201 7年5月第38卷第3期 Electronics Process Technology 电子工艺技术 125 doi:10.14176 ̄.issn.1001—3474.2017.03.001 ·综述· 全彩LED显示屏COB封装模组 蒋富裕 ,千娟 ,区燕杰 .吴懿平 (1.广东天拳高科股份仃限公司.广东中山528412; 2.广东华南半导体光电研究院,广东if.f]529000; 3.华中科技人学材料科学 .j工程学院,湖北武汉430074) 摘 要:提m了一种点间距为2 mm的令彩LED显示屏C0B封装模组的封装] 艺方法。COB封装技术的应 用,简化_r当前表面贴装LED显示屏制造 『 艺,提高一J ̄LED显示屏的像素密度,增强了I ED显示屏可靠性,为 当前小问距高清高分辨率LED显示屏的封装制造提供了一个可供选择的技术方案。 天键词:COB显示模组;LED显示屏;fl,f ̄q距;高清显示 中图分类垮:TN605文献标泌码:A 文章编垮:100l一3474(2017)03—0125—04 COB Package Module with Full Color LED Display JIANG Fuyu’WANG Juan’0U Yanjie ,WU Yiping。 ,,(1.Guangdong Tsaint川-tech Co.Ltd.,Zhongshan 528421.China; 2.Guangdong South China Institute of Semiconductor 0ptoelectronics.Jiangmen 529080,China; 3.Huazhong University of Science and Technology,Wuhan 430074,China) Abstract:A COB package of LED display module is presented.The COB display module has a pixel pitch of 2 mm and full color luminescence.Compared with the commonly used surface mount LED display module. COB display module manufacturing process has been greatly simplified.Moreover,the COB display module improves the pixel density of the LED display,and enhances the reliability of the LED display screen.This COB display module is expected to become an alternative technical solution for high resolution,small pitch LED display module. Key Words:COB display module;LED display screen;small pitch pixel;HD display Document Code:A Article lD:1001.3474(2017)03.0125.04 LED 禾屏是捐rf1LED器件阵列组成,通过一 定的控制方式,川于 示文字、文本图形等各种信 息以及电视、录像信L]。的显示 幕 ’ 。人眼对不同 与RGB三基色混合仝彩就成为LED 示屏广一泛应用 的荩础。扫描 动方式的 示屏就是利刚r视觉惰 性,以足够离的频率依次 · 亮RGB发光的LED像 、颜色的分辨能力来源。二视网膜k3f¥不同类犁的视锥 细胞,分别对红绿蓝三色有不同的敏感程度。在3种 视锥细胞的 闻作J¨下,人们就口J1以对l11R、G、B 三丛色不州比例混合的颜色像素进行判别与感觉。 素,使人眼看起来各像素LED都在发光 ,这 变 化的发光像素就形成一幅幅彩色动画画 。每一LED 彩色像素一般可rn红绿蓝三颗口J‘控制的LED组合 而成。 利川视觉惰性,人U艮可在一个视觉延迟周期1人J对各 像条整体感觉而构成一幅全彩L田j面。冈此视觉惰性 LE1) 示屏行业已经进入褒鍪合阶段,各方面技 术逐渐成熟,人们对LED显示屏的显示【Ⅱ]i质要求越米 基金项目:广东省产学研计划基金项目(项目编号:2013B090600031)。 作者简介:蒋富裕(1 972一),男,硕士,主要从事电子产品认证与LED封装检测技术研究工作。 