LED顯示屏是指由LED器件陣列組成，通過一定的控制方式，用于顯示文字、文本圖形等各種信息以及電視、錄像信號的顯示屏幕。人眼對不同顏色的分辨能力來源于視網膜上3種不同類型的視錐細胞，分別對紅綠藍三色有不同的敏感程度。在3種視錐細胞的共同作用下，人們就可以對由R、G、B三基色不同比例混合的顏色像素進行判別與感覺。利用視覺惰性，人眼可在一個視覺延遲周期內對各像素整體感覺而構成一幅全彩畫面。因此視覺惰性與RGB三基色混合全彩就成為LED顯示屏廣泛應用的基礎。掃描驅動方式的顯示屏就是利用了視覺惰性，以足夠高的頻率依次點亮RGB發(fā)光的LED像素，使人眼看起來各像素LED都在發(fā)光[3,4]，這些變化的發(fā)光像素就形成一幅幅彩色動畫畫面。每一LED彩色像素一般可由紅綠藍三顆可獨立控制的LED組合而成。

LED顯示屏行業(yè)已經進入整合階段，各方面技術逐漸成熟，人們對LED顯示屏的顯示畫質要求越來越高，LED顯示屏領域朝著很高清、高密度、高分辨率、小間距和智能化等方向發(fā)展[5]。因而對LED顯示屏屏體的制造技術尤其是LED顯示屏模組的封裝技術要求越來越高，當前小間距LED顯示屏的像素點間距都在2.5mm以下，甚至更小。然而當前的高清小間距LED顯示屏大都采用表面貼裝三合一的LED燈珠通過回流焊的方式封裝在模組基板上。這種方式雖然技術成熟，應用廣泛，然而采用這種分立式LED器件組裝成的高密度LED顯示屏，存在著良品率低、可靠性差和散熱不良等問題。而采用本文所述新型的集成式封裝方式——COB（板上芯片）封裝，直接將LED裸芯片封裝到模組基板上，然后進行整體模封。這種COB封裝的全彩LED模組具有制造工藝流程少、封裝成本較低、封裝集成度高、顯示屏的可靠性好和顯示效果均勻細膩等特點，有望成為未來高密度LED顯示屏模組的一種重要的封裝形式。

1COB封裝模組結構

受到表面貼裝封裝形式的LED顯示模組單個像素封裝尺寸的限制，要想進一步減小LED表面貼裝器件的尺寸已經變得非常困難。由電子產品可靠性理論可知，眾多分立元件組裝在一起的可靠性遠低于集成元件，因而要想提高小間距LED顯示屏模組的可靠性，必須提高LED封裝的集成度。借鑒大規(guī)模集成電路封裝中的COB技術，可以大大提高LED顯示模組的像素密度。COB封裝可實現高密度的LED顯示陣列，它將顯示的較小單位上升為COB顯示模組。COB顯示模組的封裝載體是顯示模組的線路基板，直接將紅綠藍三色LED裸芯片封裝在顯示模組線路基板上，完成LED的電氣連接和機械固定，并提供LED工作時的散熱通路和光學通路。這種通過COB工藝封裝后得到的不再是單一的LED發(fā)光器件，而是具有顯示功能的顯示部件，這便是集成化的COB顯示模組。

圖1是基于COB封裝技術的高集成化LED顯示模組。由電路基板（PCB）、設置在PCB背面的驅動芯片電路和陣列引腳（球柵或柱），以及設置在PCB正面的LED燈模組組成。模組中的每個LED單體包括3顆燈芯、4個引腳以及1個正很（或負很，共負很結構），每顆RGB發(fā)光晶片通過金線與對應的RGB引腳相連，正很通過金線與引腳相連。

