【搜搜LED】小間距封裝技術比拼，誰將成為主流？

04-25

LED顯示屏行業繼直插（Lamp）工藝形式之後，已經廣泛過渡到表貼（SMD）工藝，隨著表貼（SMD）形式大行其道，大有取代直插之際時，COB封裝卻又騰空出世，大有與表貼（SMD）封裝一較長短的意味。其實拿COB與表貼來作比較，本來就有點「關公戰秦瓊」，牛頭不對馬嘴——小間距LED屏的「表貼」工藝與COB之間其實並不是「直接競爭」的關係。COB是一種封裝技術，表貼則是一種大量微小器件結構布局和電氣連接技術。他們處於電子產業，尤其是LED產業的不同階段。或者說，表貼是LED屏製造商的核心工藝，而COB等封裝技術則是終端製造商的上游企業「LED封裝產業」的「工作」。兩者本無須直接比較孰優孰劣，但架不住當前LED小間距大火，為實現LED小間距顯示屏最好的解決方案，大家都在八仙過海，各顯神通。

在小間距製造工藝的比拼中，眾多小間距廠商只能被動的在過迴流焊表貼工藝等環節殫精竭慮，閃轉騰挪。然而隨著間距持續往下發展，單位面積內所需貼片的LED燈珠成幾何級倍增，這對錶貼工藝提出了越來越高的要求。受小間距的間距越小，這種密集貼裝工藝難度越大的影響，小間距LED顯示屏在持續減小間距的同時，死燈率過高的難題一直未能得到有效地解決。以索尼為代表的部分廠商開始了從源頭探索嘗試去解決這一問題，即從晶元的設計與封裝階段就考慮密集排列的方案。

索尼的CLEDIS技術

索尼推出的CLEDIS技術其實就是基於Micro LED的顯示技術，Micro LED技術，即LED微縮化和矩陣化技術。像素可定址、單獨驅動點亮，可看成是戶外LED顯示屏的微縮版，將像素點距離從毫米級降低至微米級，結構是微型化LED陣列，也就是將LED結構設計進行薄膜化、微小化與陣列化，使其體積約為目前主流 LED 大小的 1%。

而Micro LED display，則是底層用正常的CMOS集成電路製造工藝製成LED顯示驅動電路，然後再用MOCVD機在集成電路上製作LED陣列，從而實現了微型顯示屏，也就是所說的LED顯示屏的縮小版。

2012年索尼展出的55英寸Crystal LED Display

索尼早在2012年度，基本上與國內小間距廠商同期推出的CLEDIS技術，當時主要應用在55英寸的Crystal LED Display產品上，主打市場則主要定位於消費級市場。由於市場接受度和開發投入反差巨大，索尼一度要終止投入。而在2016年索尼小間距LED技術改頭換面以「CLEDIS」技術形式重出江湖，並且其定位市場已經與國內小間距以商業應用為主的市場高度重合。索尼CLEDIS顯示技術由於兼備超高亮度、無縫拼接和顯示尺寸幾乎沒有界限等特徵，在戶外顯示行業帶來了足夠震撼的視覺效果，卻不必擔心環境光線的影響，並能夠很好的滿足高端顯示應用的需求。索尼表示CLEDIS的主要市場將會是取代一定尺寸範圍的現有小間距LED顯示屏。。

索尼CLEDIS顯示屏

索尼將數十萬顆LED晶元通過倒裝晶元技術(Flip　chip)封裝成一個CLEDIS模組，每個CLEDIS模組大約403 mmx 453mm，並且可無縫拼接起來，形成更大的顯示單元。以403mm×453mm、像素數為縱360×橫320像素的顯示模組「ZRD-1」為例，其對比度為100萬比1，視角基本上可達到180度，sRGB色域約為140％。亮度最大約為1000cd/m2。而且，達到最大亮度時，耗電量約為200W。對比度高是因為以紅色（R）、綠色（G）、藍色（B）LED為1個像素的光源尺寸非常小，僅為0.003mm2。索尼將這種LED稱為「Ultrafine LED」。

因為縮小了光源尺寸，所以將黑色在整個屏幕中所佔的比例提高到了99％以上，從而提高了對比度。而小間距LED顯示屏使用的是在表面貼裝型SMD封裝中安裝了RGB各色LED晶元的LED，黑色比例僅為「約30-40％」。不僅是黑色比例高，而且由於LED具備大範圍配光性能等，因此視角也很廣。

由於繼承了無機LED的高效率、高亮度、高可靠度及反應時間快等特點，其更具節能、結構簡單、體積小、輕薄等優點。因其畫質精細，顯示效果佳，對現有表貼封裝的小間距LED顯示屏形成巨大挑戰和衝擊。

