LED显示屏：DIP、SMD、COB的封装模式的区别及优劣

添加时间：2021/01/09

    当今LED大屏世界如同一部三国演义，刀光剑影，血雨腥风，DIP、SMD、COB三种封装模式分足鼎立，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，谁强谁弱，试问谁能最终一统天下？
    一、什么是COB封装？
    COB封装，是英语Chip On Board的缩写，直译就是芯片放在板上。是一种区别于DIP和SMD封装技术的新型封装方式。如图所示

    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封装，是dual inline-pin package的缩写,俗称插灯式显示屏。是三种封装模式中最先发展起来的。灯珠是由LED灯珠封装厂家生产，再由LED模组和显示屏厂家将其插入到LED的PCB灯板上，经过波峰焊接制作出DIP的半户外模组和户外防水模组。

    SMD封装，是Surface Mounted Devices的缩写，意为：表面贴装器件，它是SMT(Surface Mount Technology中文:表面黏著技术）元器件中的一种。三合一是LED显示屏SMD技术的一种，是指将RGB三种不同颜色的LED晶片封装的SMT灯按照一定的间距封装在同一个胶体内。

    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，如图所示

    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，如图所示：

    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。
    再看下图：
    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，不再造成传统封装工艺回流焊炉内高温对LED芯片和焊线失效。
    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.散热性好。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.沉金PCB板工艺。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.户外防护处理工艺无死角。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。如图所示：

    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
    从物理空间尺寸来看，COB封装在设计灯珠直径时不再受制于支架尺寸的限制，如下图所示：

    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。

    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、结束语
    COB封装，因为整合和简化了封装企业和显示屏制造企业的生产流程，生产过程更合理、更易于组织和管控，产品的点间距可以更小、可靠性成倍增加、成本更接近平民化。密度越高，成本优势越明显，在未来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。
    COB封装产品在高可靠性方面的表现也将会令人刮目相看。尤其针对户外小间距应用，一旦形成产能，在技术和价格上将会占据绝对的优势。
    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。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。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”。