未来LED显示技术的必由之路 ——无支架去引脚集成封装简介

　　前言：

　　近年来，随着芯片、材料、设备、工艺等科技的飞速发展，LED显示技术作为一项重要的信息展示技术，正经历着革命性的变革。在众多创新中，无支架去引脚集成封装技术以其独特的优势和地位引起了广泛关注，成为推动LED显示技术迈向新时代的引领力量。追求无支架是我们的终极目标，去引脚则是我们为实现这一目标而付出努力的过程。其实，无支架去引脚集成封装技术对我们来说并不陌生，早在2010年，直显行业中首次出现了COBIP(Chip On Borad Integrated Packaging)技术专利和应用，而该技术就是去支架引脚化集成封装技术的初级形态。文章中强调“无支架去引脚”的原因在于我们在进行集成型COB产业技术实践的过程中发现了许多有趣的问题和现象。其中一个重要的发现是：“LED显示面板的可靠性与封装器件的支架引脚数量有重要的相关性。要想彻底解决LED显示面板的过多失效问题，最好的主动性解决方案就是封装技术去支架引脚化。支架引脚去得越彻底，面板失效问题就解决得越好。”这也是我们在研究中获得的一项重要认知。

图一、LED直显行业的两种封装体系技术

　　迄今为止，LED直显行业涌现出两种以封装技术为主导的产业体系化技术，分别是支架引脚型单器件封装灯驱分离体系技术和无支架去引脚集成封装灯驱合一体系技术,如图一所示。通过对COBIP技术的深入实践研究，我们深感有必要对直显行业的封装技术进行体系化分类。相较于传统的支架型技术，新体系技术正崭露头角，为COBIP技术提供理论支撑，同时揭示COBIP技术产业化向前发展的内生动力本质。支架型体系技术已主导了行业30多年的发展，而未来几十年的趋势将由无支架型体系技术主导。从分离走向集成不仅仅是主旋律，更是LED显示技术的必由之路。封装体系技术的研究题目宏大，我们期待未来能与大家一同深入专题研讨。本文重点简要介绍无支架去引脚集成封装技术的核心内容。

　　纵观LED直显产业链我们迎来了物联网5G环境下4K和8K显示时代的到来，同时Mini LED和Micro LED的微间距显示技术也带来了工艺瓶颈挑战。各大平台与之相关的产品和产业化标准已将LED显示面板的最重要、最关键的基因性评价指标提升至百万级。在国家实现双碳目标的奋斗需求、资源节约型社会发展需求和各种新型显示技术应用形态的出现下，企业产品进入民用消费级市场的决心也日益凸显。在这样的大环境下，我们不禁要问，封装技术如果不搞“无支架去引脚”，是否足以满足未来的发展需求呢?

　　一、技术的核心特征

　　1. 设计特征

　　无支架去引脚集成封装是一种体系化技术，采用集成化设计理念。其设计特征核心在于将LED显示面板的底层支撑技术，如LED芯片、驱动IC芯片、PCB线路板等进行深度整合，实现了灯驱和显示像素的一体化设计。独特之处在于去除了传统设计中器件类封装技术所采用的支架和引脚元素，摒弃了灯驱分离的架构方案。LED芯片和驱动IC芯片能够更加紧密地结合在一起，实现了灯驱合一或灯驱同像素内合封架构方案，从而提高LED显示面板的整体集成度。

　　2. 工艺特征

　　传统体系技术LED显示面板的生产工艺采用封装后的器件级焊接技术。相较之下，新体系技术LED显示面板的生产工艺采用封装中芯片级的焊接技术。这种工艺不仅前置性处理了焊接工艺和一次通过率的问题，而且具有更高的精密度挑战性。

图二、裸晶芯片级高精度固焊COBIP技术

　　3. 产品特征

　　新体系技术LED显示面板是一块板的灯驱合一或灯驱合封集成架构，而非传统体系技术的两块板的灯驱分离架构。

　　4. 产业特征

　　相较于传统体系技术产业，新体系技术具有更高的产业集成度。第一代COBIP技术实现了行业内的产业环节纵向集成，即封装企业与显示屏制造企业的集成化生产。第二代COCIP技术更进一步，可以实现行业间的跨产业横向集成，即直显行业COBIP企业与驱动IC行业封装企业的集成化生产。