借鑒現有的表面貼裝三合一的SMD封裝燈珠內部的RGB裸晶的分布與電路連接，COB模組的像素單元也基本類似。以共陽很接法為例，其結構如圖2所示。

在COB基板的每一個像素點位置封裝了紅綠藍三色裸芯片，三色芯片共陽很連接，這種方式可以適用于現有的LED顯示屏的掃描驅動方法。這種COB封裝的RGB顯示模組將傳統(tǒng)的表面貼裝LED燈珠的封裝和模組基板的組裝兩個工藝過程合二為一，在完成LED封裝的同時也完成了基板的封裝，使得原本復雜的工藝流程得到大幅度簡化，所用的原材料也大幅度減少，生產成本大幅度降低。由于將整個模組上的LED芯片和驅動芯片都集成在一起，LED芯片可以得到很好的機械保護，可靠性大大提高，可以實現小于2.0mm的像素間距。由于封裝工藝過程簡單，更適合于批量生產。LED芯片直接封裝到模組基板上，散熱路徑變短，散熱效果變好，從根本上解決了現有的LED顯示屏容易死燈的問題。

2COB模組的封裝工藝

為研究COB封裝工藝應用于LED顯示模組制造的可行性，我們設計了像素點間距為2.0mm的COB封裝顯示模組，完成了COB顯示模組樣板的制作。由于LED顯示模組的COB封裝是將紅綠藍LED裸芯片直接封裝到基板上，因此，該基板不僅提供LED裸芯片的安裝固定和電氣連接，還要保證可以將多個LED顯示屏模組拼在一起構成一個完整的LED顯示屏。這就要求每一個像素的點間距是一致的，即COB封裝中的固晶、焊線和模封等工藝及基板設計均要保證各像素的一致性。

2.1LED裸晶與封裝基板布線

選用如圖3所示的紅綠藍LED裸芯片，其中紅光芯片為反電很垂直結構，芯片的下表面為陽很，陰很在芯片上表面；藍光芯片和綠光芯片均為藍寶石襯底的水平結構，陽很和陰很均在芯片上表面。為適應LED顯示屏的掃描驅動，將組成一個像素的紅綠藍三顆LED芯片的陽很通過焊線連接在一起。這種共陽很的連接方案可使基板上有更寬的空間用于布線。

設計的LED顯示屏COB模組基板焊線圖如圖4所示，組成一個顯示像素的紅綠藍三顆芯片均固晶到一個大焊盤上，保證足夠大小的固晶空間，同時大面積的銅焊盤使得COB模組基板的散熱性能提高，減少死燈，增強可靠性。

紅綠藍三顆LED芯片的陰很通過焊線焊接到線性分布的三個陰很焊盤上，藍光和綠光芯片的陽很焊接到用于固晶的陽很大焊盤上，每個顯示像素需要綁定5根連線，焊線方向一致，焊線長度相同，在合適精度的自動焊線設備的保證下，很容易獲得高良率的COB模組。

2.2封裝工藝流程

首先將紅綠藍三色芯片粘貼在基板上，然后利用引線鍵和技術進行LED芯片和基板的電氣連接，之后利用半透明黑色塑封料對LED芯片進行塑封，起機械保護作用，在光學上則可以起到防止相鄰像素間串光，提高對比度的作用。具體步驟如下：步：擴晶。采用擴張機將廠商提供的整張LED裸晶片薄膜均勻擴張，使附著在薄膜表面緊密排列的LED晶粒拉開，便于刺晶。

第二步：背膠。將擴晶好的擴晶環(huán)放在已刮好銀漿層的背膠機面上，背上銀漿。點銀漿適用于散裝LED芯片。采用點膠機將適量的銀漿點在基板上。

第三步：將備好銀漿的擴晶環(huán)放入刺晶架中，用刺晶筆將LED晶片刺在PCB上。

第四步：將刺好晶的基板放入熱循環(huán)烘箱中恒溫靜置一段時間，待銀漿固化后取出。該工藝應注意時間不可太長，否則LED芯片鍍層會烤黃、氧化，給引線鍵合工藝造成困難。若采用UV膠，則可在常溫下通過紫外光進行固化，由此可解決熱固化導致晶片鍵合焊盤氧化的問題。

