LED拼接屏三大封裝：SMD，COB，IMD

LED三大封裝：SMD，COB，IMD

小間距 LED 持續(xù)景氣Mini LED 蓄勢待發(fā)



COB 雖然封裝成本高，但是其減少傳統(tǒng)的固晶工藝，重量有所減輕，可往輕薄化方向發(fā)展。不過，進(jìn)入COB領(lǐng)域，需要重新購買設(shè)備、生產(chǎn)線等，要求企業(yè)擁有深厚的資金實(shí)力。而IMD技術(shù)可以沿用SMD設(shè)備、生產(chǎn)線以及人員經(jīng)驗(yàn)等。



? 小間距向商顯滲透，市場持續(xù)景氣



小間距LED 顯示屏擁有LCD 拼接屏和DLP 拼接屏不具備的無縫拼接、高亮度范圍可調(diào)、色彩還原度高、顯示均勻性和一致性好、能耗低壽命長等優(yōu)勢。小間距LED 顯示屏訂單規(guī)模不斷壯大，成本因規(guī)模效應(yīng)快速下降，滲透率快速提升。小間距 LED 逐漸從室外走向室內(nèi)，對 DLP、LCD拼接屏替代趨勢明顯。

 

? LED 封裝工藝進(jìn)入新周期



封裝表面的處理工藝不同，像素間存在光色差異，容易導(dǎo)致混光不一致，校正難度高等問題，進(jìn)而影響顯示效果。LED顯示屏（主要是小間距）行業(yè)發(fā)展至今，除傳統(tǒng)直插工藝外，已形成包括SMD、COB、IMD 等在內(nèi)的多種封裝工藝。

 

? Mini/Micro LED 蓄勢待發(fā)



Mini LED 既可作為 LCD 背光源應(yīng)用于大尺寸顯示屏、智能手機(jī)、車用面板以及筆記本等產(chǎn)品，也可以 RGB 三色 LED 芯片實(shí)現(xiàn)自發(fā)光顯示；Micro LED 具備極小間距、高對比度和高刷新率，適用于智能手表、AR、VR 等近距離觀看的智能穿戴設(shè)備。Mini LED 背光應(yīng)用已進(jìn)入量產(chǎn)階段，未來巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)的解決，必將大力的推進(jìn) MicroLED 的商業(yè)化進(jìn)程，MicroLED蓄勢待發(fā)。

 

一、LED的應(yīng)用領(lǐng)域



LED 應(yīng)用領(lǐng)域 LED 下游應(yīng)用領(lǐng)域主要包括通用照明、景觀照明、顯示屏、背光應(yīng)用、信號及指示、汽車照明等領(lǐng)域。2018年 LED 產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)顯示，占比最高的通用照明行業(yè)已趨于飽和，而顯示屏及景觀照明應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)值有良好增長趨勢。

三、封裝工藝技術(shù)進(jìn)入新周期

Mini LED 顯示的基本結(jié)構(gòu)

圖片

 

與傳統(tǒng)小間距相比，MiniLED 在晶體尺寸持續(xù)縮小的過程中，在材料、設(shè)備、芯片、驅(qū)動(dòng)IC、PCB設(shè)計(jì)和封裝等各環(huán)節(jié)均面臨新的技術(shù)難題。從技術(shù)本身來看，主要是良率、效率、一致性和可靠性的問題，其中尤其以封裝工藝為要點(diǎn)。

 

除傳統(tǒng)直插工藝外，已形成包括SMD、COB、IMD等在內(nèi)的多種封裝工藝。



從性能、成本、產(chǎn)業(yè)規(guī)律三大維度，對POB、COB、COG三項(xiàng)封裝技術(shù)進(jìn)行對比：性能上，POB、COB、COG各有特色。其中，POB適合大尺寸；COB和COG更適合中小尺寸。成本上，POB是目前最為成熟的技術(shù)，且容易形成標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，成本比較親民。

產(chǎn)業(yè)規(guī)律上，POB是短期內(nèi)最容易實(shí)現(xiàn)的一項(xiàng)技術(shù)；COB屬于中長期的發(fā)展方向；但如果追求成本更具優(yōu)勢、精度要求更高的LED顯示產(chǎn)品，則COG有望成為未來的主流方向。瑞豐光電當(dāng)前主要是以COB模組產(chǎn)品為主，并向POB、COG橫向擴(kuò)展。

