新型的集成式封裝方式——COB（板上芯片）封裝，直接將LED裸芯片封裝到模組基板上，然后進(jìn)行整體模封。這種COB封裝的全彩LED模組具有制造工藝流程少、封裝成本較低、封裝集成度高、顯示屏的可靠性好和顯示效果均勻細(xì)膩等特點(diǎn)，有望成為未來(lái)高密度led顯示屏模組的一種重要的封裝形式。

    1COB封裝模組結(jié)構(gòu)

    受到表面貼裝封裝形式的LED顯示模組單個(gè)像素封裝尺寸的限制，要想進(jìn)一步減小LED表面貼裝器件的尺寸已經(jīng)變得非常困難。由電子產(chǎn)品可靠性理論可知，眾多分立元件組裝在一起的可靠性遠(yuǎn)低于集成元件，因而要想提高小間距l(xiāng)ed顯示屏模組的可靠性，必須提高LED封裝的集成度。借鑒大規(guī)模集成電路封裝中的COB技術(shù)，可以大大提高LED顯示模組的像素密度。COB封裝可實(shí)現(xiàn)高密度的LED顯示陣列，它將顯示的最小單位上升為COB顯示模組。COB顯示模組的封裝載體是顯示模組的線(xiàn)路基板，直接將紅綠藍(lán)三色LED裸芯片封裝在顯示模組線(xiàn)路基板上，完成LED的電氣連接和機(jī)械固定，并提供LED工作時(shí)的散熱通路和光學(xué)通路。這種通過(guò)COB工藝封裝后得到的不再是單一的LED發(fā)光器件，而是具有顯示功能的顯示部件，這便是集成化的COB顯示模組。

    在COB基板的每一個(gè)像素點(diǎn)位置封裝了紅綠藍(lán)三色裸芯片，三色芯片共陽(yáng)極連接，這種方式可以適用于現(xiàn)有的LED顯示屏的掃描驅(qū)動(dòng)方法。

    這種COB封裝的RGB顯示模組將傳統(tǒng)的表面貼裝LED燈珠的封裝和模組基板的組裝兩個(gè)工藝過(guò)程合二為一，在完成LED封裝的同時(shí)也完成了基板的封裝，使得原本復(fù)雜的工藝流程得到大幅度簡(jiǎn)化，所用的原材料也大幅度減少，生產(chǎn)成本大幅度降低。

    由于將整個(gè)模組上的LED芯片和驅(qū)動(dòng)芯片都集成在一起，LED芯片可以得到很好的機(jī)械保護(hù)，可靠性大大提高，可以實(shí)現(xiàn)小于2.0mm的像素間距。由于封裝工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，更適合于批量生產(chǎn)。LED芯片直接封裝到模組基板上，散熱路徑變短，散熱效果變好，從根本上解決了現(xiàn)有的LED顯示屏容易死燈的問(wèn)題。

    2COB模組的封裝工藝

    為研究COB封裝工藝應(yīng)用于LED顯示模組制造的可行性，我們?cè)O(shè)計(jì)了像素點(diǎn)間距為2.0mm的COB封裝顯示模組，完成了COB顯示模組樣板的制作。由于LED顯示模組的COB封裝是將紅綠藍(lán)LED裸芯片直接封裝到基板上，因此，該基板不僅提供LED裸芯片的安裝固定和電氣連接，還要保證可以將多個(gè)LED顯示屏模組拼在一起構(gòu)成一個(gè)完整的LED顯示屏。這就要求每一個(gè)像素的點(diǎn)間距是一致的，即COB封裝中的固晶、焊線(xiàn)和模封等工藝及基板設(shè)計(jì)均要保證各像素的一致性。

    2.1LED裸晶與封裝基板布線(xiàn)

    選用如圖3所示的紅綠藍(lán)LED裸芯片，其中紅光芯片為反電極垂直結(jié)構(gòu)，芯片的下表面為陽(yáng)極，陰極在芯片上表面；藍(lán)光芯片和綠光芯片均為藍(lán)寶石襯底的水平結(jié)構(gòu)，陽(yáng)極和陰極均在芯片上表面。為適應(yīng)LED顯示屏的掃描驅(qū)動(dòng)，將組成一個(gè)像素的紅綠藍(lán)三顆LED芯片的陽(yáng)極通過(guò)焊線(xiàn)連接在一起。這種共陽(yáng)極的連接方案可使基板上有更寬的空間用于布線(xiàn)。

    設(shè)計(jì)的LED顯示屏COB模組基板焊線(xiàn)圖如圖4所示，組成一個(gè)顯示像素的紅綠藍(lán)三顆芯片均固晶到一個(gè)大焊盤(pán)上，保證足夠大小的固晶空間，同時(shí)大面積的銅焊盤(pán)使得COB模組基板的散熱性能提高，減少死燈，增強(qiáng)可靠性。

    紅綠藍(lán)三顆LED芯片的陰極通過(guò)焊線(xiàn)焊接到線(xiàn)性分布的三個(gè)陰極焊盤(pán)上，藍(lán)光和綠光芯片的陽(yáng)極焊接到用于固晶的陽(yáng)極大焊盤(pán)上，每個(gè)顯示像素需要綁定5根連線(xiàn)，焊線(xiàn)方向一致，焊線(xiàn)長(zhǎng)度相同，在合適精度的自動(dòng)焊線(xiàn)設(shè)備的保證下，很容易獲得高良率的COB模組。

