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前沿技術:CIB全新封裝架構用于LED直顯及背光

字體變大  字體變小 發布日期:2021-01-26  來源:LED屏顯世界  瀏覽次數:813
核心提示:本文簡述了現LED顯示封裝技術(正裝、倒裝、COB)中的關鍵技術問題。本文提出了一全新的LED封裝架構——CIB(chip in board),該CIB應用于LED小間距(P1.0、P1.2)顯示模塊設計方案,陳述了CIB新架構帶來的優勢:焊點裸露,激光簡單高效修復缺陷焊點,圖像識別確保焊點可靠,成品率有保障;工藝設備要求降低,防水、散熱、串光和墨色等問題輕松解決,簡化了PCB驅動板的布線,成本顯著降低

 

摘要:本文簡述了現LED顯示封裝技術(正裝、倒裝、COB)中的關鍵技術問題。本文提出了一全新的LED封裝架構——CIB(chip in board),該CIB應用于LED小間距(P1.0、P1.2)顯示模塊設計方案,陳述了CIB新架構帶來的優勢:焊點裸露,激光簡單高效修復缺陷焊點,圖像識別確保焊點可靠,成品率有保障;工藝設備要求降低,防水、散熱、串光和墨色等問題輕松解決,簡化了PCB驅動板的布線,成本顯著降低

關鍵詞:LED芯片封裝;LED顯示;小間距;Mini LED背光

 

一、引述

LED晶片上兩焊盤與驅動電路的連接,是所有工作的基本要點,保證量產可靠以及其他性能下,實現低的造價則是核心關鍵。當晶片尺寸大、大間距時,分離SMD打線封裝芯片可以滿足當下需求。進入小間距時,每個像素點的造價直線飆升,其原因是:1)晶片之間的間距;2)晶片尺寸小,其上的兩焊盤尺寸以及間距小,給實現晶片上兩焊盤與驅動電路的連接的工藝制程帶來了麻煩。

 

正裝打線封裝,每個晶片要占4個焊盤面積,并且基板上焊盤與晶片上的焊盤必須拉開間距,即需要的面積大,晶片焊盤不可復焊,晶片粘固,缺陷焊接不易修復。倒裝只占兩個焊盤面積,錫焊可重復修復,這樣在LED行業已有十多年歷史的倒裝和COB等技術又找到新的藍天。

 

但倒裝工藝,基板焊盤尺寸精度和位置精度要求高,錫膏印刷精度要求高,固晶(打晶)的精度要求高,連焊和虛焊容易產生,雖然開發有修補設備,但價格昂貴和低下的效率以及可靠性問題,導致倒裝封裝的產品造價高。

 

倒裝致命問題;兩焊點被晶片遮擋,不可采用圖像識別技術檢測焊點,缺陷(連焊、虛焊)檢測只能通電檢測,麻煩是次要的,但檢測的可靠性則是致命的,影響著倒裝技術的前景。

 

無論正裝打線,還是倒裝,由于焊接缺陷修復困難,導致成品率低,COB(chip on board)理論上這種集成封裝造價應比SMD要低,但實際上卻要高。能出品4合1,但還要出品2合1,下游屏廠更喜歡4合1,但封裝廠卻不生產,其原因就是上述的成品率問題。

 

本文提出的CIB(chip in board)封裝架構,同樣采用錫膏焊接,顯著優點是:錫焊點裸露,采用激光修復虛焊連焊等缺陷,簡單又高效,采用圖像識別焊點,品質更有保障;另外,工藝設備精度要求降低,防水、串光和墨色等問題輕松解決,簡化了PCB驅動板的布線,造價進一步降低。

 

 

二、CIB(chip in board)封裝架構

 

PCB基板,陣列地開有晶片嵌口,晶片嵌口的側壁/底側面上設置有連線焊盤,LED晶片嵌入晶片嵌口中CIB(chip in board),采用焊錫膏焊連兩電極。

 

RGB三顆晶片呈品字設置,采用現有的FC晶片,三個晶片嵌口連在一起,GB晶片以及R晶片的N極對應的連線焊盤在晶片嵌口的側壁上,R晶片的P極對應的連線焊盤在PCB基板的底側面,三晶片共N極。

 

 

采用絲印或噴墨錫膏,錫膏涂敷的面積盡可能大,利用液態錫的表面張力,凝聚和滲入的特性實現晶片電極與PCB基板上的連線焊盤連通,效率高,精度要求低、焊連牢靠。

 

 

CIB(chip in board)封裝架構顯著的優點:焊點裸露,易修補缺陷晶片和焊點;采用圖像識別檢測焊點缺陷,品質更有保障。

 

 

采用激光修復連焊短路和虛焊斷路,以及修補缺陷的晶片,簡單高效,所要的技術設備都是現有。采用圖像識別技術檢測錫焊點,確保每個焊點品質可靠,良品率得到保障。

 