COB方案未來前景廣闊。COB 封裝技術(shù)難度較大，亟需解決光學(xué)一致性、墨色一致性、拼接縫隙的問題，目前產(chǎn)品的一次通過率仍然較低。

3.1 小間距市場主流封裝-SMD工藝

SMD 是表面貼裝器件（Surface Mounted Devices）的簡稱，采用 SMD 工藝的 LED 封裝廠將裸芯片固定在支架上，通過金線將二者進(jìn)行電氣連接，最后用環(huán)氧樹脂進(jìn)行保護(hù)。SMD封裝后的燈珠交給顯示屏廠商，通過回流焊將焊點(diǎn)和PCB 進(jìn)行連接，并形成模組進(jìn)行裝配。SMD封裝的小間距產(chǎn)品，一般將LED 燈珠裸露在外，或者采用面罩的方式。SMD使用表面貼裝技術(shù)（SMT）,自動(dòng)化程度比較高，且具有體積小、散射角大、發(fā)光均勻性好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
 
SMD LED產(chǎn)品

SMD 工藝問世后很快占據(jù)了 LED 顯示屏封裝工藝的市場，采用 SMD 封裝工藝的企業(yè)在 LED 應(yīng)用市場占據(jù)較大份額。SMD 封裝具備技術(shù)成熟穩(wěn)定、制造成本低、散熱效果好、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，目前仍為傳統(tǒng)小間距主流方案。

然而，由于SMD 器件變得更小，燈板上焊點(diǎn)面積也急劇縮小，對SMT 貼片工藝要求大幅提升，同時(shí)廠家生產(chǎn)效率也受極大影響。例如：P1.5的產(chǎn)品，每平米需要貼44萬顆燈，而到了 P1.0 的產(chǎn)品，每平米需要貼 100 萬顆燈，不僅貼片的數(shù)量增加了約2.3 倍，同時(shí) SMT 機(jī)器的貼片速度也需要大幅的下調(diào)，整體生產(chǎn)效率會(huì)受到極大的影響。

過小的SMD 器件，也給售后服務(wù)帶來了極大困難，客戶的使用現(xiàn)場，幾乎無法完成1mm 以內(nèi)的產(chǎn)品維修。另一方面，當(dāng)前市場發(fā)展迅速，小間距LED 芯片呈微縮化趨勢，SMD的表貼封裝形式面臨技術(shù)瓶頸，已經(jīng)難以在更小間距的領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。

3.2 有效解決高密度封裝-COB工藝

COB，即板上芯片封裝技術(shù)（Chip on Board）。與 SMD 將燈珠與 PCB 進(jìn)行焊接不同，COB 工藝先在基底表面用導(dǎo)熱環(huán)氧樹脂(摻銀顆粒的環(huán)氧樹脂)覆蓋硅片安放點(diǎn)，再通過粘膠劑或焊料將 LED 芯片用導(dǎo)電或非導(dǎo)電膠粘附在互聯(lián)基板上，最后通過引線（金線）鍵合實(shí)現(xiàn)芯片與PCB 板間電互連。LED晶元固定于顯示基板的前表面，薄膜粘貼在顯示基板前表面，LED晶元為普通紅、綠、藍(lán)LED 發(fā)光芯片，實(shí)現(xiàn)集成封裝。

COB 封裝與SMD 封裝橫截面對比

COB 封裝集合了上游芯片，中游封裝及下游顯示等技術(shù)，因此需要上、中、下游企業(yè)的緊密合作才能推動(dòng)COB LED 顯示屏大規(guī)模應(yīng)用。相比起SMD 封裝形式，COB封裝的小間距具有“密度越小，優(yōu)勢（輕薄、防撞抗壓、柔韌性、顯示效果好、防潮抗摔等各個(gè)方面）越明顯”的特征。

COB 封裝與SMD 封裝工藝流程對比

從工藝流程來看，采用COB 工藝，產(chǎn)業(yè)鏈附加值從下游顯示向中游封裝轉(zhuǎn)移。中游封裝環(huán)節(jié)具備高度集成性，LED芯片與 PCB 板組成的集成體已經(jīng)具備顯示產(chǎn)品的特征，下游顯示屏更多承擔(dān)組裝性的工作。

COB 小間距顯示單元制造技術(shù)路線

但目前COB 工藝產(chǎn)業(yè)積累不足，其推廣需要對現(xiàn)有產(chǎn)線和設(shè)備進(jìn)行大規(guī)模改造，對廠商資本開支提出較高要求。此外，還面對一些技術(shù)難題：
1）封裝一次通過率不高、對比度低、維護(hù)成本高等;
2）顯色均勻性不如采用分光分色的SMD 器件貼片后的顯示屏；
3）需要固晶、焊線工藝，因此焊線環(huán)節(jié)問題較多且其工藝難度與焊盤面積成反比。
4）由于不良率高，造成制造成本遠(yuǎn)超SMD 工藝。