　　二、优势

　　1. 理论优势

　　1.1 理论框架完备

　　通过对COBIP技术的系统总结，新体系技术形成了理论核心——"去支架引脚化"及相对完整的理论体系。这为未来在该体系框架内演化的代差技术及产业化发展提供了理论依据。

　　1.2 技术演化的想象空间

　　COBIP技术作为新体系技术框架内的第一代技术，是新体系技术发展的初级形态和未来发展的门槛性技术。第二代技术，如COCIP和CNCIP，完成了COBIP技术未能解决的问题，即将驱动IC裸晶化，实现了全去支架引脚化目标。未来在新体系技术框架内代差技术演化的想象空间仍然巨大，但都会遵循无支架去引脚集成化的理论原则。

　　2. 技术优势

　　2.1 解决传统技术面临的瓶颈

　　传统体系技术在应对新型显示技术的要求上已触及发展天花板，而新体系技术则可继续推动产业发展。其优势体现在解决LED显示面板失效、导热、散热、光衰减等问题上，提高了产品的可靠性、导热性和光学一致性效果，同时改善了视频信号处理的动态响应速度，LED显示面板具有完美的热均分布，显著改善了显示画质。

　　2.2 产品特性的改变

　　随着新体系技术的不断演化，LED显示产品的性状将发生根本性的改变，变得更加轻薄、柔性、可透明，演化至终极目标——薄膜显示材料。LED显示产品不再局限于传统的屏显技术，而是朝着贴显、牌显、袋显、可穿戴显示、卷轴显示和膜显等多元化应用形态发展。

图三、 无支架去引脚集成封装CNCIP技术

　　3. 产业化优势

　　3.1 资源利用效率提升

　　新体系技术在产业内的纵向和横向集成化整合能更好地利用人、材、物资源，符合社会发展需要的资源节约型产业，实现标准化、智能化、规模化、脉动化、定制化和集约化协调平衡。

　　3.2 高质量发展

　　实现产业的标准化和规模化发展，提高产品质量，降低产品成本，是新体系技术在产业化中的优势。这将推动LED直显行业迈向高质量发展。

　　4. 社会发展优势

　　4.1 节约社会资源

　　采用新体系技术的产品在碳轨迹评价和社会资源节约效果方面具有明显的优势。新体系技术有望更好地实现国家实现双碳目标的奋斗需求，得到国家产业政策的大力扶持。

　　5. 市场优势

　　5.1 拓展消费级市场

　　新体系技术的可靠性、低成本和多元化应用形态将使LED直显行业的产品更易进入民用的消费级市场，从而拓展市场规模，使产业规模不再停滞在几百亿。

　　5.2 高可靠性产品

　　随着新体系技术的推动，LED直显产品将变得更加可靠，产品质量和产业规模不再成为矛盾，从而更好地满足市场需求。

　　三、标准与基因性评价指标

　　1. 标准

　　新体系技术积极参与LED显示产品标准的制定工作，已涉及的团体标准有：

　　l《Mini LED商用显示屏通用技术规范》T/SLDA01-2020

　　该标准首次采纳了LED显示产品按封装体系化技术分类，具有划时代意义。

　　l《绿色低碳产品评价技术规范Mini LED显示屏》T/CIET 224-2023

　　l《产品碳足迹评价导则Mini LED显示屏》T/CIET225-2023

　　l《车载光信息交互系统通用技术规范》T/GOTA005-2022

　　未来，新体系技术将继续参与更多LED显示产品标准的制定工作，拓展和完善相关标准。

　　2. 基因性评价指标

　　基因性评价指标用于检验LED显示面板的可靠性和抗失效能力，类似于人体强弱与基因因素的关系。这些评价指标对LED显示面板所使用的封装体系技术具有重要意义。

　　l总失效率评价标准

　　建议采用总失效率作为评价指标，包括板前失效率(像素失控率)和板后失效率(驱动IC失控率)，参看图四。

图四、关于LED显示面板的总失效研究

　　公式：总失效率 = 板前失效率 + 板后失效率

　　l产品出厂时评判标准

　　建议总失效率控制在以下范围：

　　总失效率((0-9)/PPM)= 像素失控率((0-4.5)/PPM)+ 驱动IC失控率((0-4.5)/PPM)

