Технология светодиодных дисплеев COB с малым шагом пикселя: что такое процесс и стоимость упаковки светодиодов COB?

Поскольку светодиодные экраны COB с малым шагом пикселей становятся все более популярными, знаете ли вы, как эта инновационная технология упаковки революционизирует интеграцию электронных компонентов? Почему эта технология позволяет создавать более компактные и эффективные устройства? Сегодня компания Doitvision расскажет вам подробнее о технологии COB.

Что такое печатная плата типа «чип-на-плате» (COB)?

Технология COB — это метод прямой установки электронных компонентов на печатную плату. При таком подходе интегральные схемы (ИС) крепятся к поверхности печатной платы без использования традиционных компонентов в отдельных корпусах. Таким образом, исключается зависимость от традиционной керамической или пластиковой упаковки, что позволяет создавать более компактные и легкие электронные устройства и системы.

Для установки чипа используются припойные столбики или клеи для достижения компактной и эффективной сборки. Прямое соединение создает более короткие электрические пути между чипом и печатной платой, обеспечивая превосходные электрические характеристики и минимизируя потери сигнала.

Кроме того, технология COB обеспечивает эффективное управление температурой, поскольку чип напрямую контактирует с радиаторами или термопрокладками, встроенными в плату.

Благодаря превосходным электрическим характеристикам, компактным размерам и надежным тепловым свойствам COB идеально подходит для применения в условиях ограниченного пространства, например:

• носимых устройств
• мобильные телефоны
• Светодиодное освещение
• силовая электроника.

Кроме того, технология COB способствует прогрессу в миниатюризации и позволяет создавать высокоинтегрированные электронные системы.

Как производятся печатные платы COB?

Подготовка субстрата:

Процесс начинается с очистки поверхности печатной платы и нанесения токопроводящего клея на заранее определенные области, где будут приклеиваться чипы.

Прикрепление штампа:

Неупакованные полупроводниковые чипы захватываются и точно устанавливаются на покрытые клеем участки печатной платы. Обычно для этого используются машины для захвата и установки компонентов или специализированное оборудование.

Склеивание:

После позиционирования чипы прикрепляются к плате с помощью токопроводящих припоев. Это создает надежные электрические соединения между кристаллом и токопроводящими дорожками печатной платы.

Соединение проводов:

В некоторых случаях применяется проволочное соединение, при котором тонкие металлические провода (часто золотые) соединяют контактные площадки микросхемы с дорожками печатной платы для передачи электрических сигналов.

Инкапсуляция:

Для защиты чипов и соединительных проводов от воздействия окружающей среды применяется герметизирующий материал, например эпоксидная смола. Это создает защитный слой на сборке.

Тестирование:

Сборка COB проходит строгие испытания, включая термоциклирование, проверку электрических характеристик и визуальный осмотр, чтобы гарантировать надежность и функциональность.

Окончательная сборка:

После прохождения всех испытаний печатная плата COB готова к интеграции в конечные устройства, такие как светодиодные светильники, смартфоны или другую электронику.

Ключевые технические идеи:

Технология COB прикрепляет кристаллы полупроводников непосредственно к подложке печатной платы с помощью клея, затем соединяет их со схемой платы и инкапсулирует сборку. Она оптимизирует SMT, устраняя необходимость в традиционной упаковке компонентов.

COB против SMT:

Принципиальное отличие заключается в том, что технология COB ориентирована на активные компоненты с большим количеством выводов (например, интегральные схемы) без необходимости использования керамической или пластиковой упаковки. Таким образом, она позволяет создавать более тонкие, легкие и плотно интегрированные конструкции по сравнению с традиционными подходами SMT.

Применение чипа диализа на борту

Технология COB подразумевает непосредственный монтаж кристаллов полупроводниковых кристаллов на печатную плату (ПП). После завершения соединений проводов на чип обычно наносится эпоксидная смола для защиты межсоединений. Кристалл закрепляется на ПП с помощью клея и электрически подключается к токопроводящим дорожкам платы с помощью проводного соединения. Наконец, эпоксидная смола обеспечивает изоляцию и защиту.

В этом процессе некорпусированные интегральные схемы (ИС) монтируются на печатную плату, которая может включать в себя схему обработки сигнала и поддержки. Электрические соединения между ИС и соответствующими контактными площадками печатной платы устанавливаются с помощью соединения золотой проволокой. Затем на чип наносится защитное покрытие, чтобы защитить его и его соединительные провода.