    2.2封裝工藝流程

    首先將紅綠藍(lán)三色芯片粘貼在基板上，然后利用引線(xiàn)鍵和技術(shù)進(jìn)行LED芯片和基板的電氣連接，之后利用半透明黑色塑封料對(duì)LED芯片進(jìn)行塑封，起機(jī)械保護(hù)作用，在光學(xué)上則可以起到防止相鄰像素間串光，提高對(duì)比度的作用。

    3COB模組的測(cè)試

    圖5為經(jīng)過(guò)上述工藝封裝好的COB模組，由圖5可見(jiàn)經(jīng)過(guò)整板塑封后的LED顯示屏模組一致性非常好。

    COB封裝過(guò)程中的固晶、焊線(xiàn)和模封是最關(guān)鍵的三個(gè)步驟。固晶不良會(huì)影響后續(xù)的焊線(xiàn)操作。如圖6所示，由于固晶的焊盤(pán)設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致LED芯片下表面未完全覆蓋銀膠，使得在焊線(xiàn)時(shí)受力不均勻，造成焊線(xiàn)的良率下降。理想的固晶結(jié)果是LED芯片下表面的四邊都能壓在銀膠上，即所謂的四面包膠。固晶和焊線(xiàn)焊盤(pán)共同決定焊線(xiàn)的方式，不合理的基板設(shè)計(jì)也會(huì)增加焊線(xiàn)的難度，從而降低焊線(xiàn)良率。因而要提高LED顯示屏模組的COB封裝成品率和可靠性，一方面要保證所用LED芯片的光電性能盡量相差較小，可以選用經(jīng)過(guò)分選和測(cè)試的同一批次的LED芯片；另一方面，基板的設(shè)計(jì)要合理，在減小像素點(diǎn)間距的同時(shí)還要保證足夠的固晶空間，焊線(xiàn)方向盡量一致且焊線(xiàn)距離應(yīng)合適。

    經(jīng)過(guò)固晶、焊線(xiàn)并經(jīng)電性能測(cè)試無(wú)誤之后，就要進(jìn)行LED芯片的塑封。針對(duì)LED顯示屏模組的特點(diǎn)，可以采用整板塑封的方法。整板塑封的優(yōu)點(diǎn)是塑封一致性較好，具有更好的顯示效果，并且整板塑封可靠性高。將待塑封的模組基板放入與之對(duì)應(yīng)的模具中，倒入液態(tài)塑封膠，蓋上蓋板，恒溫固化，將模組基板從模具中取出完成塑封。模封可以很好地控制塑封厚度和平整度，操作簡(jiǎn)單，成本較低，是比較理想的整板塑封方法。

    對(duì)于LED顯示屏的COB封裝，只是改變了像素單元的封裝方式，驅(qū)動(dòng)控制方式并未改變。針對(duì)COB封裝形式的P2.0LED顯示屏模組，設(shè)計(jì)了如圖7所示的驅(qū)動(dòng)電路。采用1/32動(dòng)態(tài)掃描驅(qū)動(dòng)方式，模組的分辨率為32×32，總共包含32×32×3顆LED芯片用于顯示。整個(gè)掃描驅(qū)動(dòng)電路可以劃分為四個(gè)模塊：外部I/O模塊、行掃描模塊、列驅(qū)動(dòng)模塊和LED陣列模塊。外部I/O模塊用于接收外部的控制信號(hào)和顯示數(shù)據(jù)信號(hào)，并分別傳遞給行掃描模塊和列驅(qū)動(dòng)模塊，行掃描模塊根據(jù)要顯示的行信號(hào)，給對(duì)應(yīng)行的LED陽(yáng)極進(jìn)行供電，列驅(qū)動(dòng)模塊將串行的列顯示數(shù)據(jù)并行傳輸?shù)酱@示LED的陰極，LED陣列模塊接收行掃描模塊和列驅(qū)動(dòng)模塊的信息進(jìn)行顯示。

    COB封裝顯示模組的驅(qū)動(dòng)原理和現(xiàn)有SMD封裝模塊是相同的。只需檢測(cè)COB封裝模組的32×32×3顆芯片能夠正常發(fā)光，就可判定COB顯示模組能夠正常使用。最方便的檢測(cè)方法是分別檢測(cè)紅綠藍(lán)三色顯示效果。從圖8可以看出，COB顯示模組顏色一致性較好，亮度高，顯示陣列尺寸精度高。

    4總結(jié)

    COB顯示模組具有工藝過(guò)程簡(jiǎn)單、制造成本低廉、顯示效果優(yōu)良、可靠性高和使用壽命長(zhǎng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，是高端小間距l(xiāng)ed顯示屏最佳的選擇。

    在進(jìn)行LED顯示屏COB封裝之前，必須對(duì)所用的LED晶圓進(jìn)行仔細(xì)的測(cè)試和篩選，確保各色LED亮度和色度均勻度滿(mǎn)足需求。在基板的設(shè)計(jì)時(shí)，要給固晶和焊線(xiàn)的焊盤(pán)提供足夠大小的空間，確保固晶時(shí)能夠達(dá)到四面包膠，形成牢固的粘接。焊線(xiàn)方向和焊線(xiàn)的距離盡量設(shè)計(jì)為相同，減小焊線(xiàn)操作的難度，同時(shí)優(yōu)化焊線(xiàn)的相關(guān)工藝參數(shù)，使得焊線(xiàn)良率滿(mǎn)足需求。在進(jìn)行整板模封時(shí)，不僅要保證每個(gè)模組都能很好地進(jìn)行塑封保護(hù)，還要保證每個(gè)模組塑封的厚度一致。