led显示屏器件封装方式的发展及前景 原文链接：https://www.xianjichina.com/special/detail-k8凯发官网

led显示屏器件朝着全彩化、小尺寸、低电流、高可靠性和低成本的不断发展，使得led封装器件封装技术在越发重要的同时也面临着巨大的挑战。本文对led显示屏器件封装方式的发展作简要概述，主要由直插式（lamp）、亚表贴、表贴三合一（smd）；并浅谈了led显示屏器件封装的未来前景技术，如小间距、cob封装以及micro led封装，以及新技术所面临的问题。
从led显示屏市场的产业化历程来看，led显示屏器件封装的发展经历了20世纪80年代的点阵模块封装，20世纪90年代后出现的直插式封装，亚表贴、表贴封装，以及2011年以后出现的比较热门的小间距器件封装。从简单的组装到现在对于生产工艺的管控，led显示封装经历了一个个技术革新的阶段。封装环节不再是简单的组装环节，而是一个考验生产工艺及技术水平的环节。
1 led显示器件封装的发展历程
led显示屏器件的封装方式主要包括点阵模块、直插式、亚表贴、表贴三合一、cob、micro led等等，不同的封装方式，各有优缺点，适用于不同的led显示屏应用领域。相应地，led显示屏也经历了从单色（如单红、单绿、单黄等）、双色以及目前主流的rgb全彩，从早期主要用于户外到目前户内小间距的兴起，从低分辨率朝向宽色域、高分辨率的演变。这些不同的封装方式不仅推动了led显示屏的进步，同时也是对不断自我革新的过程。下面就led显示屏器件封装的发展过程中的几种方式以及现状进行介绍。
点阵模块和亚表贴已经被淘汰，很少被使用，目前主流的led显示屏器件封装方式主要为lamp、smd三合一，两者占显示市场的95%以上。所以下面就lamp和smd三合一进行介绍；而cob和micro led在发展趋势中介绍。
1.1 直插引脚式
led芯片的直插引脚式（lamp）最先研发成功并投放市场的led产品，技术成熟、品种繁多。图1为常见的lamp led封装结构示意图, 通常支架的一端有“碗杯形”结构，将led芯片固定在“碗杯形”结构内，然后采用灌封封装。灌封是先在led模腔内注入液态环氧树脂，然后插入压焊好的引脚式led支架并放到烘箱中让环氧树脂固化，再从模腔中脱离出led即成型，成为led产品。
直插式封装技术的制造工艺简单、成本低，有着较高的市场占有率。目前，直插式引脚封装的led通常是单色（红色、绿色、蓝色）发光应用于大屏幕点阵显示、指示灯等领域。早期，全彩的led显示屏是通过将红色、绿色和蓝色的3个或4个lamp led器件做为一个像素点拼接成的。近年来，rgb三合一lamp led器件也在研发中，以满足高亮、高分辨、高效率拼接的要求。目前直插式led主要应用于户外点间距在p10以上的大屏，其亮度优势、可靠性优势较明显，但由于户外点间距也朝着高密方向发展，直插受限于红绿蓝3颗器件单独插装，很难高密化，所以在户外点间距p10以下逐渐被smd器件所替代。
1.2zsmd
表贴三合一（smd）led于2002年兴起，并逐渐占据led显示屏器件的市场份额，从引脚式封装转向smd。表贴封装是将单个或多个led芯片粘焊在带有塑胶“杯形”外框的金属支架上（支架外引脚分别连接led芯片的p、n极），再往塑胶外框内灌封液态封装胶，然后高温烘烤成型，最后切割分离成单个表贴封装器件。由于可以采用表面贴装技术（smt），自动化程度较高。与引脚式封装技术相比，smd led的亮度、一致性、可靠性、视角、外观等方面表现都良好。
smd led体积更小，重量更轻，且适合回流焊接，尤其适合户内、外全彩显示屏的应用。smd led可分为支架式top led和片式（chip）led。前者常采用plcc（plastic leaded chip carrier）支架，后者采用pcb线路板作为led芯片的载体。plcc支架成本低，但是在应用中存在气密性差、散热不良、发光不均匀和发光效率下降等问题。此外，还有性能和光效更好的pct及emc材质的支架，但考虑到价格较贵，暂未在led显示屏器件上广泛应用。