第五步：引線鍵合(打線)。采用引線鍵合機將LED裸芯片與PCB上對應的焊盤進行引線鍵合，即COB的內引線焊接。

第六步：前測。使用專用檢測工具檢測COB板。

第七步：整板模封。將焊完線并經檢測無誤的LED顯示屏模組放入與基板對應大小的模具中，注入適量的導熱塑封硅膠，靜置，使得模組上液體硅膠處于一個水平面。

第八步：固化。UV固化，或者將封好膠的PCB放入熱循環(huán)烘箱中恒溫靜置，根據要求可設定不同的烘干時間。

第九步：后測。將封裝好的LED顯示模組用專用的檢測工具進行電氣性能測試，區(qū)分優(yōu)劣。

3COB模組的測試

圖5為經過上述工藝封裝好的COB模組，由圖5可見經過整板塑封后的LED顯示屏模組一致性非常好。

COB封裝過程中的固晶、焊線和模封是較關鍵的三個步驟。固晶不良會影響后續(xù)的焊線操作。如圖6所示，由于固晶的焊盤設計不合理，導致LED芯片下表面未完全覆蓋銀膠，使得在焊線時受力不均勻，造成焊線的良率下降。理想的固晶結果是LED芯片下表面的四邊都能壓在銀膠上，即所謂的四面包膠。固晶和焊線焊盤共同決定焊線的方式，不合理的基板設計也會增加焊線的難度，從而降低焊線良率。因而要提高LED顯示屏模組的COB封裝成品率和可靠性，一方面要保證所用LED芯片的光電性能盡量相差較小，可以選用經過分選和測試的同一批次的LED芯片；另一方面，基板的設計要合理，在減小像素點間距的同時還要保證足夠的固晶空間，焊線方向盡量一致且焊線距離應合適。

經過固晶、焊線并經電性能測試無誤之后，就要進行LED芯片的塑封。針對LED顯示屏模組的特點，可以采用整板塑封的方法。整板塑封的優(yōu)點是塑封一致性較好，具有更好的顯示效果，并且整板塑封可靠性高。將待塑封的模組基板放入與之對應的模具中，倒入液態(tài)塑封膠，蓋上蓋板，恒溫固化，將模組基板從模具中取出完成塑封。模封可以很好地控制塑封厚度和平整度，操作簡單，成本較低，是比較理想的整板塑封方法。

對于LED顯示屏的COB封裝，只是改變了像素單元的封裝方式，驅動控制方式并未改變。針對COB封裝形式的P2.0LED顯示屏模組，設計了如圖7所示的驅動電路。采用1/32動態(tài)掃描驅動方式，模組的分辨率為32×32，總共包含32×32×3顆LED芯片用于顯示。整個掃描驅動電路可以劃分為四個模塊：外部I/O模塊、行掃描模塊、列驅動模塊和LED陣列模塊。外部I/O模塊用于接收外部的控制信號和顯示數據信號，并分別傳遞給行掃描模塊和列驅動模塊，行掃描模塊根據要顯示的行信號，給對應行的LED陽很進行供電，列驅動模塊將串行的列顯示數據并行傳輸到待顯示LED的陰很，LED陣列模塊接收行掃描模塊和列驅動模塊的信息進行顯示。

COB封裝顯示模組的驅動原理和現有SMD封裝模塊是相同的。只需檢測COB封裝模組的32×32×3顆芯片能夠正常發(fā)光，就可判定COB顯示模組能夠正常使用。較方便的檢測方法是分別檢測紅綠藍三色顯示效果。從圖8可以看出，COB顯示模組顏色一致性較好，亮度高，顯示陣列尺寸精度高。

4結論

COB顯示模組具有工藝過程簡單、制造成本低廉、顯示效果優(yōu)良、可靠性高和使用壽命長等諸多優(yōu)點?？梢院芎玫亟鉀Q現有的表面貼裝三合一封裝形式所存在制造成本高、工藝過程復雜、容易死燈和燈珠容易碰掉等諸多缺陷，是高端小間距LED顯示屏較佳的選擇。

在進行LED顯示屏COB封裝之前，必須對所用的LED晶圓進行仔細的測試和篩選，確保各色LED亮度和色度均勻度滿足需求。在基板的設計時，要給固晶和焊線的焊盤提供足夠大小的空間，確保固晶時能夠達到四面包膠，形成牢固的粘接。焊線方向和焊線的距離盡量設計為相同，減小焊線操作的難度，同時優(yōu)化焊線的相關工藝參數，使得焊線良率滿足需求。在進行整板模封時，不僅要保證每個模組都能很好地進行塑封保護，還要保證每個模組塑封的厚度一致。