Основные преимущества технологии COB:

Миниатюризация: COB — идеальное решение для уменьшения размера и веса схемы, особенно когда традиционные методы сборки не соответствуют конструктивным ограничениям.

Компактная конструкция: благодаря исключению громоздкой упаковки компонентов, технология COB значительно уменьшает габариты системы, что делает ее идеальной для миниатюризации.

Гибкость сборки: COB предлагает уникальные возможности интеграции. Кремниевые кристаллы напрямую приклеиваются к поверхности печатной платы и подключаются через проводящие площадки или золотые провода. Непрозрачный эпоксидный защитный слой добавляется для защиты сборки от механических напряжений и вредного воздействия света.

Технический рабочий процесс:

• Крепление кристалла: кристалл крепится к печатной плате с помощью клея.
• Соединение проводов: Золотые провода создают электрические пути между кристаллом и дорожками печатной платы.
• Инкапсуляция: для изоляции и защиты узла применяется эпоксидная смола.
• Защитное покрытие: Последний слой обеспечивает устойчивость к воздействию факторов окружающей среды.

Технология COB позволяет создавать очень компактные, легкие и надежные системы, что делает ее особенно ценной для медицинских приборов, таких как диализное оборудование, где точность, долговечность и эффективность использования пространства имеют первостепенное значение.

Основные характеристики и преимущества COB Технология

• Конструкция высокого и низкого напряжения: поддерживает как высоковольтные, так и низковольтные приложения для универсальных вариантов использования.
• Индивидуальные покрытия: специальные инкапсуляционные материалы (например, эпоксидная смола, силикон) повышают долговечность и устойчивость к воздействию окружающей среды.
• Многослойные и двухсторонние печатные платы: обеспечивают сложную схему и высокую плотность интеграции.
• Функциональное тестирование платы: тщательное тестирование до и после сборки гарантирует надежность и производительность.
• Крупно- или мелкосерийное производство: масштабируемость для массового производства или узкоспециализированных мелкосерийных приложений.
• Широкий диапазон температур: надежно работает при экстремальных температурах (от -40°C до +150°C).
• Конкурентоспособные решения: снижение затрат на материалы и сборку за счет отказа от традиционной упаковки.
• Готовые решения: комплексные услуги по проектированию, сборке и тестированию оптимизируют разработку.

Общая стоимость владения: COB-светодиоды против SMD-светодиодов

При оценке инвестиций в светодиодные дисплеи COB истинным показателем является общая стоимость владения за типичный 5-летний жизненный цикл. Технология COB перенаправляет расходы с текущего корректирующего обслуживания на первоначальные инвестиции в качество.

Первоначальная стоимость приобретения. Для дисплеев с малым шагом пикселей ниже P1.5 панели COB могут стоить на 10-20% дороже, чем аналогичные модули SMD. Это связано с точными процессами крепления кристалла и инкапсуляции. Однако этот разрыв сокращается по мере масштабирования производства COB-панелей с технологией флип-чип.

Скрытая экономия: техническое обслуживание и трудозатраты. Именно здесь COB коренным образом меняет бюджет. Лампы SMD открыты; одно случайное прикосновение, случайная чистка или вибрация при транспортировке могут вывести из строя отдельные светодиоды. В результате требуются ремонтные работы на месте, специалисты и аренда подъемников. Затраты часто превышают стоимость модуля в течение двух лет. Твердый эпоксидный слой COB полностью покрывает светодиодные кристаллы. Поверхность устойчива к царапинам и ударам. Панели COB от Doitvision демонстрируют показатель битых пикселей ниже 5 ppm при поставке, и это почти идеальное состояние сохраняется в течение многих лет. Для видеостены в диспетчерской площадью 50 квадратных метров можно выбрать светодиодный экран COB. Это позволяет сэкономить от 5,000 до 15,000 долларов на ремонтных работах после установки за весь срок службы экрана.

Энергопотребление. Конструкции COB-светодиодов с перевернутым кристаллом обеспечивают большую светоотдачу на ватт. Устранение препятствий в виде проволочных соединений и улучшение тепловых путей позволяют снизить ток питания при сохранении той же воспринимаемой яркости. В режиме круглосуточной работы большой COB-дисплей может снизить затраты на электроэнергию примерно на 15-20%. Эта постоянная экономия напрямую влияет на операционные бюджеты предприятия.

Практический сценарий затрат: 5-летний прогноз для видеостены P1.2 площадью 20 кв. м.

