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户外小间距P3以下怎么做?COB封装工程师告诉你

COB封装在LED显示屏应用领域已渐趋成熟,尤其在户外小间距领域以其独特的技术优势异军突起,目前已突破户外P3.0级别,在不久的将来突破户外P2.0级别已势所必然。那么COB封装技术到底是何方神圣?为何一埃出现就具有如此生猛的表现,令人刮目相看? 它的技术优势到底在哪里?未来的COB产品具有哪些应用前景?看完这篇文章,相信一定程度上解决LED显示屏行业同仁们的一些疑惑。

一.什么是COB封装


COB封装的英文是Chip On Board,直译就是芯片放在板上。

在LED显示技术领域,COB封装工艺就是将LED裸晶芯片用导电胶或绝缘胶固定在PCB的灯位焊盘上,然后用超声波焊接技术对LED芯片进行导电功能引线焊合,最后用环氧树脂胶对灯位进行包封,保护好LED发光芯片。

二.COB封装工艺与DIP和SMD封装工艺的区别

DIP和SMD封装工艺在固晶焊线方面与COB封装没有区别,它最大的区别在于使用了红色部分的支架。大家都知道,支架一般有四个焊腿,需要通过SMT焊接到PCB板上。因此COB封装工艺相比DIP和SMD封装工艺最大的不同之处在于单灯省去了一个支架,因此也就节省了灯珠面过回流焊机的表贴焊接处理工艺。


三. COB封装工艺的优点

  1. 高可靠性


评价可靠性的重要指标是死灯率:
LED显示屏行业目前使用的国家标准是:万分之三

COB封装工艺目前可以使该项指标达到:全彩屏:小于十万分之五

单、双色屏:小于百万分之八

为什么COB封装显示屏具有如此高的可靠性,我们通过以下五个方面进行分析:

A: 单灯生产过程控制环节减少。

大家都知道,一个全彩灯珠需要五条焊线.

从灯珠面的生产角度来看,COB封装工艺仅需要在生产过程中控制好这五条焊线的质量,而SMD封装工艺除了这五条焊线的质量要控制好,还需要控制好灯珠面过回流焊工艺时支架四个焊脚的焊接质量.

根据可靠性原理,一个系统的控制环节越少,可靠性越高。COB和SMD的控制环节分别是5和9,所以COB的可靠性在这方面至少比SMD高出近一倍。

以一平方米的LED显示屏为单位:

如果生产1平米的P10,COB封装工艺就要省去4万个控制点。如果将点密度缩小一倍,也就是点密度达到P5级别,COB封装工艺每平米就要省去16万个焊点。如果将点密度进一步缩小到P2.0级别,COB封装工艺每平米就要省去100万个焊点。如果点密度达到P1.0级别,COB封装工艺将会省掉400万个焊点。相反SMD封装如何保证这几百万个焊点不出现假焊、连焊、虚焊,是一项令人十分头疼的问题。


COB封装工艺创造了革命性的一步,甩掉了支架表贴焊接这个环节。这也是保证COB封装高可靠性因素中权重最高的一个因素。

B. COB封装省去了灯珠面过回流焊工艺,还会带来另一个好处。不再有传统封装工艺回流焊炉内高温对LED芯片和焊线造成的失效。
众所周知,回流焊炉内一般会有240°的高温。如果环氧树脂胶TG点过低,或封装过程有潮气吸入,高温会导致胶体非线性急剧膨胀,导致LED芯片焊线拉断破坏失效。另外高温会通过支架管脚将热量快速传导到芯片,造成芯片体龟裂碎化失效的可能性增加。而这种问题是最可怕的,一般在工厂老化测试时也不会出现问题,经过运输到客户端再使用一段时间问题就会逐步暴露出来。

C. COB封装工艺是直接将LED裸芯片固定到焊盘上,所以散热面积相对传统封装工艺要大,材料综合热传导系数也高,散热性好。
而传统封装是将LED裸芯片固定在支架内的焊盘上,焊盘需要通过支架金属管脚将热量间接传递到PCB板上。

D. COB封装工艺线路板采用沉金工艺,没有采用传统封装通常使用的PCB板喷锡工艺,所以在户外应用条件下,活在湿热和盐雾环境应用条件下,PCB板线路抗氧化能力高。

E. COB封装工艺灯面曲线圆滑呈半球面,灯面所有器件都由环氧树脂胶包封,没有任何的器件管脚裸露在外面。所以不管是应用在室内,还是户外环境或是恶劣的潮湿盐雾环境下,都不会有器件管脚氧化造成的灯珠失效担心。

而SMD封装的表面没有圆滑平整的过度曲线,会有很多凸起的四方块,四方快上还有明显棱角。灯珠面裸露出来的管脚需要经过户外防护处理来保护。


COB封装实际上只需要对灯珠面的PCB和驱动IC面的PCB和器件进行纳米镀膜、抗紫外镀膜和三防漆喷涂户外防护处理,处理区域不存在任何的阴影区,无处理死角。而SMD封装在处理表贴灯珠的四腿或六腿焊盘的户外防护上,在如何处理好这几百万个焊点的抗氧化能力上又将面临另一场巨大的挑战。


2.省成本

相对于传统封装工艺,COB封装工艺节省了成本,主要来源于以下四个方面:

A. 节省原材料成本


COB封装不再使用支架和编带等金属原材料。

B. 节省工序加工成本

COB封装节省了灯珠线路板的切割、分光、编带和灯面的回流焊工艺等。

C. 节省了运输成本

COB封装不再使用支架,节省了支架的重量。比如一平米的SMD P3全彩屏会用到111111个支架。

COB封装使用逐点精确点胶工艺对LED裸芯片进行保护,所以用胶量非常少,以P3全彩为例,一块1024个灯珠的模组用胶量仅仅不到3克。所以也节省了模组的重量。节省了重量就节省了物流成本。