LED 顯示芯片封裝和組裝技術(shù)路線對比

3.3 經(jīng)濟(jì)與技術(shù)的結(jié)合-IMD 工藝

目前市場上小間距封裝主流工藝的除COB 封裝工藝外還有IMD 集成封裝工藝,即將兩個(gè)及以上的像素結(jié)構(gòu)集合在一個(gè)封裝單元里，目前以四合一技術(shù)應(yīng)用最為成熟。

IMD 工藝上依然沿用的是表貼工藝，結(jié)合了 SMD、COB 優(yōu)點(diǎn)。從像素結(jié)構(gòu)來看，傳統(tǒng) SMD 封裝基本是一個(gè)像素；COB 封裝是將 LED 芯片直接封裝到模組基板上，再對每個(gè)大單元進(jìn)行整體模封，一個(gè)封裝結(jié)構(gòu)擁有成百上千個(gè)像素點(diǎn)；而IMD“四合一”即一個(gè)封裝結(jié)構(gòu)中有四個(gè)基本像素結(jié)構(gòu)，其本質(zhì)上依然是四個(gè)由12 顆RGB-LED 芯片合成的“燈珠”?！八暮弦弧盠ED模組采用的是正裝的芯片，隨著封裝廠家對芯片做出更多的要求，后期還可能會(huì)推出“六合一”甚至“N合一”各種方案。

IMD 在分選上延續(xù)了小間距的成熟分選技術(shù)，可以對器件進(jìn)行波長、亮度精挑細(xì)選，并且不同模具出來的器件在編帶前得到了均勻分散，有效避免了封裝時(shí)細(xì)微差異導(dǎo)致貼板后出現(xiàn)局部色差，因此色彩一致性更好。COB的封裝形式?jīng)Q定了其無法對模組中的每一單元像素進(jìn)行分光分色，不同批次的膠水、不同批次的板厚、不同時(shí)期的配比、液態(tài)高溫流動(dòng)性，都或多或少存在微小差異。

COB 和 IMD 技術(shù)各有千秋，COB 雖然封裝成本高，但是其減少傳統(tǒng)的固晶工藝，重量有所減輕，可往輕薄化方向發(fā)展。不過，進(jìn)入COB 領(lǐng)域，需要重新購買設(shè)備、生產(chǎn)線等，要求企業(yè)擁有深厚的資金實(shí)力。而IMD 技術(shù)可以沿用SMD 的設(shè)備、生產(chǎn)線以及人員經(jīng)驗(yàn)等。

四、Mini/MicroLED 蓄勢待發(fā)，空間無限

Mini LED 既可作為 LCD 背光源應(yīng)用于大尺寸顯示屏、智能手機(jī)、車用面板以及筆記本等產(chǎn)品，也可以 RGB 三色 LED 芯片實(shí)現(xiàn)自發(fā)光顯示；Micro LED 具備極小間距、高對比度和高刷新率，適用于智能手表、AR、VR 等近距離觀看的智能穿戴設(shè)備。Mini LED 背光應(yīng)用已進(jìn)入量產(chǎn)階段，未來巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)的解決，必將大力的推進(jìn) MicroLED 的商業(yè)化進(jìn)程。

小間距LED 與Mini LED、MicroLED 工藝對比

五、MicroLED的關(guān)鍵技術(shù)

5.1 轉(zhuǎn)移技術(shù)

目前MicroLED 量產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)便是巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)，巨量轉(zhuǎn)移指的是通過某種高精度設(shè)備將大量Micro LED 晶?；蚱骷D(zhuǎn)移到目標(biāo)基板上或者電路上。

5.2 彩色化技術(shù)

彩色化是Micro LED 顯示商業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)，現(xiàn)在主要彩色化方式有如下幾種:UV/藍(lán)光 LED+發(fā)光介質(zhì)法、三色 RGB 法、透鏡合成法。

六、2019年中國大陸MiniLED背光封裝廠商綜合競爭力前六名
 
七、蘋果12.9寸MiniLED背光iPadPro的供應(yīng)鏈名單

八、MiniLED設(shè)備廠商鉚足干勁

點(diǎn)測分選等封測設(shè)備廠商作為能夠優(yōu)化制程控制良率、提高效率與降低成本的關(guān)鍵，在MiniLED產(chǎn)業(yè)鏈中的地位將會(huì)日益凸顯。

作為蘋果Mini LED點(diǎn)測分選設(shè)備供應(yīng)商，惠特科技計(jì)劃投資逾12億人民幣建廠搶占商機(jī)；并于今年2月份正式啟動(dòng)Mini LED檢測代工業(yè)務(wù)?；萏仡A(yù)計(jì)今年MiniLED檢測代工設(shè)備機(jī)臺規(guī)模將建置1000臺。