 

三、P1.0以上LED顯示模塊

1、LED顯示模塊基本結構

采用柔性PCB板(FPC)作基板,利用FPC基板的柔性可彎折特點,驅動LED晶片的電路通過彎折段與驅動IC電路連通;0.1mm厚FPC可小角度彎折,消除了模塊拼合線問題。

 

FPC基板后有底襯支撐,前有透光護膜保護,采用密封膠粘合,結構簡單,但防水密封牢靠,無芯片磕碰脫落問題;彎曲的底襯,就得到彎曲屏面。

 

晶片嵌入不透明的PCB中,自然就不存在串光問題。焊盤焊點在背面,正面(出光面)印刷黑墨或粘貼黑膜,激光開晶片嵌口工序設置在最后,印刷黑墨或粘貼黑膜工序之前,就可輕松解決墨色一致性問題。

 

以下列出三種設計方案:

 

方案A:含有驅動IC的LED驅動板固定在底襯的后面,FPC彎折段與驅動PCB板焊連或插接。驅動PCB板設有插針或焊盤用于與外接電路連通。

 

 

方案B:相比于方案A,更為緊湊的設計,驅動IC及驅動電路直接設在彎折的FPC板上。

 

 

方案C:相比于方案A,底襯帶有散熱片,可充分體現本專利技術散熱的顯著特點,LED晶片直接貼在散熱片的金屬底襯上,沒有像現技術有的絕緣隔熱的PCB板。

 

 

2、P1.2LED顯示模塊設計方案

采用5*9mil(130*240μm)的FC晶片,一種現有的顯示用LED晶片。

 

 

晶片與晶片嵌口之間的間隙為30μm,采用精度20μm的固晶機即可。

 

0.6mm內布兩根線,很常規的要求。

 

錫膏絲印直徑0.2mm,最小間距為0.1mm,常規的技術要求。

 

現有的納秒紫外精密切割機(用于FPC等切割鉆孔),Φ10μm孔徑,加工速度可達1500mm/s,完全可滿足開晶片嵌口的工作。

 

CIB結構,晶片之間不必有間距,所留間距是由于尺寸及打晶誤差,因而RGB三晶片周邊留布線空間大。

 

晶片鑲嵌于嵌口中,晶片直接與PCB上下面電路接通,好似上下樓門有各自的立交路,自然構成立體布線優點。

 

因而單層雙面FPC就可把RGB三晶片的行驅動電路線和列驅動電路線從側面引出,如圖所示。

 

行驅動電路線和列驅動電路線從側面引從,彎折與IC驅動PCB板焊連或插接,IC驅動PCB板甚至可以采用單層雙面板。

 

簡化了PCB板的布線,不需要多層多階PCB板,成本又顯著降低!

 

 

3、P1.0LED顯示模塊設計方案

采用4*6mil(85*150μm)的FC晶片,一種現有的顯示用LED晶片。

 

晶片與晶片嵌口之間的間隙為20μm,采用精度15μm的固晶機即可。

0.6mm內布兩根線,很常規的要求。

 

 

錫膏絲印直徑0.15mm,最小間距為0.05mm,技術要求比P1.2要高。

 

4、P0.8LED顯示模塊設計方案

同樣采用4*6mil(85*150μm)的FC晶片。

 

 

四、Mini LED背光方案介紹

 

LED直下式背光早就有,采用Mini尺寸LED(MiniLED背光),一是便于實現區域控光,二是便于均光,三是晶片小成本低,FMini LED背光主要在筆電平板上得到應用,晶片間距10mm左右,由于厚度問題,在手機中還沒有應用到。本文以下提出的方案是針對手機,同樣可以應用其他LCD屏的背光。

 

 

主要部件:1)透明導光散光板(PC材料),2)晶片承載片(透明FPC,PET材料);晶片承載片(透明FPC)陣列開有晶片嵌口,LED晶片鑲嵌在晶片嵌口中(chip in board),采用FC晶片(4*6mil);透明FPC上整面絲印熒光層(粘貼熒光膜),下整面是底部反光膜;晶片側面四周的縫隙有透明封膠。

 

五、總結

本文的CIB(chip in board)封裝架構,錫焊點裸露,采用激光修復虛焊/連焊以及缺陷晶片,簡單又高效;采用圖像識別檢測焊點,品質更有保障,確保含有數千萬晶片的顯示模塊的成品率100%,是實現LED顯示模塊標準化的基礎。另外,工藝設備精度要求降低,防水、散熱、串光和墨色等問題輕松解決,簡化了PCB驅動板的布線,造價進一步降低。

 

本文提出的技術涉及已授權的發明專利(ZL2010105550086),以及新近的專利申請,未經許可,不可使用。

 

文章來源:深圳市秦博核芯科技開發有限公司

供稿人:秦彪

 

 
關鍵詞: CIB技術
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