LED顯示屏：DIP、SMD、COB的封裝模式的區別及優劣

添加時間：2021/01/09

    當今LED大屏世界如同一部三國演義，刀光劍影，血雨腥風，DIP、SMD、COB三種封裝模式分足鼎立，COB封裝在LED顯示屏應用領域已漸趨成熟，尤其在戶外小間距領域以其獨特的技術優勢異軍突起，誰強誰弱，試問誰能最終一統天下？
    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。是一種區別于DIP和SMD封裝技術的新型封裝方式。如圖所示

    在LED顯示技術領域，COB封裝工藝就是將LED裸晶芯片用導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對LED芯片進行導電功能引線焊合，最后用環氧樹脂膠對燈位進行包封，保護好LED發光芯片。
    二、COB封裝工藝與DIP和SMD封裝工藝的區別
    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展起來的。燈珠是由LED燈珠封裝廠家生產，再由LED模組和顯示屏廠家將其插入到LED的PCB燈板上，經過波峰焊接制作出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）元器件中的一種。三合一是LED顯示屏SMD技術的一種，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膠體內。

    DIP和SMD封裝工藝在固晶焊線方面與COB封裝沒有區別，它最大的區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支架，因此也就節省了燈珠面過回流焊機的表貼焊接處理工藝。
    三、COB封裝工藝的優點 1高可靠性
    評價可靠性的重要指標是死燈率：
    LED顯示屏行業目前使用的國家標準是：萬分之三
    COB封裝工藝目前可以使該項指標達到：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，我們通過以下五個方面進行分析：
    A:單燈生產過程控制環節減少。
    大家都知道，一個全彩燈珠需要五條焊線，如圖所示

    從燈珠面的生產角度來看，COB封裝工藝僅需要在生產過程中控制好這五條焊線的質量，而SMD封裝工藝除了這五條焊線的質量要控制好，還需要控制好燈珠面過回流焊工藝時支架四個焊腳的焊接質量，如圖所示：

    根據可靠性原理，一個系統的控制環節越少，可靠性越高。COB和SMD的控制環節分別是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1平米的P10，COB封裝工藝就要省去4萬個控制點。如果將點密度縮小一倍，也就是點密度達到P5級別，COB封裝工藝每平米就要省去16萬個焊點。如果將點密度進一步縮小到P2.0級別，COB封裝工藝每平米就要省去100萬個焊點。如果點密度達到P1.0級別，COB封裝工藝將會省掉400萬個焊點。相反SMD封裝如何保證這幾百萬個焊點不出現假焊、連焊、虛焊，是一項令人十分頭疼的問題。
    COB封裝工藝創造了革命性的一步，甩掉了支架表貼焊接這個環節。這也是保證COB封裝高可靠性因素中權重最高的一個因素。
    B.COB封裝省去了燈珠面過回流焊工藝，不再造成傳統封裝工藝回流焊爐內高溫對LED芯片和焊線失效。
    眾所周知，回流焊爐內一般會有240°的高溫。如果環氧樹脂膠TG點過低，或封裝過程有潮氣吸入，高溫會導致膠體非線性急劇膨脹，導致LED芯片焊線拉斷破壞失效。另外高溫會通過支架管腳將熱量快速傳導到芯片，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，一般在工廠老化測試時也不會出現問題，經過運輸到客戶端再使用一段時間問題就會逐步暴露出來。
    C.散熱性好。COB封裝工藝是直接將LED裸芯片固定到焊盤上，所以散熱面積相對傳統封裝工藝要大，材料綜合熱傳導系數也高，散熱性好。
    而傳統封裝是將LED裸芯片固定在支架內的焊盤上，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，沒有采用傳統封裝通常使用的PCB板噴錫工藝，所以在戶外應用條件下，活在濕熱和鹽霧環境應用條件下，PCB板線路抗氧化能力高。
    E.戶外防護處理工藝無死角。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。所以不管是應用在室內，還是戶外環境或是惡劣的潮濕鹽霧環境下，都不會有器件管腳氧化造成的燈珠失效擔心。如圖所示：