索尼CLEDIS技術與傳統小間距封裝最大不同，在於應用了新的倒裝晶元技術(Flip　chip)。索尼是將倒裝的裸晶元直接封裝在PCB板上，而當下國內小間距封裝主要的作法是將已經封裝成型的LED燈珠再次貼裝到PCB板上。二者之間不僅僅是多了幾道貼裝工序的問題，還在於晶元封裝技術的不同。在封裝密度和處理速度上Flip chip已達到頂峰，特別是它可以採用類似SMT技術的手段來加工，故是晶元封裝技術及高密度安裝的最終方向。上世紀90年代，該技術已在多種行業的電子產品中加以推廣，特別是用於攜帶型的通信設備中。裸晶元技術是當今最先進的微電子封裝技術。隨著電子產品體積的進一步縮小，裸晶元的應用將會越來越廣泛。由於無須封裝支架與金屬打線，與傳統SMD LED相比可顯著降低封裝成本。

制約索尼CLEDIS技術最大難點在於量產，而量產最須解決的問題為全彩化、良品率、發光波長一致性問題。由於需要更高速度的巨量轉移技術(Mass Transfer)，即把一顆顆LED裸芯如何搬運到基板上，單色LED陣列通過倒裝結構封裝和驅動IC貼合就可以實現，但RGB陣列需要分次轉貼紅、藍、綠三色的LED晶元，需要嵌入幾十萬顆LED晶元，對於LED晶元光效、波長的一致性、良品率要求更高，同時分bin的成本支出也是阻礙量產的技術瓶頸，業界估計其量產至少還需要五年時間。?但索尼早在2016年卻已宣布，即將在2017年開始商用化量產。索尼更是今年在日本市場公布了整套CLEDIS 220英寸4K設備的售價為1.2億日元，摺合人民幣約747萬元。其220英寸4K的1.2億日元售價只是標準報價。根據不同的尺寸需求，價格也會不同。並在今年的1月到3月這段時間正式出貨。從索尼的定價來看，CLEDIS暫時還無法發揮出其成本優勢來，未來在商用化市場之路將面臨傳統小間距顯示屏的強烈挑戰。

來自COB技術的挑戰

與索尼倒裝晶元(Flip chip)封裝一樣，COB封裝同樣採用的裸芯直接封裝的形式。COB即chip -on- board，該技術將LED裸晶元用導電或非導電銀膠粘附在PCB基板上，然後進行引線鍵合實現其電氣連接。

COB封裝相對於傳統SMD LED封裝來說，主要在生產製造效率、低熱阻、光品質、應用、成本等方面具有一定的優勢。COB封裝在生產流程上和傳統SMD生產流程基本相同，在固晶，焊線流程上和SMD封裝效率基本相當，但是在點膠，分離，分光，包裝上，COB封裝的效率，要比SMD類產品高出很多，傳統SMD封裝人工和製造費用大概占物料成本的15%，COB封裝人工和製造費用大概占物料成本的10%，採用COB封裝，人工和製造費用可節省5%。

傳統SMD封裝應用的系統熱阻為：晶元-固晶膠-焊點-錫膏-銅箔-絕緣層-鋁材。COB封裝的系統熱阻為：晶元-固晶膠-鋁材。COB封裝的系統熱阻要遠低於傳統SMD封裝的系統熱阻，因此可大幅度提高LED的壽命。

傳統SMD封裝通過貼片的形式將多個分立的器件貼在PCB板上形成LED應用的光源組件，此種做法存在點光，眩光以及重影的問題。而COB封裝由於是集成式封裝，是面光源，視角大且易調整，減少出光折射的損失。基於COB光源具有熱阻低，光通量密度高，眩光少，發光均勻等特性，近年來在LED照明行業得到了廣泛的應用。既然COB技術有這麼多優點，卻為何在LED顯示屏行業卻一直磕磕絆絆呢？

在國內LED顯示屏行業，應用COB技術的企業目前就韋僑順、長春希達、威創、奧蕾達等聊聊數家。其中韋僑順宣稱，其是最早將這一封裝技術引入到LED顯示屏製造領域的廠家，並在2010年正式申報了「COB封裝+燈驅合一」的相關專利。經過近七年的探索發展，韋僑順為市場提供涵蓋單雙色、全彩、室內、半戶外和戶外寬範圍的LED顯示屏產品以及多場景應用解決方案，並且在COB生產工藝改良方面獲得了詳實的試驗數據和實案驗證數據。長春希達也成功研發了LED集成三合一（COB）室內小間距產品，在與傳統小間距LED顯示屏比較中，其各方面性能也絲毫不遜色。

