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前沿技术:CIB全新封装架构用于LED直显及背光

字体变大  字体变小 发布日期:2021-01-26  来源:LED屏显世界  浏览次数:432
核心提示:本文简述了现LED显示封装技术(正装、倒装、COB)中的关键技术问题。本文提出了一全新的LED封装架构——CIB(chip in board),该CIB应用于LED小间距(P1.0、P1.2)显示模块设计方案,陈述了CIB新架构带来的优势:焊点裸露,激光简单高效修复缺陷焊点,图像识别确保焊点可靠,成品率有保障;工艺设备要求降低,防水、散热、串光和墨色等问题轻松解决,简化了PCB驱动板的布线,成本显著降低

 

摘要:本文简述了现LED显示封装技术(正装、倒装、COB)中的关键技术问题。本文提出了一全新的LED封装架构——CIB(chip in board),该CIB应用于LED小间距(P1.0、P1.2)显示模块设计方案,陈述了CIB新架构带来的优势:焊点裸露,激光简单高效修复缺陷焊点,图像识别确保焊点可靠,成品率有保障;工艺设备要求降低,防水、散热、串光和墨色等问题轻松解决,简化了PCB驱动板的布线,成本显著降低

关键词:LED芯片封装;LED显示;小间距;Mini LED背光

 

一、引述

LED晶片上两焊盘与驱动电路的连接,是所有工作的基本要点,保证量产可靠以及其他性能下,实现低的造价则是核心关键。当晶片尺寸大、大间距时,分离SMD打线封装芯片可以满足当下需求。进入小间距时,每个像素点的造价直线飙升,其原因是:1)晶片之间的间距小;2)晶片尺寸小,其上的两焊盘尺寸以及间距小,给实现晶片上两焊盘与驱动电路的连接的工艺制程带来了麻烦。

 

正装打线封装,每个晶片要占4个焊盘面积,并且基板上焊盘与晶片上的焊盘必须拉开间距,即需要的面积大,晶片焊盘不可复焊,晶片粘固,缺陷焊接不易修复。倒装只占两个焊盘面积,锡焊可重复修复,这样在LED行业已有十多年历史的倒装和COB等技术又找到新的蓝天。

 

但倒装工艺,基板焊盘尺寸精度和位置精度要求高,锡膏印刷精度要求高,固晶(打晶)的精度要求高,连焊和虚焊容易产生,虽然开发有修补设备,但价格昂贵和低下的效率以及可靠性问题,导致倒装封装的产品造价高。

 

倒装致命问题;两焊点被晶片遮挡,不可采用图像识别技术检测焊点,缺陷(连焊、虚焊)检测只能通电检测,麻烦是次要的,但检测的可靠性则是致命的,影响着倒装技术的前景。

 

无论正装打线,还是倒装,由于焊接缺陷修复困难,导致成品率低,COB(chip on board)理论上这种集成封装造价应比SMD要低,但实际上却要高。能出品4合1,但还要出品2合1,下游屏厂更喜欢4合1,但封装厂却不生产,其原因就是上述的成品率问题。

 

本文提出的CIB(chip in board)封装架构,同样采用锡膏焊接,显著优点是:锡焊点裸露,采用激光修复虚焊连焊等缺陷,简单又高效,采用图像识别焊点,品质更有保障;另外,工艺设备精度要求降低,防水、串光和墨色等问题轻松解决,简化了PCB驱动板的布线,造价进一步降低。

 

 

二、CIB(chip in board)封装架构

 

PCB基板,阵列地开有晶片嵌口,晶片嵌口的侧壁/底侧面上设置有连线焊盘,LED晶片嵌入晶片嵌口中CIB(chip in board),采用焊锡膏焊连两电极。

 

RGB三颗晶片呈品字设置,采用现有的FC晶片,三个晶片嵌口连在一起,GB晶片以及R晶片的N极对应的连线焊盘在晶片嵌口的侧壁上,R晶片的P极对应的连线焊盘在PCB基板的底侧面,三晶片共N极。

 

 

采用丝印或喷墨锡膏,锡膏涂敷的面积尽可能大,利用液态锡的表面张力,凝聚和渗入的特性实现晶片电极与PCB基板上的连线焊盘连通,效率高,精度要求低、焊连牢靠。

 

 

CIB(chip in board)封装架构显著的优点:焊点裸露,易修补缺陷晶片和焊点;采用图像识别检测焊点缺陷,品质更有保障。

 

 

采用激光修复连焊短路和虚焊断路,以及修补缺陷的晶片,简单高效,所要的技术设备都是现有。采用图像识别技术检测锡焊点,确保每个焊点品质可靠,良品率得到保障。

 

 