电子工艺技术 砬 E1ectronics Process Technology 2017年5月 越禹,LED /J 屏领域朝着超高清、高密度、高分辨 牢、d,I’司 和智能化等方向发腱 。因而对LED 屏屏体的制造技术尤其是LED显示屏模组的封装技术 要求越米越高,当前/J\I'H] ̄KLED显示屏的像素点间距 都 2.5 illn 以_卜,甚至延小。然而当前的高清小间 距LED 示 大都采j】j表丽贴装j合一的LED灯珠通 过川流焊的方式封装 模组基板上。这种方式虽然 技术成熟, J1j J、‘泛,然『而采用这种分立式LED器件 组装成的高 度LED 示屏,存在着良 率低、可 靠性 和敞热不良等问题。 采用本文所述新型的 集成式封堤方式——coB(板 芯片)封装,直接 将LED裸芯 封 到模组綦板J二,然后进行整体模 土寸。这@COB埘装的仝彩LED模组具有制造 艺流 程少、¨装成本较低、封装集成度高、显 屏的可 靠性好和娃示效果均匀细腻等特点,有望成为未来 高崭使LED 示屏模组的一种币要的封装形式。 1 COB封装模组结构 受剑表面贴装封犍形式的LED显示模组单个像 素 装』 、}咱,j,要恕进一步减/] ̄LED表面贴装器 件的尺寸 经变得非常困难。_1]电了产品 性理 沦 知,众多分立元件组装在一起的可 性远低』 集成元件, 萤想提高dq'fi] ̄LED 示屏模组的可 靠性,必须提高LED ̄X}装的集成度。借鉴大规模集成 电路封装lj]的COB技术,可以火大提高LED显示模 组的像素密度。COB圭寸装可实现高密度 ̄](JLED显示 阵列,它将 永的最小单位上升为COB显示模组。 COB 示模组的封装载体是显 模组的线路基板, 直接将 绿蓝三色LED_}果芯片¨装在显示模组线路基 板卜 ,完成LED的【lIlJ气连接和机械同定,并提供LED I 作时的敞热通路和光学通路 、这种通过COB_[艺 土寸装后得剑的小再足 .一 ̄{jLED发光器件,而是具 仃 ,J 功fiBb ̄9显示部件,这便足集成化的coB显,J 模组 1足 于COB封装技术的高集成" ̄LED 乐模 绢:『1]电路 板(PCB)、设 在PCB背面的驱动芯 片电路 阵列fj_I脚(球栅或杆),以及设置存PCB I 的LED灯模组组成。模组巾的每个LED 体包括 3颗灯芯、4个引脚以及1个正极(或负极, 负极结 构),恕颗RGB发光品片通过金线与对应的RGB引 村1连,I} 极通过令线与引脚棚连。 一。÷ ·’.一 -;:; 州一。j ~’; /;一j ;,3 一 ’, ’;一, ;‘.i}1◆ ■●—■_’ ■●■—叠■r盂■ ●’—■|五_日- —r■’一 ■- ■-_ 图1--*@COB封装的LED显示模组 借 现有的丧 装-_ 介一I'IOSMI) f-、f 灯跺【』、J 部的R( B{果品的分仃■I 路近接,(:()I3校 的像求 单兀电基本类似。以 l5l{极接法为例.』 11冬】2 所永。 国画 图2共阳极接法的RGB像素单元阵列(单位:mm) 住( oB 板的每一‘个像素 ·、 化。l I ¨装_r 绿l 一色}果 H - 1一, 色芯片 极连接,这种 Jt 【1.以 适用J=现自。的LED 示屏的¨狲 动力 这f ̄COB封装的RGBt ,.ej 帧纠H 擘统的 }J11lI 装LED灯珠的 装和模 板的 个I‘ 过 合 ■为…,在充成LED封装的川ll、f也 成r J 板 ¨ 装,使得 本复杂的 流 刨人 化,所 川的原材料也大幅度减少,,卜 成小人幅度降低 rf1于将整个模组}:.[t<JLED; H-” 动芯” 征一起,LED芯片叮以得剑很 的机械保护,lIJ 大大提高,可以实现小丁2.《)mmft"j像采I'l 1I… 装I 艺过程简单, 适合f批 iI: ̄t-i LED芯”f 【 接封装剑模组基板上,敞热路 变 .fIj(=}蔓I:效 ,从根本 解决r现有的LED , 容 灯的 题 2 COB模组的封装工艺 为研究coB封装L艺应厂IJ J LED ,J 恢 制造 的可行性,我f『j没训‘_,像豢点 为2 1)mⅢt'lgc:oB 封装 ,J 模组,完成了COB ./- 校 【样板的制 于LED 尔模组[I<.JcoB7J装 将 殊 LEI) 芯 片直接 装到 板上, 此,该 板小仪 fJ ̄ILEI) 裸心H- 1‘的安装 定和电气迕接. 保 I J以 f暂多 个LED 水屏模组拼 一起构成一个 的LED 示屏。这就要求每·个像素的点 足·敏 . COB 2]:-,}装巾的 品、焊线和模¨等【 及 板没 均要保证各像素的一致 2.1 LED裸晶与封装基板布线 选用如图3所示的红绿黼LED 心it.”,i 1 此 芯片为反电极垂 结构.