性仍不如SMD产品,不同批次的产品容易出现模块化严重的问题;封装一次性通过率不高、工艺成本居高不下;维护上面由于无法进行单像素修复,维修成本较高。

LED显示屏封装技术发展研究

  LED在照明和显示行业有成熟的应用。我国LED行业经过多年发展,已经具备从材料到装备的完整产业链,超过2/3的LED产业链资源集中在我地,主要分布在珠三角、长三角和浙闽地区,单LED显示市场规模就达到650亿元。目前,小间距LED屏正加速普及,很多厂商都展出了Mini/MicroLED超高清显示屏,这些显示屏具有大视角、高对比、高色域、高灰度的性能,被认为是未来产业发展新方向。同时,疫情带来远程会议需求增长,很多厂商推出了会议一体机。此外,超高清5G+8K成为厂商比拼技术的新方向,多家公司推出了新的5G+8K解决方案。

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