Хотя первоначальные инвестиции в COB несколько выше, резкое сокращение незапланированного технического обслуживания в сочетании с экономией энергии приводит к тому, что общая стоимость владения выравнивается в течение гарантийного периода. После этого она становится значительно ниже. Что еще важнее, вы избегаете эксплуатационного риска простоя экрана в критически важных условиях.

COB против SMD против GOB против DIP: какая светодиодная технология выигрывает при мощности менее 1.5 Вт?

Ниже мы объективно оцениваем четыре основные технологии, чтобы помочь вам принять решение, основанное на данных.

Применение в сегменте Sub-P1.5mm

• SMD Остается конкурентоспособным по цене для P1.8 и выше, где шаг пикселя больше, а риск повреждения ниже.
• ГОБ Это дополнительный процесс, повышающий надежность SMD-компонентов, но он не решает проблему недостаточной черноты на уровне пикселей и тепловых ограничений, присущих дискретным светодиодам.
• COB Это превосходное архитектурное решение для обеспечения бесперебойного просмотра на близком расстоянии, надежности без отвлекающих факторов и долговременной стабильности. Именно поэтому команда инженеров Doitvision сосредоточена исключительно на разработке COB-светодиодов с перевернутым кристаллом для диспетчерских, студий и высококлассных корпоративных помещений.

Что такое светодиодные лампы COB?

Технология COB-светодиодов предполагает установку нескольких светодиодных чипов непосредственно на подложку (например, карбид кремния SiC или сапфир) для создания плотно упакованной светодиодной матрицы. Будучи более новым и технологически продвинутым подходом, COB-светодиоды обладают значительными преимуществами по сравнению с традиционными светодиодными конструкциями:

Более высокая плотность светового потока: достигается за счет интеграции нескольких светодиодных чипов в единый массив, в отличие от более старых технологий, которые полагались на отдельные DIP-светодиоды или несколько SMD-светодиодов.

Равномерный световой поток: близко расположенные чипы создают равномерное, высокоинтенсивное освещение с минимальным затенением или яркими пятнами.

Экономия пространства: компактная конструкция уменьшает занимаемую площадь, сохраняя при этом высокую яркость.

Упрощенная схема: большинство конструкций COB используют одноконтурную конфигурацию с двумя контактами, что упрощает сборку и электрические соединения.

Основные преимущества технологии COB-светодиодов:

• Сверхкомпактный размер: идеально подходит для применений с ограниченным пространством.
• Повышенная яркость: обеспечивает превосходную интенсивность, особенно на близком расстоянии.
• Равномерное освещение: равномерное распределение света для точных задач.
• Оптимизированная конструкция: упрощенное управление тепловым и электрическим режимом.
• Улучшенные тепловые характеристики: прямое приклеивание к подложке улучшает рассеивание тепла, повышая надежность и срок службы.

Светодиоды COB широко используются в автомобильном освещении, медицинских приборах, сценическом освещении и бытовой электронике.

Усовершенствованная архитектура COB: проволочное соединение против флип-чипа

Не все COB LED-дисплеи одинаковы. Основное различие заключается в способе подключения светодиодного чипа к подложке. Профессиональному покупателю необходимы долгосрочная надежность и высокое качество изображения.

COB-светодиод с проволочным соединением (традиционный подход). В этой архитектуре светодиодный чип устанавливается лицевой стороной вверх. Для соединения верхних электродов чипа с контактными площадками печатной платы используются чрезвычайно тонкие золотые проволоки, после чего вся сборка инкапсулируется. Несмотря на свою экономичность и отработанность, эта конструкция имеет два потенциальных недостатка: тонкие золотые проволоки остаются уязвимым местом, особенно при термическом расширении, и частично препятствуют излучению света, вызывая небольшие тени и неравномерную яркость под экстремальными углами.

Технология Flip-Chip COB (стандарт следующего поколения) — это технология, которая по-настоящему раскрывает потенциал светодиодных дисплеев со сверхмалым шагом пикселей. Светодиодный чип инвертирован и напрямую соединен с подложкой с помощью металлических выступов или столбиков. Это исключает необходимость использования золотой проволоки.

• Превосходное управление температурным режимом: Тепло, выделяемое в светоизлучающем слое, передается непосредственно на печатную плату по кратчайшему пути, минуя плохо проводящую сапфировую подложку. По сравнению с проволочным соединением это снижает тепловое сопротивление до 5 раз. Таким образом, это значительно увеличивает срок службы светодиода и уменьшает снижение яркости.
• Световой поток без препятствий: Благодаря отсутствию проводов на излучающей поверхности, технология Flip-chip COB обеспечивает более широкое и равномерное световое поле. Она полностью исключает риск образования «гусеничных» скоплений битых пикселей, вызванных обрывом проводов.
• Повышенная надежность: Цельнометаллическая твердотельная сварка по своей природе более устойчива к физическим ударам и термическим циклам. Поэтому экраны на основе технологии flip-chip COB идеально подходят для прокатных сценических конструкций, элитной розничной торговли и критически важных диспетчерских пунктов.