針對市場上關於「COB產品不可維修，批量生產過程中會碰到很多問題，不如SMD好封裝」等置疑，韋僑順光電總經理梁青認為，比較一項技術的優劣，要從產業鏈的源頭一直延伸到末端，而不能只看某個技術的環節，一切要以終端的應用來全面地分析與評估。

COB封裝與SMD封裝在LED晶元的選擇上是站在同一個起跑線上，之後選擇了不同的技術路線。SMD封裝是一種單燈封裝的方式，相對保證單個燈珠的質量來說有優勢，只是生產工藝過多，成本會相對高些。還會增加從燈珠封裝廠到屏廠之間的運輸、物料倉儲和質量管控成本。

COB封裝則是一項多晶元集成化的封裝技術，將LED晶元直接用導電膠和絕緣膠固定在PCB板燈珠燈位的焊盤上，比起單燈封裝，其效率和成本並且在可靠性方面有明顯優勢。但部分觀點認為，COB封裝技術過於複雜，產品的一次通過率沒有單燈的好控制，甚至是無法逾越的障礙。其失效點無法維修，成品率低。對此，梁青回應稱：COB封裝以目前的設備技術和質量管控水平，0.5K的集成化技術可以使一次通過率達到70%左右，1K的集成化技術可以達到50%左右、2K的集成化技術可以使該項指標達到30%左右。即使有沒有通過一次通過率檢測的模組，但整板不良點也就1-5點，超過5個不良點位以上的模組很少，封膠前經過測試與返修是可以使成品合格率達到90%-95%左右。隨著技術的進步和經驗的積累，這項指標還會不斷提升。並且還可以採用壞點逐點修復技術對封膠後有問題的燈珠進行修復。

COB技術與SMD技術分析評估表

在實現其小間距LED顯示屏製造方面，傳統SMD封裝隨著產品點密度的增加，貼片技術難度增加，產品的成本也會增加。而且點密度越高，成本增加越多，呈非線性加快增長關係。特別是在過迴流焊環節，SMD封裝中使用的四角或六角支架在燈珠面過迴流焊工藝需要解決數量龐大的支架管腳焊接良率問題。如果SMD要應用到戶外，還要解決好支架管腳的戶外防護良率問題。採用SMD封裝技術的小間距LED極容易在使用過程中產生死燈、壞燈現象。這首先是因為SMD小間距LED在生產過程中，需要將燈珠以高溫迴流焊（240－270攝氏度）的方式焊在電路板上，而在高溫迴流焊中由於燈珠中支架、基板、環氧樹脂等材料的膨脹係數不同，極易產生縫隙，造成燈珠在出廠時已處於「亞健康」狀態。其次，採用SMD封裝技術，LED的燈腳焊盤裸露外部易被氧化，造成水汽入侵LED內部晶元，在水氧作用下長期運行造成燈芯內部發生電化學反應，出現死燈、「毛毛蟲」現象。此外，靜電對LED燈珠的傷害也不容忽略。小間距SMD產品靜電敏感，裸露的燈腳焊盤很容易受到靜電的影響，造成死燈。廠商在「迴流焊」階段的「品控」能力直接決定了其小間距LED屏產品的壽命、成本、良品率，以及最重要的產品參數「點間距」的水平。在某種意義上，小間距LED屏企業的「製造能力」，就是「迴流焊工藝」的應用能力。

模組燈珠面迴流焊工藝COB封裝和SMD封裝質量控制環節對比

COB因為直接在PCB板上實行裸芯封裝，省去了支架和打線等工藝，因此無需面對如何過迴流焊的技術難題。而COB封裝技術的小間距LED產品具有產品密封性能好、對應用環境敏感度低、畫面像素點柔和，觀感好、整體壞點率低、採用更換CELL的方式進行壞點維護時的可維護性高、極高像素密度下的工藝流程簡單，精細技術工藝步驟集中等應用和產業特點。只需要著力解決如何保證驅動IC晶元面過迴流焊時燈珠面不出現失效點，再者就是如何解決模組墨色一致性問題。

然而，作為一種新技術，COB也有在小間距LED行業積累不足，工藝細節有待提升、市場主要產品暫時處於成本劣勢等缺點。其中其失效點難以維修和墨色不均等問題恰恰是制約COB技術應用的關鍵。在現如今LED顯示屏行業這個「看臉」的時代，COB技術的小間距顯示屏無論是與索尼的CLEDIS，還是傳統SMD小間距LED顯示屏比，在一致性和對比度方面都存在巨大的差距。「顏值不高」讓許多終端應用客戶對COB技術難言好感，這也是眾多屏廠對COB技術一直存在觀望的原因之一。