D. 简化了生产组织流程,更易于管控

COB封装工艺整合了LED显示产业链的中、下游企业的生产流程,在一个企业内部就可完成从LED灯珠的封装到LED显示屏的制作过程,节约了生产组织成本,中间环节的包装和物流成本、质量控制成本等。而SMD封装工艺是由灯珠封装厂将灯珠做好,打好包装运输到LED显示屏生产企业。

3. 易于实现小点间距

对于小点间距的应用趋势,COB封装未来有可能突破P1.0级别。如果单从可靠性方面来看,COB封装工艺的优势要远远强于SMD封装工艺,理由如下。

以P1.0级别为例:每平米P1.0的点密度计算如下:

1÷(0.001X0.001)=1000000

为100万个点,以每个点有4个支架焊脚计算,整个生产过程需要控制400万个焊脚管脚质量,这将是十分十分困难的,而COB封装将不会有这种困难,所以可靠性远高于SMD封装.

还有COB封装在设计灯珠直径时不再受制于支架尺寸的限制.

目前的技术可以将灯珠直径设计到1.2mm,灯珠和灯珠之间的安全距离可以达到0.5mm。理论上小点间距可以实现P1.7级别。未来随着LED芯片技术的进步,尺寸进一步缩小,或者有倒装LED芯片的出现,突破P1.0级别已为期不远。

4. 轻薄 180°大视角 易弯曲


A. 轻薄:

COB封装模组的重量会比SMD封装模组的重量轻1/2强。


以相同点密度的户外模组对比,COB模组每平米比SMD模组轻5-10kg左右。


B. 180°大视角

由于COB封装采用半球面透镜发光,没有面盖遮挡,所以理论上发光角度可以达到180°。而SMD一般在125°,最大可达到160°左右。


C. 易弯曲

由于COB封装没有支架焊接,LED芯片由环氧树脂胶密封在灯位内,所以是可以任意弯曲的,弯曲能力随模组尺寸的大小和PCB板的厚度而决定。
而SMD模组是不能够弯曲的。


5.抗压 耐冲击 耐磨 易清洗


A. 抗压、耐冲击、耐磨

COB模组的灯位是用环氧树脂胶包封的,高TG点的胶水具有良好的物理性能如下:

抗压强度:8.4kg/mm2

剪切强度:4.2kg/mm2

抗冲击强度:6.8kg*cm/cm2

硬度:Shore D 84

以P4灯珠为例:灯珠直径是D=2.8mm

灯珠封装面积是: S=πr2=3.14X1.42=6.15mm2

单个灯珠承受的压力为:6.15X8.4=51.66kg

单个灯珠承受的侧向剪切力为:6.15X4.2=25.83kg
B. 易清洁
COB模组灯板表面不再使用面罩,屏体户外使用脏污后可以用水直接冲洗。

四.COB封装产品应用

  1. 小间距领域


COB封装户外小间距已达到P3.0级别,进入到了SMD尚未达到的级别。未来也将会不断挑战户外小间距的新极限,甚至冲击P1.0级别。韦侨顺光电将采用农村包围城市的战略,利用COB封装产品的户外应用优势,迅速占领户外小间距的落地应用市场,然后再以高可靠性和低成本优势向室内小间距应用市场渗透。

2. 异形屏和创意造型屏领域

COB封装模组不仅可弯曲,而且还轻薄,很适合用于异形屏和创意造型屏领域。


3.湿热和盐雾环境应用领域


针对COB封装产品在湿热和盐雾环境下具有超强的抗氧化抗腐蚀能力,所以在湿热(如室内游泳池或水疗场所)和盐雾(如海边)等类似的特殊应用环境将会表现突出。

4. 体育场馆

针对COB封装产品的不怕碰撞、抗压和耐冲击的特点,将其应用到足球场和各种球类场馆的广告屏,学校单位的体育场馆的LED显示屏等特殊应用领域。

5.超轻薄LED显示屏和超轻薄双面LED显示屏领域

因为COB封装LED显示屏比传统显示屏的重量减轻一半,双面屏电源内置厚度也可以做到35mm,所以在对重量和厚度有特殊要求的场合,COB封装产品也将发挥重大作用。

五. 结束语

COB封装由于自身的特点与优势,将会被越来越多的人认知,也会走进更多的行业和领域。 尤其针对户外小间距应用,一旦形成产能,在技术和价格上将占据绝对的优势。未来SMD在可靠性、实现更小的间距、成本方面都将面临巨大的挑战。我们也认为,未来SMD面临的主要问题不是在封装环节,它最大的问题会出现在屏厂环节上。尽管封装灯珠的工厂可以将灯珠的质量做的非常好,但屏厂的综合水平参差不齐。PCB的材料、PCB的制作工艺、驱动IC的质量、SMT设备的精度、SMT的生产水平、户外防护处理的工艺和方法,管理者对质量管控的理念,用户对低价格无节制的渴望,市场反馈回来的信息,用户的信心等等因素在过度竞争的环境中似乎得不到一个有解的答案。相反COB封装由于具有革命性的突破,甩掉了支架这个大包袱,将会轻装前进,前途变得一片光明。密度越高,成本优势越明显,在小间距通往平民化的应用方向上,COB封装将发挥重要的作用。未来行业的发展用一句话来概括作为结束语:“六脚的跑不过四脚的,四脚的跑不过无脚的”。


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