В компании Doitvision в настоящее время приоритетом массового производства являются светодиодные экраны COB с перевернутым чипом. Вы можете предоставить своим клиентам самую стабильную и визуально впечатляющую технологию, доступную сегодня.

Технология светодиодов COB с общим катодом

Технология с общим катодом — это энергосберегающая конструкция источника питания. Она широко применяется в высококачественных светодиодных дисплеях COB.

В традиционных светодиодных дисплеях часто используется структура с общим анодом, где разные светодиодные чипы получают одно и то же напряжение. В отличие от этого, технология с общим катодом обеспечивает независимое подачу напряжения на красные, зеленые и синие чипы.

Оптимизированное распределение мощности снижает ненужные потери энергии и выделение тепла.

К преимуществам светодиодных дисплеев с общим катодом (COB) относятся:

• Снижение энергопотребления на 20–40%

• Сниженная рабочая температура

• Улучшена стабильность отображения

• Более длительный срок службы светодиодов

• Повышение энергоэффективности

Для приложений, требующих круглосуточной работы, таких как диспетчерские и центры мониторинга, дисплеи COB с общим катодом от Doitvision обеспечивают значительную экономию эксплуатационных расходов в долгосрочной перспективе.

Коэффициент контрастности и производительность HDR-дисплея COB LED

Одним из главных преимуществ светодиодных COB-дисплеев является их превосходное качество изображения.

Благодаря технологии COB создается сверхплоская поверхность дисплея с минимальным отражением света. По сравнению с традиционными SMD LED-дисплеями, достигаются значительно лучшие показатели черного цвета и контрастности.

Современные светодиодные COB-дисплеи способны достигать коэффициента контрастности более 10 000:1, обеспечивая следующие характеристики:

• Более глубокий черный цвет

• Улучшенный переход между оттенками серого

• Улучшен эффект HDR

• Большая глубина изображения

• Улучшенная визуальная реалистичность

Многие высококачественные COB LED-дисплеи также поддерживают технологию HDR10:

· Виртуальное производство XR

• Студии вещания

• Корпоративные выставочные залы

• Конференц-залы высокого класса

• Приложения для розничной торговли предметами роскоши

Рекомендуемое расстояние просмотра для светодиодных COB-дисплеев

Как правило, минимальное расстояние просмотра приблизительно равно значению шага пикселя в метрах.

Для помещений с близким расположением объекта, таких как конференц-залы и студии, COB-дисплеи с меньшим шагом пикселя обеспечивают превосходную четкость изображения и более плавную работу.

Калькулятор размера 4K COB LED-дисплея

Многие покупатели хотят знать, какой размер экрана необходим для достижения истинного разрешения 4K при использовании светодиодных дисплеев COB.

Необходимый размер дисплея зависит от выбранного шага пикселя.

Для конференц-залов премиум-класса и помещений для телевещания P1.2 COB является одним из самых популярных вариантов, поскольку он обеспечивает превосходный баланс между качеством изображения и стоимостью проекта.

Процесс упаковки COB

Технология COB предлагает экономичные и компактные решения. По сравнению с другими методами упаковки, она имеет отработанный производственный процесс. Однако она также имеет свои ограничения и технические проблемы.

Преимущества:

• Более низкая стоимость: упаковка COB примерно в три раза дешевле аналогичной традиционной упаковки.
• Эффективность использования пространства: устраняет необходимость в громоздких корпусах компонентов, позволяя создавать компактные конструкции.
• Проверенное производство: использует отлаженные процессы для надежного производства.

Ограничения:

• Требования к оборудованию: Для работы требуются специализированные инструменты для пайки и герметизации, что может замедлить темпы производства.
• Чувствительность к окружающей среде: строгий контроль влажности, температуры и чистоты имеет решающее значение при сборке печатных плат.
• Сложность обслуживания: ремонт или переделка затруднены из-за интегрированной, инкапсулированной конструкции.

Вопросы производительности:

Улучшенная целостность сигнала: минимизируя паразитные эффекты от упаковочных материалов, COB может улучшить производительность ИС.

Проблемы дизайна:

Подключение подложки: конфигурации микросхем с выводной рамкой или BGA (Ball Grid Array) в конструкциях COB могут привести к неоптимальным соединениям VCC/земли.

