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从直插到Micro LED显示器件封装进化史

来源:www.huafcheng.com作者:华富成   点击:   发布时间:2018-03-13
LED显示屏器件朝着全彩化、小尺寸、低电流、高可靠性和低成本的不断发展,使得LED封装器件封装技术在越发重要的同时也面临着巨大的挑战。本文对LED显示屏器件封装方式的发展作简

   LED显示屏器件朝着全彩化、小尺寸、低电流、高可靠性和低成本的不断发展,使得LED封装器件封装技术在越发重要的同时也面临着巨大的挑战。本文对LED显示屏器件封装方式的发展作简要概述,主要由直插式(lamp)、亚表贴、表贴三合一(SMD);并浅谈了LED显示屏器件封装的未来前景技术,如小间距COB封装以及Micro  LED封装,以及新技术所面临的问题。

   从LED显示屏市场的产业化历程来看,LED显示屏器件封装的发展经历了20世纪80年代的点阵模块封装,20世纪90年代后出现的直插式封装,亚表贴、表贴封装,以及2011年以后出现的比较热门的小间距器件封装。从简单的组装到现在对于生产工艺的管控,LED显示封装经历了一个个技术革新的阶段。封装环节不再是简单的组装环节,而是一个考验生产工艺及技术水平的环节。

LED显示器件封装的发展历程

   LED显示屏器件的封装方式主要包括点阵模块、直插式、亚表贴、表贴三合一、COB、Micro LED等等,不同的封装方式,各有优缺点,适用于不同的LED显示屏应用领域。相应地,LED显示屏也经历了从单色(如单红、单绿、单黄等)、双色以及目前主流的RGB全彩,从早期主要用于户外到目前户内小间距的兴起,从低分辨率朝向宽色域、高分辨率的演变。这些不同的封装方式不仅推动了LED显示屏的进步,同时也是对不断自我革新的过程。下面就LED显示屏器件封装的发展过程中的几种方式以及现状进行介绍。

   点阵模块和亚表贴已经被淘汰,很少被使用,目前主流的LED显示屏器件封装方式主要为lamp、SMD三合一,两者占显示市场的95%以上。所以下面就lamp和SMD三合一进行介绍;而COB和Micro LED在发展趋势中介绍。

双引脚直插式LED器件

   LED芯片的直插引脚式(Lamp)最先研发成功并投放市场的LED产品,技术成熟、品种繁多。图1为常见的Lamp LED封装结构示意图, 通常支架的一端有“碗杯形”结构,将LED芯片固定在“碗杯形”结构内,然后采用灌封封装。灌封是先在LED模腔内注入液态环氧树脂,然后插入压焊好的引脚式LED支架并放到烘箱中让环氧树脂固化,再从模腔中脱离出LED即成型,成为LED产品。

直插式封装技术的制造工艺简单、成本低,有着较高的市场占有率。目前,直插式引脚封装的LED通常是单色(红色、绿色、蓝色)发光应用于大屏幕点阵显示、指示灯等领域。早期,全彩的LED显示屏是通过将红色、绿色和蓝色的3个或4个Lamp  LED器件做为一个像素点拼接成的。近年来,RGB三合一Lamp  LED器件也在研发中,以满足高亮、高分辨、高效率拼接的要求。目前直插式LED主要应用于户外点间距在P10以上的大屏,其亮度优势、可靠性优势较明显,但由于户外点间距也朝着高密方向发展,直插受限于红绿蓝3颗器件单独插装,很难高密化,所以在户外点间距P10以下逐渐被SMD器件所替代。

 SMD LED器件

   表贴三合一(SMD)LED于2002年兴起,并逐渐占据LED显示屏器件的市场份额,从引脚式封装转向SMD。表贴封装是将单个或多个LED芯片粘焊在带有塑胶“杯形”外框的金属支架上(支架外引脚分别连接LED芯片的P、N极),再往塑胶外框内灌封液态封装胶,然后高温烘烤成型,最后切割分离成单个表贴封装器件。由于可以采用表面贴装技术(SMT),自动化程度较高。与引脚式封装技术相比,SMD LED的亮度、一致性、可靠性、视角、外观等方面表现都良好。

   SMD LED体积更小,重量更轻,且适合回流焊接,尤其适合户内、外全彩显示屏的应用。SMD LED可分为支架式TOP LED和片式(Chip)LED。前者常采用PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier)支架,后者采用PCB线路板作为LED芯片的载体。PLCC支架成本低,但是在应用中存在气密性差、散热不良、发光不均匀和发光效率下降等问题。此外,还有性能和光效更好的PCT及EMC材质的支架,但考虑到价格较贵,暂未在LED显示屏器件上广泛应用。
 
    目前LED显示屏市场应用最多的是顶部出光型TOP LED器件如图,其次是常用于户内小间距的Chip LED。常见的SMD LED的几种尺寸,如2020、1515、3528,一般以焊盘尺寸划分。焊盘是其散热的重要渠道,常见的SMD  LED的焊盘包括户外的3.5mm×2.5mm、2.7mm×2.7mm,户内的1.5mm×1.5 mm、1.0mm×1.0mm等。这几年,随着LED显示屏市场应用环境的细分,对SMD  LED器件要求不一样。比如,针对户外LED显示屏,要求高防水、高亮度、抗紫外。其中,高防水功能主要是通过支架的防水结构设计,折弯拉伸延长水汽的路径,同时在器件内部增加防水槽、防水台阶、防水孔等方式实现多重防水。而高亮度,主要通过在杯内壁喷涂高反射墙,增强光反射。对于户外抗紫外方面,逐渐采用高性能硅树脂封装胶以取代传统的环氧树脂。
表贴式LED器件

   又如,户内LED显示屏,业内普遍追求的是高对比度、高分辨率。SMD LED器件封装正朝着小尺寸发展(如0808、0606、0505)以满足高分辨率LED显示屏市场需要,但SMD器件尺寸具有一定的局限性。当封装尺寸往0808更小尺寸封装发展时,封装的工艺难度急剧增大,良率下降,导致成本增加。这主要是受限于固晶、焊线、划片(冲切)、焊线的设备精度等因素。另外,在终端应用的成本也会增加,主要体现在贴装设备的精度、贴装效率等。

  • (责任编辑:P10LED显示屏)
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