芯片的下 为 极, 极在芯片上表面;监7%tM片 绿光芯 ’均乃l 仃 }_寸底的水 结构,刚极和 极均 芯J 太… 乃 适应LED显示屏的 描驱动,将 成·个像采l 1 蓝三颗LED芯片的阳极通过焊线迕接 一 ..这利1jL 第38卷第3期 蒋富裕,等:全彩LED显示屏cO垦塾 塑 127 阳极I佝连接方案可使牲板上有更宽的空n1J用丁布线。 卜 国 H一电曩 P_电橱 邑 }——一j P电极 a)红光 C)蓝光 图3样板所用LED千果芯片(单位:mm J 没汁 ̄t(jLED显 屏COB模组基板焊线图如图4所 示, 成一个 示像素的红绿蓝三颗芯片均固品剑 一个人焊盘上,保址足够人小的叫 空间,同时人 面 {的铜焊盘使得COB模组基板的敞热性能提高, 减少死灯,增强口]靠性。 阳掇焊盘 回一 G} B_一 图4 COB模组基板焊线图 红绿靛三颗LED 4;t-,L.的阴极通过焊线焊接到线 分 ̄j11t4_]三个阴极焊黼 蓝光和绿光芯片的 极焊 接到¨j r阑品的阳极大焊盘上,每个 示像素需要 绑定5枞连线,焊线方I,J]一致,焊线长度 同,在合 适精度的自动焊线设备的保证下,很容易获得高良 率的COB模组。 2l2封装工艺流程 先将红绿蓝j色芯片粘贴 毖板上,然后利 川]引线键和技术进_f J:LEI)芯片 和基板的电气连接,之 后利¨i T'透明黑色 N料对LEI) H进行 封,起机 械保护作川, 光 f 则可以起到防l卜卞¨邻像素问 串光,提高埘比度的作丌]。具体步骤如下: 第一步:扩品。采JfJ扩张机将厂商提供的整张 LED 片薄膜均匀 K,使附着存薄膜表面紧密排 列的LEI)晶粒拉开,便』 刺品。 第二步:背胶。将扩品好的扩晶环放在已刮好 银浆 的黹胶机面 背卜银浆。点银浆适用于散 装LED芯”。采用点胶机将适量的银浆 、 基板上。 第三步:将备好 浆的扩品环放入刺品架中, 用刺fIilJi笔将LED晶片' ̄Jl(t!PCB上。 第 步:将刺好品的基板放入热循环烘箱中恒 温静 一段时间,待银浆 化后取 。该工艺应注 意时川 可太长,否则LED芯片镀 会烤黄、氧化, 给引线键合工 造成闲难。若采用uV胶,则可在常 温下通过紫外光进行 化,卜h此可解决热网化导致 晶片键合焊 氧化的问题。 第五步:引线键合(打线)。采片j引线键合机将 LED裸 H  ̄-PCB上对 的焊柱进行弓1线键合,即 COB的_人]引线焊接。 第六步:前测。使川专J『j检测工具检测coB板。 第七步:整板模封。将 完线并经测尢误的 LED显示屏模组放入与基板对应大小的模具中,汴入 适 的导热塑封硅胶,静馏,使得模组上液体硅胶 处 一个水平 。 第八步:固化。uv{;q化,或者将埘好胶的PCB 放入热循环烘箱中恒温静 ,根据要求呵设定不同 的烘干时 。蛙 第九步:后测。将土寸装好的LED 示模组用 用 的检测 jI进行电气性能测试,区分优劣。 3 COB模组的测试 5为经过上述工艺埘装好的COB模组,m BI5可 见经过 板塑封后的LED 示屏模组一·敛性 常好。 图5 LED显示屏COB模组显微照片 COBJ:,}装过程巾的㈣品、焊线和模 是最关键 的三个步骤。同品不良会影响后续的焊线操作 如 图6所示, 丁固品的焊盘设计不合理,导致LED芯 片下表丽未完全覆盖银胶,使得在焊线时受力不均 匀,造成焊线的良率下降。理想的固品结果是LED芯 片下表嘶的四边鄙能n 存银胶上, 所谓的 面包 胶。同 和焊线焊盘共 决定焊线的方 ,不合理 的 板设计也会增加焊线的难度,从而降低焊线良 率。 而要提高LED显永屏模组的COB封装成品率 和可靠件,一方面要保讯所JItLED芯片的光电性能尽 量相差较小,町以选川经过分选和测试的 一批次 的LED芯片;另一方面,基板的设计要合理,在减小 像素点问距的同H寸还要保证足够的 品 问,』=旱线 方向尽 一致且焊线距离应合适。 图6基板设计不合理时的固晶焊线图 (下转第134页) 电子工艺技术 134 Electronics Process Technology 2017年5月 参考文献: fl1夺耀霖.厚膜电子 件【M].广州:华南理工大学出版社,1991. I2l价息产、l 部电子第四研究所.GJB 548B一2005微电子器件试验 疗法和程 .北京:总装备部军标发行部.2005:229—231. 【31贵研铂业股份有限公司.GB/T l7473—2008厚膜微电子技术用 贵金属浆料测试方法可焊性耐焊性测定【s1.北京:中国标准 版 社.2008. 收稿}J均j:2017一()5一( (上接第1 27页)经过固晶、焊线并经电性能测试无误 之后,就要进行LED芯片的塑封。针对LED显示屏模 组的特点,可以采用整板塑封的方法。