三、P1.0以上LED显示模块

1、LED显示模块基本结构

采用柔性PCB板(FPC)作基板,利用FPC基板的柔性可弯折特点,驱动LED晶片的电路通过弯折段与驱动IC电路连通;0.1mm厚FPC可小角度弯折,消除了模块拼合线问题。

 

FPC基板后有底衬支撑,前有透光护膜保护,采用密封胶粘合,结构简单,但防水密封牢靠,无芯片磕碰脱落问题;弯曲的底衬,就得到弯曲屏面。

 

晶片嵌入不透明的PCB中,自然就不存在串光问题。焊盘焊点在背面,正面(出光面)印刷黑墨或粘贴黑膜,激光开晶片嵌口工序设置在最后,印刷黑墨或粘贴黑膜工序之前,就可轻松解决墨色一致性问题。

 

以下列出三种设计方案:

 

方案A:含有驱动IC的LED驱动板固定在底衬的后面,FPC弯折段与驱动PCB板焊连或插接。驱动PCB板设有插针或焊盘用于与外接电路连通。

 

 

方案B:相比于方案A,更为紧凑的设计,驱动IC及驱动电路直接设在弯折的FPC板上。

 

 

方案C:相比于方案A,底衬带有散热片,可充分体现本专利技术散热的显著特点,LED晶片直接贴在散热片的金属底衬上,没有像现技术有的绝缘隔热的PCB板。

 

 

2、P1.2LED显示模块设计方案

采用5*9mil(130*240μm)的FC晶片,一种现有的显示用LED晶片。

 

 

晶片与晶片嵌口之间的间隙为30μm,采用精度20μm的固晶机即可。

 

0.6mm内布两根线,很常规的要求。

 

锡膏丝印直径0.2mm,最小间距为0.1mm,常规的技术要求。

 

现有的纳秒紫外精密切割机(用于FPC等切割钻孔),Φ10μm孔径,加工速度可达1500mm/s,完全可满足开晶片嵌口的工作。

 

CIB结构,晶片之间不必有间距,所留间距是由于尺寸及打晶误差,因而RGB三晶片周边留布线空间大。

 

晶片镶嵌于嵌口中,晶片直接与PCB上下面电路接通,好似上下楼门有各自的立交路,自然构成立体布线优点。

 

因而单层双面FPC就可把RGB三晶片的行驱动电路线和列驱动电路线从侧面引出,如图所示。

 

行驱动电路线和列驱动电路线从侧面引从,弯折与IC驱动PCB板焊连或插接,IC驱动PCB板甚至可以采用单层双面板。

 

简化了PCB板的布线,不需要多层多阶PCB板,成本又显著降低!

 

 

3、P1.0LED显示模块设计方案

采用4*6mil(85*150μm)的FC晶片,一种现有的显示用LED晶片。

 

晶片与晶片嵌口之间的间隙为20μm,采用精度15μm的固晶机即可。

0.6mm内布两根线,很常规的要求。

 

 

锡膏丝印直径0.15mm,最小间距为0.05mm,技术要求比P1.2要高。

 

4、P0.8LED显示模块设计方案

同样采用4*6mil(85*150μm)的FC晶片。

 

 

四、Mini LED背光方案介绍

 

LED直下式背光早就有,采用Mini尺寸LED(MiniLED背光),一是便于实现区域控光,二是便于均光,三是晶片小成本低。现Mini LED背光主要在笔电平板上得到应用,晶片间距10mm左右,由于厚度问题,在手机中还没有应用到。本文以下提出的方案是针对手机,同样可以应用其他LCD屏的背光。

 

 

主要部件:1)透明导光散光板(PC材料),2)晶片承载片(透明FPC,PET材料);晶片承载片(透明FPC)阵列开有晶片嵌口,LED晶片镶嵌在晶片嵌口中(chip in board),采用FC晶片(4*6mil);透明FPC上整面丝印荧光层(粘贴荧光膜),下整面是底部反光膜;晶片侧面四周的缝隙有透明封胶。

 

五、总结

本文的CIB(chip in board)封装架构,锡焊点裸露,采用激光修复虚焊/连焊以及缺陷晶片,简单又高效;采用图像识别检测焊点,品质更有保障,确保含有数千万晶片的显示模块的成品率100%,是实现LED显示模块标准化的基础。另外,工艺设备精度要求降低,防水、散热、串光和墨色等问题轻松解决,简化了PCB驱动板的布线,造价进一步降低。

 

本文提出的技术涉及已授权的发明专利(ZL2010105550086),以及新近的专利申请,未经许可,不可使用。

 

文章来源:深圳市秦博核芯科技开发有限公司

供稿人:秦彪

 

 
关键词: CIB技术
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