　　l产品使用10000小时后评判标准

　　建议总失效率控制在以下范围：

　　总失效率((10-30)/PPM)= 像素失控率((5-15)/PPM)+ 驱动IC失控率((5-15)/PPM)

　　l关注团体标准中的评价标准

　　我们关注到在上述的T/SLDA01-2020团标中，这一指标比我们建议的还要严格，只是遗憾地缺失了驱动IC失控率的评估指标，我们想在后续的标准增定时应该会给予考虑。参见图五。

 图五、T/SLDA01-2020团标中的像素失控率指标评估标准

　　3. 未来展望

　　新体系技术将继续担任标准制定的积极角色，参与更多LED显示产品标准的制定。此外，提出的基因性评价指标标准建议有望在新时代高质量发展中起到推动作用，全面而科学地评价LED显示面板的可靠性，使产业进入百万级(个位数/PPM)新时代。

　　四、对COB技术的再认知

　　从封装体系技术的发展角度，对COB技术在LED直显行业的两种发展路线进行再认知，参见图六。

图六、COB封装在LED直显行业的两条技术路线

　　1. COBLIP（Chip On Board Limited Integrated Packaging）

　　这是COB技术的一种发展路线，被称为COB有限集成封装技术。在这种技术中，使用COB在灯板上做像素集成封装，形成带有支架和引脚的独立封装器件。然后，将该器件焊接到带有驱动IC器件和电路的PCB板上。这属于支架引脚型单器件封装灯驱分离体系技术框架内的COB技术。典型的例子包括2007年出现的三合一全彩点阵模块技术和2016年以后出现的IMD或Nin1技术。这些技术被简称为器件型COB技术。

　　2. COBIP（Chip On Board Integrated Packaging）

　　这是另一种COB技术的发展路线，采用在一块PCB板上使用COB进行多像素集成封装，并在同一块PCB板的另一面焊接驱动IC器件。这实现了一块板的灯驱合一集成封装技术，属于无支架去引脚集成封装灯驱合一体系技术框架内的第一代技术，简称为集成型COB技术。

　　3. 对两种COB技术的评价

　　通过对LED显示面板失效和实案数据的研究，发现器件型COB技术与集成型COB技术在像素失控率指标评价上存在显著差异。器件型COB技术通常只能达到十万级，即50/PPM左右，而集成型COB技术则具备进入百万级((0-9)/PPM以内)的能力。