目前led显示屏市场应用最多的是顶部出光型top led器件（如图2），其次是常用于户内小间距的chip led。常见的smd led的几种尺寸，如2020、1515、3528，一般以焊盘尺寸划分。焊盘是其散热的重要渠道，常见的smd led的焊盘包括户外的3.5mm×2.5mm、2.7mm×2.7mm，户内的1.5mm×1.5 mm、1.0mm×1.0mm等。这几年，随着led显示屏市场应用环境的细分，对smd led器件要求不一样。比如，针对户外led显示屏，要求高防水、高亮度、抗紫外。其中，高防水功能主要是通过支架的防水结构设计，折弯拉伸延长水汽的路径，同时在器件内部增加防水槽、防水台阶、防水孔等方式实现多重防水。而高亮度，主要通过在杯内壁喷涂高反射墙，增强光反射。对于户外抗紫外方面，逐渐采用高性能硅树脂封装胶以取代传统的环氧树脂。
又如，户内led显示屏，业内普遍追求的是高对比度、高分辨率。smd led器件封装正朝着小尺寸发展（如0808、0606、0505）以满足高分辨率led显示屏市场需要，但smd器件尺寸具有一定的局限性。当封装尺寸往0808更小尺寸封装发展时，封装的工艺难度急剧增大，良率下降，导致成本增加。这主要是受限于固晶、焊线、划片（冲切）、焊线的设备精度等因素。另外，在终端应用的成本也会增加，主要体现在贴装设备的精度、贴装效率等。
2 led封装发展趋势
led显示屏的分辨率是由封装元器件的尺寸和间距决定的，而在传统技术限制下，led器件之间间距较大，从而分辨率较低，只适合在户外远距离观看，难以在室内应用，因此过去在室内显示领域，则是由lcd、dlp（digital light procession）拼接墙和投影技术等占据主要地位。而随着技术的进步，上游产能的扩大，小间距显示成本逐渐下降，已具有商业应用基础，使得led显示屏在室内显示领域逐渐和传统显示技术形成了竞争。
随着led芯片封装技术、显示屏驱动控制技术及显示屏组装制造工艺的进步，led显示屏的分辨率得到了大幅提升，户内高密度led显示屏的像素中心距不断取得突破，2017年己迈入点间距0.xmm时代。较于dlp 、lcd等显示产品，小间距led显示屏具有高清显示、高刷新频率、无缝拼接、散热系统良好、拆装方便等特点，即使在相对较近距离观看，其显示画面超清晰，无闪烁也无颗粒感。而近几年出现的无缝、高对比度、高分辨率的cob led、micro led显示屏更是让传统的led显示屏客户眼前一亮。户内高密度led显示屏在未来几年将不断蚕食拼接墙市场，成为室内高密度大屏幕的主流显示媒介，在商用显示、指挥控制中心、高端车展、演播会议中心、电影院等室内显示场所将有广泛的应用。在室外应用方面，近年随着室外表贴led 封装技术的改进以及室外模块防护水平的提高，室外全彩屏的像素间距极限也在不断地被刷新。
led显示屏朝着高分辨率发展已成为不可逆转的趋势，而led器件（芯片）小型化、模块高密度集成化这是其关键技术，但其发展主要依赖于倒装芯片封装技术、cob封装技术以及micro led封装技术的发展。
2.1 cob 封装
随着人们对户内外的led显示屏的分辨率要求越来越高，如果还是采用传统的smd led器件进行贴片组装led显示屏，那么一方面，由于led显示器件越做越小，工艺难度急剧增大，良率低，导致单颗led器件成本增大；其次，小尺寸led器件对贴片设备的精度也要求非常高；第三，led显示屏的点间距越小，所需贴片的led器件成几何数量级增加，大大降低led屏的制造效率。而cob显示模块，采用集成封装的方式，省去单颗led器件封装后再贴片的工艺，正好解决以上问题。板上封装（chip on board）是一种将多颗led芯片直接安装在散热pcb基板上来直接导热的结构。cob封装集合了上游芯片技术，中游封装技术及下游显示技术，因此cob封装需要上、中、下游企业的紧密合作才能推动cob led显示屏大规模应用。如图3所示，为一种cob集成封装led显示模块，正面为led灯模组构成像素点，底部为ic驱动元件，最后将一个个cob显示模块拼接成设计大小的led显示屏。
