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LED螢幕的未來:倒裝COB技術

自推出以來 LED螢幕,製程不斷進步,像素密度越來越高,這與其封裝技術的進步是分不開的。

倒裝COB技術作為LED顯示器產業較為先進的封裝技術,它的製程是怎樣的?有哪些優勢?我們透過本文一起來了解一下。

採用倒裝晶片 COB 技術製造的 LED 顯示屏
採用倒裝晶片 COB 技術製造的 LED 顯示屏

什麼是倒裝晶片COB技術?

過去,發展較成熟的LED封裝技術通常是將LED晶片正面朝上貼裝在基板上,然後在LED晶片與支架之間用金屬引線焊接,完成電氣連接。

倒裝COB技術是對傳統LED封裝技術的改進,直接將LED晶片倒裝在基板上,使LED晶片接點直接與基板接觸。

這種LED晶片安裝方式省去了LED晶片電極與支架之間的引線連接,降低了功耗和熱損失,結構也更加簡單,可以實現更緊湊的安裝排列,即更小的像素間距,更大的像素密度。

倒裝晶片COB技術製程 

倒裝晶片COB技術流程
倒裝晶片COB技術流程

晶圓的品質檢測與清潔 

在進行倒裝晶片COB技術之前,我們必須對晶圓進行品質檢測,以確保晶圓品質良好、尺寸符合要求。

篩選出合適的晶圓後,將晶圓清洗,確保晶圓表面無污垢、油污。

底部金屬層沉積 

底層金屬層採用磁控濺鍍技術沉積在晶圓上,較常見的是使用鈦、銅等金屬作為種子層。

光阻塗層 

將絕緣材料聚醯亞胺塗覆在已完成金屬層沉積的晶圓表面,並依序對晶圓進行曝光、顯影,以形成凸塊的開口位置。

第二次光刻 

然後,對於下一步,為了打開要電鍍的區域,我們需要對光阻進行光刻以創建開口。

電鍍 

在開放區域上電鍍錫銀合金以形成凸點。

去除光阻 

一旦電鍍完成,光阻就會被去除,留下最初沉積的金屬種子層暴露在外。

UBM蝕刻 

僅保留電鍍形成的凸點下方的金屬種子層,其餘金屬層則被去除。

回流焊 

錫銀合金層熔化並透過回流製程回流,形成光滑的焊球形狀。

晶片安裝 

將LED晶片凸塊對準基板,透過回流焊製程或熱壓焊接製程將LED晶片鍵合到基板上。

底部填充 

晶片與基板鍵結完成後,滴漆將LED晶片與基板之間剩餘的縫隙填充,以增加LED晶片與基板的連接強度。

養護 

完成上述步驟後,倒裝COB技術封裝已基本完成,但仍需進行最後的固化。

封裝好的LED晶片與基板組件將放入固化爐中進行填充底漆的固化,以加強所有組件連接的可靠性。

品質檢查 

在完成所有倒裝COB技術封裝步驟之後,我們還需要對封裝後的元件進行品質檢查,確保沒有缺陷產品進入下一步的生產。

倒裝晶片COB技術的優勢 

減少熱量損失 

只要有電流通過金屬,不管金屬的好壞,在通電過程中都會因電阻而產生電阻熱,導致部分電能轉換為熱能損失。

LED 模組 採用倒裝晶片COB技術封裝的需要焊接的金屬引線更少,需要轉換的熱能也更少。

更高的效率 

倒裝COB設計的LED元件結構更簡單,電流傳輸速度更快,並且減少了過程中的熱損耗,電能的損耗更少,也就是說,電能的轉換率更高,LED的效率更高。

根據統計,採用倒裝COB技術的LED模組比一般LED模組的功率損耗約減少45%。

更高的可靠性 

由於倒裝COB技術簡化了LED模組的結構,減少了大量電子元件的數量,並且沒有了可能導致故障率的有鉛焊接,因此採用倒裝COB技術生產的LED模組整體穩定性和可靠性更強,更加堅固耐用。

更好的光質量 

電能利用率更高,光輸出更強,倒裝COB技術可以實現比傳統封裝技術更高的亮度,並且由於倒裝COB技術製造的LED模組更可靠的特性,使得該封裝技術的LED顯示屏具有優異的色彩均勻性和色彩一致性。

緊湊的設計 

透過減少連接器和金屬引線的數量,倒裝晶片COB技術可以實現更簡單的LED模組結構,這意味著晶片可以更緊湊地安裝,從而實現更小像素間距的LED顯示器。

倒裝晶片COB PCB板展示
倒裝晶片COB PCB板展示

倒裝COB技術演進史 

21世紀初,DIP技術開始在市場上應用,當時,DIP技術主要 單色 或者 雙色LED顯示器 用於顯示一些文字訊息,多用於車站、商店入口等場所,而採用DIP技術製作的LED顯示屏像素間距較大,作為視頻播放監視器的屏幕分辨率較低,畫質不夠清晰,只適合中遠距離觀看。 

隨之而來的是SMD技術的到來,SMD技術發展幾年後,憑藉低成本、高性能、高畫質的特點迅速佔領市場,LED顯示屏也從最早的低分辨率逐漸發展到高清圖像和動態視頻的顯示,而且SMD技術還在不斷進步,像素間距越來越小,LED屏幕的畫面也越來越清晰細膩。

2016年,COB技術開始問世,其可實現比SMD技術更小的像素間距,且製程成本在市場可負擔範圍內,因此一推出也迅速被市場接受,並大規模投入生產。

2017年出現了倒裝COB技術,該技術在COB技術的基礎上提高了LED的性能和質量,但由於成本和工藝問題並沒有大批量投入生產,直到近兩年才開始增長不少市場份額。

COB技術與倒裝COB技術的區別 

安裝 

COB技術是將LED晶片正面朝上安裝在基板上,安裝好晶片後,需要用金屬引線連接LED晶片與基板。

倒裝COB技術是將LED晶片倒置安裝在基板上,晶片安裝完成後,不需要用金屬引線將LED晶片與基板連接。

熱管理 

COB技術具有更多的線材連接結構,更多的熱能轉換,由於結構特點,COB技術LED晶片距離散熱器更遠,散熱速度更慢。

倒裝COB技術減少了引線連接,熱能轉換更少,晶片層的結構更靠近基板,散熱更快。

製造複雜性 

COB技術在LED市場應用已久,製程成熟,製造流程簡單,成本低廉,目前佔據較大的市佔率。

倒裝COB技術的製造流程比較複雜,雖然從LED模組的整體性能來看倒裝COB技術的成品要優於倒裝COB技術,但是倒裝COB技術的製造成本較高。

像素密度 

COB技術可以實現1mm左右的小間距LED模組,但0.4mm以下的微小間距LED模組COB技術還做不到。

採用倒裝COB技術製作的LED模組晶片與基板連接結構更加簡單,晶片排列可以做得更加緊密,在COB技術的基礎上,倒裝COB技術可以實現更小的像素間距和更高的像素密度。

COB與倒裝晶片COB對比
COB與倒裝晶片COB對比

結論 

在傳統COB技術的基礎上,倒裝COB技術可以 LED封裝技術 有更高層次的技術突破。倒裝COB技術可讓LED模組降低功耗、增加穩定性、提高像素密度。

雖然目前成本高於COB技術,但隨著技術的成長和製程的成熟,倒裝COB技術的生產成本將逐漸收斂到基本水準。

倒裝COB技術未來的市場需求是毋庸置疑的。

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