    而SMD封裝的表面沒有圓滑平整的過度曲線，會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過戶外防護處理來保護。
    COB封裝實際上只需要對燈珠面的PCB和驅動IC面的PCB和器件進行納米鍍膜、抗紫外鍍膜和三防漆噴涂戶外防護處理，處理區域不存在任何的陰影區，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上，在如何處理好這幾百萬個焊點的抗氧化能力上又將面臨另一場巨大的挑戰。
    2省成本
    相對于傳統封裝工藝，COB封裝工藝節省了成本，主要來源于以下四個方面：
    A.節省原材料成本
    COB封裝不再使用支架和編帶等金屬原材料。
    B.節省工序加工成本
    COB封裝節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.節省了運輸成本
    COB封裝不再使用支架，節省了支架的重量。比如一平米的SMD P3全彩屏會用到111111個支架。
    COB封裝使用逐點精確點膠工藝對LED裸芯片進行保護，所以用膠量非常少，以P3全彩為例，一塊1024個燈珠的模組用膠量僅僅不到3克。所以也節省了模組的重量。節省了重量就節省了物流成本。
    D.簡化了生產組織流程，更易于管控
    COB封裝工藝整合了LED顯示產業鏈的中、下游企業的生產流程，在一個企業內部就可完成從LED燈珠的封裝到LED顯示屏的制作過程，節約了生產組織成本，中間環節的包裝和物流成本、質量控制成本等。
    而SMD封裝工藝是由燈珠封裝廠將燈珠做好，打好包裝運輸到LED顯示屏生產企業。
    3易于實現小點間距
    從物理空間尺寸來看，COB封裝在設計燈珠直徑時不再受制于支架尺寸的限制，如下圖所示：

    目前的技術可以將燈珠直徑設計到1.2mm，燈珠和燈珠之間的安全距離可以達到0.5mm。理論上小點間距可以實現P1.7級別。未來隨著LED芯片技術的進步，尺寸進一步縮小，或者有倒裝LED芯片的出現，突破P1.0級別已為期不遠。
    4輕薄、180°大視角、易彎曲
    A.輕?。?br/>    COB封裝模組的重量會比SMD封裝模組的重量輕1/2。

    以相同點密度的戶外模組對比，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光，沒有面蓋遮擋，所以理論上發光角度可以達到180°。
    而SMD一般在125°，最大可達到160°左右。
    C.易彎曲
    由于COB封裝沒有支架焊接，LED芯片由環氧樹脂膠密封在燈位內，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模組的燈位是用環氧樹脂膠包封的，高TG點的膠水具有良好的物理性能如下：
    抗壓強度：8.4kg/mm2
    剪切強度：4.2kg/mm2
    抗沖擊強度：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
    單個燈珠承受的壓力為：6.15X8.4=51.66kg
    單個燈珠承受的側向剪切力為：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、結束語
    COB封裝，因為整合和簡化了封裝企業和顯示屏制造企業的生產流程，生產過程更合理、更易于組織和管控，產品的點間距可以更小、可靠性成倍增加、成本更接近平民化。密度越高，成本優勢越明顯，在未來小間距通往平民化的應用方向上，COB封裝將發揮重要的作用。
    COB封裝產品在高可靠性方面的表現也將會令人刮目相看。尤其針對戶外小間距應用，一旦形成產能，在技術和價格上將會占據絕對的優勢。
    未來SMD在可靠性、實現更小的間距、成本方面都將面臨巨大的挑戰。未來SMD面臨的主要問題不是在封裝環節，它最大的問題會出現在屏廠環節上。盡管封裝燈珠的工廠可以將燈珠的質量做的非常好，但屏廠的綜合水平參差不齊。PCB的材料、PCB的制作工藝、驅動IC的質量、SMT設備的精度、SMT的生產水平、戶外防護處理的工藝和方法，管理者對質量管控的理念，用戶對低價格無節制的渴望，市場反饋回來的信息，用戶的信心等等因素在過度競爭的環境中似乎得不到一個有解的答案。
    相反COB封裝由于具有革命性的突破，甩掉了支架這個大包袱，將會輕裝前進，前途變得一片光明。未來行業的發展用一句話來概括作為結束語：“六腳的跑不過四腳的，四腳的跑不過無腳的”。