　　关键观点：

　　lLED显示面板的可靠性与封装器件的支架引脚数量的多少有重要相关性。

　　l器件型COB技术虽然在去引脚上有改良，但仍未摆脱支架型体系技术框架的束缚。

　　l集成型COB技术在产业发展上取得了令人振奋的进展，尤其在Mini LED直显产品方面表现出色，内生动力是其采用了去支架引脚化集成封装技术。

　　l集成型COB技术+RGB全倒装芯片组合方案目前被认为是实现Mini LED直显产品最佳的技术路线。

　　4. 展望与警示

　　l从新体系技术发展看，集成型COB技术仅是一个入门级的门槛技术，并不是终极高阶目标方案。

　　l需要客观、理性、公正地看待集成型COB技术，既看到其内生成长动力，也看到其存在的不足，不可将其过分神话与Micro LED产品划等号。

　　l集成型COB技术尚不具备实现Micro LED产品的能力。

　　通过认知COB技术在LED直显行业中的发展，可以更好地理解其技术特点、局限性以及未来的发展方向。

　　五、技术面临的挑战和对未来发展的预测

　　1. 技术面临的挑战

　　尽管无支架去引脚集成封装技术在直显Mini LED产品领域取得显著成果，但仍然面临一些挑战：

　　l制造复杂性增加： 高度集成化设计可能增加制造过程的复杂性，对工艺提出更高要求。

　　l散热效果： 如何在保持高度集成化的同时确保产品的散热效果是需要解决的问题，尤其对于高亮度、高功耗的显示产品。

　　这些挑战需要产业在材料、设备和工艺方案上深入协调配合，寻找突破点来解决，但已经引起全球性关注，产业正在共同努力应对。

　　2. 对未来发展的预测

　　站在体系技术的高度看问题，我们认为：”未来行业的发展方向还是由封装技术所主导“。在以COBIP技术作为Mini LED产品底层支撑技术发展影响力的带动下，2020年会成为直显行业发展的重要历史时间节点。从这一时刻起至2030年这10年期，我们看到行业体系技术正经历由分离走向集成的交叠过渡期，也是产业技术由低端向高端转型的黄金期。这一时期行业各种慨念技术扑面而来，令人眼花缭乱，难辨真假、无所适从。行业同仁展现出的激进、迷茫、焦虑、恐惧的心理状态是很正常的表现。封装技术体系化的分类思想和方法或许能帮您了解过往、理清思路、看清方向。过渡期的头半程，即前5年，集成型COB技术微小间距显示产品的产业规模预计将超越传统技术。在其推动下，这些产品将携带新的体系技术优势和年均成本价格优势，走入更多通用和专业应用领域。如集成型COB车载后窗透明广告贴显示产品应用于国内外户外移动传媒运营领域，见图七。集成型COB户外小间距和常规间距显示应用领域，集成型COB室内、半户外、户外和租赁的高亮度、低功耗、低衰减、抗磕碰高端透明显示应用领域以及需要集成型COB的高可靠性和低维护率特性的专业显示应用领域。过渡期的后半程，集成型COB技术的产业规模发展将出现加快趋势，迭代应用向传统的LED显示领域快速渗透和不断开拓出更多的新应用领域。这一期间发展速度或许会出现指数级的变化。10年期后行业产业技术迭代基本完成，将步入后COB集成时代。无支架去引脚集成封装技术将会深入人心。

　　无支架去引脚集成封装以其自身强大的技术能力与优势带动、整合和集成产业资源，提高生产效率、降低成本和提升产品性能。在新体系技术的加持下，LCD行业和LED直显行业会出现相互融合的现象，Mini LED和Micro LED技术会更加成熟，新体系技术会外溢它的影响力，更多地被用到LCD的背光板制造上，产业规模急剧放大，它们将会带动高端的商业显示、电视、监视器等领域实现新技术的普及化应用。也会为户外传媒、智慧城市，建筑与显示带来更多的协调一致的充满美感的显示应用解决方案，推动LED显示技术的升级。与智能化和互联网化技术相结合，LED显示技术与产品将实现更多的智能化功能，提升用户体验。新体系技术的一块板集成架构理念，将会使用更加环保的材料和工艺，显著降低能耗、节约资源和减少对环境的影响。新体系技术的独特优势和产品应用形态，将会快步拓展进新的应用场景，如AR/VR、无人驾驶、车载光信息交互、智能家电与家居、可穿戴显示、可粘贴显示、便携带智连拼接显示、离线绿能节电显示、卷帘显示、无人机舞美与高空3D显示等军用和民用领域。

图七、集成型COB技术车用后窗透明广告贴产品用于车载移动传媒运营

　　一旦进入后COB集成时代，随着设备、工艺技术能力的进一步提升，材料、无线通信、光感微供电等技术的不断进步，在可以预见的时间内，我们认为：“至少还应有两种技术会被无支架去引脚化地集成到那一块神奇的板上来，届时就会出现我们所说的终极理想目标膜显技术卷材产品，人们可任意裁剪随意粘贴的显示材料。今天我们随处可见的晶膜屏概念产品要想达到这个目标，还有很长的路要走，需要底层技术和工艺技术的共同努力突破。总之实现目标已不再是梦想。

　　结语：

　　如前文所述，必由之路绝非空言，期望行业同仁认真对待。无支架去引脚的集成封装技术作为新型LED显示技术的重要组成部分，以其独特的技术特征和广泛的应用前景，正在引领LED显示技术的发展方向。面对种种挑战，我们将持续努力，不断推动这一技术的创新和突破，为LED显示技术开创更为辉煌的明天贡献我们的力量。

　　请注意，本文仅代表个人观点，旨在抛砖引玉。如有不妥之处，敬请批评指正。同时，希望行业同仁能够从中获得启发和帮助，共同促进LED显示技术的进步。