cob集成封装不但能够减少支架成本和简化led屏制造工艺，还可以降低芯片热阻，实现高密度封装。选用cob封装的led显示屏在一定程度上扩展了器件的散热面积，从而让产生的热量更为容易扩散到外界。成本上，与传统的封装方式相比，cob led显示模块在实际应用中能够节省器件的封装成本。在相同功能的显示屏系统中，采用cob led的显示屏模块比传统显示屏板总体成本少30%以上，这对于广泛推广cob led显示屏有着举足轻重的意义。从应用端看，cob led显示模块可以为显示屏应用方的厂家提供更加简便、快捷的安装生产方式，大大地提高生产效率。在生产制备上，现有的大批量生产制造技术和生产设备已经能够很好地支持cob led显示模块的大规模生产，最重要的是还能保持高的良品率。
因此，从性能、成本和应用的角度来比较，cob会成为未来led显示屏封装的主流方向。但目前cob显示屏还未大规模量产，其主要原因有封装的一次通过率不高、对比度低、维护成本高等，另外其显色均匀性远不如采用分光分色的smd器件贴片后的显示屏。现有的cob封装，仍旧采用正装芯片，需要固晶、焊线工艺，因此焊线环节问题较多且其工艺难度与焊盘面积成反比。而一旦倒装小芯片技术发展成熟，省去芯片的焊线工艺，芯片组装的一次通过率将会极大提高。此外，通过减小cob单个模块面积来提高封装的一次通过率也是一个很好的方向。至于显示均匀性的问题，可通过从提高上游芯片一致性和cob显示模块的单灯逐点矫正技术来改善。总之，cob集成封装技术所面临的问题需要产业的上、中、下游协力解决。
2.2 micro led 封装
微发光二极体显示器（micro led display）为新一代显示技术，其led结构的薄膜化、微小化与阵列化，使其体积约为主流led大小的1%，每1个画素都能定址、单独驱动发光，将像素点间距由毫米级降到微米级，从而理论达1500 ppi以上甚至2000 ppi超高分辨率。micro led继承了led低功耗、高亮度、超高解析度、色彩饱和度、反应速度快、超省电、寿命较长、效率较高等优点，其功率消耗量约为lcd的10%、oled的50%。因此，micro led被视为可能颠覆产业的新一代显示技术。
micro led显示经过了十多年的技术积累，直到最近几年才逐渐进入市场。目前分为两个方向发展，一个以apple公司为代表主打小尺寸、可穿戴micro led显示屏；另一个则是以sony公司为代表主攻中、大尺寸显示。但不管应用在何领域，micro led封装技术的最大的难题是固晶工艺中如何解决led芯片在巨量转移过程保证“高良率（99.9999%以上）及转移率”。而sony在2016年6月美国infocomm上推出的cledis则采用了“模块化拼接”的方式提高转移良率，即通过降低单位面积像素密度做出小尺寸的micro led显示模块，最后拼接成大屏。图4所示为micro-transfer-printing (μtp)、mass transfer技术。micro led封装技术目前处于高速发展阶段，需要大量的投入，目前在中国大陆还没有成型的产业链，且核心技术主要被国外企业掌握。因此，国内led封装厂商需加快布局micro led技术。
结论
led显示屏器件经历了点阵模块、直插式、亚表贴、表贴三合一封装等30多年的发展，在色彩表现、分辨率、可靠性等方面不断迈向新台阶，逐渐在大屏显示领域中凸显优势。随着led显示屏在朝着高分辨率发展，led器件封装在小型化、集成化、高可靠性、高亮度的发展中面临巨大挑战，而cob led封装、micro led封装技术的发展又将给led器件封装带来全新的技术革新。