Несоответствие коэффициента теплового расширения (КТР): Различия в коэффициенте теплового расширения (КТР) между материалами могут вызывать механическое напряжение, что может привести к повреждению паяных соединений или дефектам печатных плат.

Управление тепловым режимом: требует тщательного проектирования для снижения накопления тепла в плотно упакованных помещениях.

COB остается популярным выбором для приложений, в которых приоритет отдается стоимости и миниатюризации, но его технические ограничения требуют тщательного проектирования и оптимизации процесса.

‌Шаг 1: Расширение Кристаллов‌

Расширительная машина равномерно растягивает предоставленную производителем пленку со светодиодными чипами. Она разделяет плотно расположенные светодиодные чипы, прикрепленные к поверхности пленки, для облегчения операций по установке и размещению компонентов.

‌Шаг 2: Нанесение клея‌

Поместите расширенное кристаллическое кольцо на поверхность машины для подложки, покрытую серебряной пастой. Дозирующая машина наносит соответствующее количество серебряной пасты на печатную плату для пакетного монтажа светодиодных чипов.

‌Шаг 3: Размещение светодиодного чипа на печатной плате‌

Загрузите покрытое серебряной пастой расширенное кристаллическое кольцо в машину Pick-and-Place. Операторы используют инструмент для склеивания под микроскопом, чтобы точно позиционировать светодиодные чипы на печатной плате.

‌Шаг 4: Термоциклирование перфорированной печатной платы‌

Поместите перфорированную печатную плату в печь термического цикла на контролируемое время выдержки. Удалите ее после того, как серебряная паста затвердеет (длительное воздействие может привести к окислению/пожелтению светодиодных покрытий). Этот шаг применим только к склеиванию светодиодных чипов, а не к склеиванию чипов ИС.

‌Шаг 5: Присоединение микросхемы‌

Нанесите красный клей на позиции ИС на печатной плате с помощью дозатора. Аккуратно расположите кристаллы ИС на клее с помощью антистатических инструментов (варианты с красным или черным клеем).

‌Шаг 6: Процесс отверждения‌

Поместите компоненты, соединенные клеем, в термоциклическую печь на большой плоской нагревательной пластине для термостабильного отверждения. Естественное отверждение необязательно, но требует длительного времени.

‌Шаг 7: Склеивание проводов‌

Используйте алюминиевый соединительный провод для создания соединений между контактными площадками чипа (светодиод/ИС) и соответствующими контактными площадками печатной платы, завершая внутреннюю проводку COB (Chip-on-Board).

‌Шаг 8: Предварительное тестирование‌

Оцените платы COB с помощью специализированного испытательного оборудования (например, высокоточных стабилизированных источников питания). Отбракуйте и переделайте несоответствующие устройства.

‌Шаг 9: Инкапсуляция‌

Нанесите отмеренную эпоксидную смолу AB на склеенные светодиодные модули с помощью дозатора. Загерметизируйте микросхемы черной эпоксидной смолой, а затем выполните косметическую инкапсуляцию в соответствии с требованиями заказчика.

‌Шаг 10: Окончательное отверждение‌

Отверждайте инкапсулированные печатные платы в печи термоциклирования при контролируемой температуре. Отрегулируйте время сушки в соответствии с требованиями процесса.

‌Шаг 11: Последующее тестирование‌

Проведите испытания электрических характеристик инкапсулированных печатных плат с использованием специализированных испытательных инструментов для окончательной оценки качества.

Прайс-лист на светодиодные COB-дисплеи

Цена светодиодного COB-дисплея зависит от множества факторов, включая шаг пикселя, яркость, материалы корпуса, частоту обновления и конфигурацию системы.

Ниже приведён общий диапазон цен на светодиодные COB-дисплеи для помещений.

Вывод:

Технология COB кардинально изменила электронную промышленность. Она предоставляет больше преимуществ, недоступных при использовании традиционных технологий упаковки.

Технология COB, благодаря прямому монтажу чипов на плату, позволяет создавать электронные устройства меньшего размера, легче и энергоэффективнее. Устранение избыточной упаковки и сокращение электрических соединений улучшают электрические характеристики, снижают потери сигнала и обеспечивают эффективное теплоотведение. Благодаря этой передовой технологии COB-дисплеи становятся все более и более HD-совместимыми. Как ведущий производитель COB-светодиодных видеостен , мы приглашаем вас связаться с нами, если вам нужны COB-светодиодные дисплеи.