整板塑封的 优点足塑封一致性较好,具有更好的显示效果,并 且整板塑封可靠性高。将待塑封的模组基板放入与 之埘应的模具中,倒入液态塑封胶,盖上盖板,恒 温同化,将模组基板从模具中取出完成塑封。模封 图8 LED显不屏COB模组三色显示效果 廉、显示效果优良、可靠性高和使用寿命长等诸多 优点。可以很好地解决现有的表面贴装三合一封装 形式所存在制造成本高、工艺过程复杂、容易死灯 和灯珠容易碰掉等诸多缺陷,是高端小间距LED显示 屏最佳的选择。 在进行LED显示屏COB封装之前,必须对所用 的LED晶圆进行仔细的测试和筛选,确保各色LEDr,i?cf 度和色度均匀度满足需求。在基板的设计时,要给 同晶和焊线的焊盘提供足够大小的审问,确保固品 町以很好地控制塑封厚度和平整度,操作简单,成 本较低,是比较理想的整板塑封方法。 刘。。1 LED显示屏的COB封装,只是改变 像 素单元的封装方式,驱动控制方式并未改变。针对 COB封装形式的P2.0 LED显示屏模组,设计了如图 7所示的驱动电路。采用1/32动态扫描驱动方式,模 组的分辨率为32×32,总共包含32 x 32×3颗LED 片川于 。整个扫描驱动电路可以划分为四个模 块:9bg-15I/O模块、行扫描模块、列驱动模块 ̄I]LED 阵列模块。外部I/O模块用于接收外部的控制信号和 显_/j 数据信号,并分别传递给行扫描模块和列驱动 模块,行扫描模块根据要显示的行信号,给对应行 时能够达到四面包胶,形成牢阎的粘接。焊线方向 和焊线的距离尽量设计为相同,减小焊线操作的难 度,同时优化焊线的相关:r 艺参数,使得焊线良率 满足需求。在进行整板模封时,不仅要保证每个模 组都能很好地进行塑封保护,还要保证每个模组趔 封的厚度一致。 的LEDI ̄[I极进行供电,列驱动模块将串行的列显示数 并行传输到待显示LED的阴极,LED阵列模块接收 行扫描模块和列驱动模块的信息进行显示。 参考文献: 【I I Liu Shih-Mim,( hen Ching—Feng.{'hou Kuang—Cht zng.The design and implementalion of a low—cost 360一degree rolo,I,F1) display syslem[J].IEEE Transactions Oil CInlsLinleF Elec!Ionics. 201 1,57(2):289—296. [21 Takahashi K.Nakajima S,Takeuehi S.Ful1.color LED displa ̄’pare·1 .fabricated on a silicon mierorefleetor【CI_IEEE Tenth Inlet national 图7全彩LED显示屏驱动原理图 Workshop on Micro Electro Meehanieal Systems.1 997:356—359. COB封装显示模组的驱动原理和现有SMD封装 模块是+MI司的。只需检NCOB封装模组的32 x 32 x 3 颗芯片能够止常发光,就可判定COB显示模组能够 [31 Chung Y T,Huang S C [,i ra M I),et a1.Full一‘·olor【lisplay devi( US7 1 4075 1 B2IP].2 ̄3-0 1-06. f4]AIi Nazeran Motlagh.Massou{I Reza Hasheini,MOI1anlm-ll1 Hoseinifar.A novel design r 3-t ̄olor LED display panel based(al 正常使Ⅲ。最方便的检测方法是分别检测红绿蓝三 色显示效果。从图8可以看出,COB显示模组颜色一 致性较好,亮度高,显示阵列尺寸精度高。 CPU processor[J].Display lechoolog3',20 1 1.7(I 1):607—6 1 3. 【5】TSAI Ming—Jong,Chang Shu—Huai.LEE Chia一1 iang.el a1. Color qualily inspe(’tion and compensation fo r’coh}r LED display modules[CI.Proceedings of the 201 1 International Conference on 4结论 COB显示模组具有工艺过程简单、制造成木低 Machine Learning and Cybernetics.Guilin China 201 1:1720—1725. 收稿¨其玎:2017一(14—28