其次，推進COB技術在LED顯示屏行業應用的過程，其實就是一個「去封裝」化的過程。由於COB封裝是直接以裸芯在PCB板上完成封裝，這讓屏企可以不需要中端的專業封裝企業，而直接與上游晶元廠商對接。這對當前的LED顯示屏行業的生態環境來說，不啻於一場革命。而其間的技術門檻則讓眾多顯示屏生產廠商望而生畏，對於習慣了與封裝廠商打交道的眾多屏企，特別是在小間距產品上領先的企業，長期積累的「表貼」工藝經驗和基礎投資將成為「負資產」，而需要重頭再來。再者COB產品中這種「上游封裝」代替「下游焊接」的工程變化，將直接導致小間距LED行業「核心技術分布」與「市場價值基礎」的變動。這也是行業內不同企業對COB產品態度迥異的根源所在。

就全球市場而言，小間距LED顯示現在還處於「發展初期階段」：即市場應用水平有限、與競爭技術產品比較市場佔比較低。哪怕是在國內市場，小間距LED屏也在「初次普及」高峰階段：即市場成績斐然，增幅巨大、市場佔比持續上升，但是存量市場有限，未來發展空間巨大。

這是小間距LED行業的基本「行情」。如果用一個字來概括，這個行情的核心特點則是一個「新」字。即，新技術、新產品、新企業。但是，現在，就是這個以「新」當頭的產業，卻面臨COB與貼片兩種技術工藝的「巨大替代」可能。

對於小間距LED屏市場份額領先的品牌而言，這種技術路線上的「半路殺出一個程咬金」，就像「新房換新房」。前期在貼片產品上的投資，剛剛進入「穩定回報期」，就面臨更新換代。這其實等於「最大程度抵消今天市場優勢品牌的先發優勢」。這種行業變化，對市場優勢品牌，尤其是對小間距LED這樣一個剛剛興起的行業，必然形成「難以選擇」的戰略矛盾。

另一方面，小間距LED屏市場不是一個完全成熟的行業。整個產業處於高速發展階段，新入行企業比較多。從國際上看，行業應用水平比較低，國際巨頭，例如索尼、三菱都處於「後髮狀態」，而採用差異化的技術，構建高端市場口碑，以COB為切入點無疑是這些品牌一個比較好的策略選擇。

同時，小間距LED屏與液晶大屏、DLP大屏之間的技術競爭、市場競爭，也使得這些行業的廠商「必須」進入小間距LED行業。對於這些在LED顯示上積累較淺、沒有貼片工藝經驗，且市場後發、產品端輕資產化的企業而言，COB技術具有很大的吸引力和優勢。

即便是對於國內的LED顯示企業，有些在小間距領域的起步也是比較晚的。這些企業抓住小間距LED行業成長機會的手段無非兩個：成本優勢，或者擁有技術獨到性。選擇COB技術路線，本身則可以形成和行業領先者的產品差異化，並彌補「後進入者」的時間劣勢。

也正是因為以上四種廠商，在小間距LED產品上的「布局結構不同」，導致了COB技術目前主要支持陣營至少具有如下兩大特點之一：第一，新入局者，例如行業內的一些後發品牌、多數國際巨頭、液晶和DLP大屏行業的廠商；或者第二個特點，輕資產的廠商，典型的是液晶和DLP大屏行業的一些廠商，這些廠商需要推出LED產品，卻沒有表貼工藝積累。

符合以上兩個條件之一的LED行業參與廠商都更容易選擇COB技術路線。例如威創、索尼、希達、恩倍思等。同理，完全不符合以上兩個條件的小間距LED屏參與企業，目前對COB持觀望態度：這些企業多數是現有貼片式小間距LED屏的「既得利益者」，他們有足夠的理由反對COB快速普及，也有足夠的市場影響力在COB技術上採取「強者後發」的姿態。

結論

在小間距LED封裝形式的比拼上，我們可以將傳統的SMD封裝視為第一代的封裝，COB看作為第二代封裝技術，以索尼為代表的CLEDIS為代表的Micro LED技術則代表著小間距最新的發展方向。至於說誰能在競爭中勝出，則取決於技術的先進性以及市場的接受程度。當前，SMD封裝無疑佔據著市場主流，但未來隨著COB以及Micro LED技術的成長，小間距LED顯示市場將日漸分化，是東風（SMD）壓倒西風（COB、Micro LED），還是西風壓倒東風，我們將拭目以待。