作為較早進(jìn)入MiniLED領(lǐng)域的國產(chǎn)品牌，華騰半導(dǎo)體在分光、編帶的細(xì)分領(lǐng)域一直保持非常高的占比。目前，華騰半導(dǎo)體Mini四合一設(shè)備已經(jīng)開始出貨，客戶包括國內(nèi)的幾家龍頭顯示封裝企業(yè)。

當(dāng)前，各家封裝企業(yè)仍在嘗試不同的封裝工藝，華騰半導(dǎo)體始終與各工藝的代表企業(yè)保持合作，在產(chǎn)品研發(fā)階段為客戶提供設(shè)備方案支持，在新的工藝上形成了自己的設(shè)備解決方案。

由于MiniLED尺寸比傳統(tǒng)LED芯片的尺寸更小，所以對原有的設(shè)備技術(shù)在轉(zhuǎn)移速度、放置精度、以及生產(chǎn)良率等都提出了新的挑戰(zhàn)。在所有相關(guān)設(shè)備中，巨量轉(zhuǎn)移設(shè)備尤為關(guān)鍵。

來自新加坡的半導(dǎo)體封裝設(shè)備廠商K&S攜手Rohinni聯(lián)合推出Mini LED轉(zhuǎn)移設(shè)備PIXALUX，此設(shè)備是第一臺真正實(shí)現(xiàn)Mini LED巨量轉(zhuǎn)移的設(shè)備。目前，K&S與ROHINNI共同研發(fā)的巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)已被證實(shí)能滿足更高產(chǎn)量的需求。

除此以外，K&S還通過收購美國科技公司Uniqarta的知識產(chǎn)權(quán)及其專利組合，加強(qiáng)和擴(kuò)展了K＆S的整個(gè)Mini/Micro LED技術(shù)產(chǎn)品組合。

除了K&S，ASM太平洋也擁有獨(dú)特的巨量轉(zhuǎn)移接合技術(shù)，推出全自動(dòng)巨量焊接產(chǎn)線 OceanLine，提供的精準(zhǔn)排序、轉(zhuǎn)移與接合方案，優(yōu)化MiniLED制程效率及操作過程。此外，ASM太平洋還推出AD420固晶設(shè)備，全面覆蓋封裝解決方案。

值得一提的是，ASM太平洋聯(lián)手希達(dá)電子，在2020年共同打造了基于Mini COB封裝技術(shù)的智能生產(chǎn)工廠，新增Mini LED產(chǎn)能7000KK/年。

MiniLED設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)

眾所周知，速度、精度和良率涉及到MiniLED產(chǎn)品最終的價(jià)格競爭力，是MiniLED設(shè)備廠商致力于提升的技術(shù)指標(biāo)。

Mini LED顯示屏像素?cái)?shù)量巨大，像素顆粒十分微小，巨量轉(zhuǎn)移的效率和良率成為限制MiniLED顯示規(guī)?；瘧?yīng)用的最大瓶頸。

K&S專注于巨量轉(zhuǎn)移相關(guān)設(shè)備領(lǐng)域，認(rèn)為Mini LED直顯產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，巨量轉(zhuǎn)移速度依然是瓶頸，需要進(jìn)一步提高精度和良品率，才能凸顯巨量轉(zhuǎn)移的成本優(yōu)勢。

目前，K&S的PIXALUX設(shè)備現(xiàn)已量產(chǎn)成熟，能夠處理大約125μm左右的芯片。相較于過去的傳統(tǒng)單顆拾放技術(shù)，K&S的設(shè)備將轉(zhuǎn)移速度提升了3到5倍，實(shí)現(xiàn)10到15μm的精準(zhǔn)度，達(dá)到一小時(shí)180000的轉(zhuǎn)移數(shù)量，并且轉(zhuǎn)移良率非常高。

未來隨著巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)的進(jìn)一步突破，Mini LED的生產(chǎn)成本將進(jìn)一步降低，MiniLED商用進(jìn)程有望加速。

由于Mini LED屬于微尺寸顯示范疇，封裝工藝難度也有所增加，對點(diǎn)測分選設(shè)備的精度和速度有了更高的要求。

得益于測試技術(shù)的突破和換向測試功能的優(yōu)化，目前，華騰半導(dǎo)體Mini LED分光機(jī)的運(yùn)行速度已突破18K/h，是2019年的三倍，精度和良率依然維持在一個(gè)非常高的水準(zhǔn)，亮度測試偏差低于3%，波長小于0.3nm。

然而，華騰半導(dǎo)體認(rèn)為，盡管Mini LED分光機(jī)在運(yùn)行速度上有很大的提升，但是分光、測試編帶設(shè)備的速度和精度是最需要突破的難題，同時(shí)也是決定顯示封裝產(chǎn)品性能和成本的重要因素之一。