COB與SMD兩種封裝形式的分析和比較，探討LED顯示領(lǐng)域最佳的封裝形式

COB封裝在LED顯示屏應(yīng)用領(lǐng)域已漸趨成熟，尤其在戶外小間距領(lǐng)域以其獨特的技術(shù)優(yōu)勢異軍突起。特別是在最近兩年，隨著生產(chǎn)技術(shù)以及生產(chǎn)工藝的改進，COB封裝技術(shù)已經(jīng)取得了質(zhì)的突破，以前一些制約發(fā)展的因素，也在技術(shù)創(chuàng)新的過程中迎刃而解。

那么，COB封裝技術(shù)優(yōu)勢到底在哪里?它與傳統(tǒng)的SMD封裝又有哪些不同?未來它會取代SMD成為LED顯示屏的主流嗎?

一般來說，某種封裝技術(shù)是否有生命力，是要從產(chǎn)業(yè)鏈的頭部(LED芯片)一直看到它尾部(客戶應(yīng)用端)。通過全面的分析來評估。其中，對某種封裝技術(shù)的最終評判權(quán)一定是來自客戶應(yīng)用端，而不是產(chǎn)業(yè)鏈上的某個環(huán)節(jié)。本文將通過COB與SMD兩種封裝形式進行分析和比較，探討LED顯示領(lǐng)域最佳的封裝形式。

總體來說，COB封裝和SMD封裝在LED芯片的選擇上是站在同一個起跑線上，之后選擇了不同的技術(shù)路線。

一、封裝環(huán)節(jié)分析評估

1. 技術(shù)不同

COB封裝是將LED芯片直接用導(dǎo)電膠和絕緣膠固定在PCB板燈珠燈位的焊盤上，然后進行LED芯片導(dǎo)通性能的焊接，測試完好后，用環(huán)氧樹脂膠包封。

SMD封裝是將LED芯片用導(dǎo)電膠和絕緣膠固定在燈珠支架的焊盤上，然后采用和COB封裝相同的導(dǎo)通性能焊接，性能測試后，用環(huán)氧樹脂膠包封，再進行分光、切割和打編帶，運輸?shù)狡翉S等過程。

2. 優(yōu)劣勢比較

SMD封裝廠能造出高質(zhì)量的燈珠是勿容置疑的，只是生產(chǎn)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(zhì)量管控成本。

而SMD認(rèn)為COB封裝技術(shù)過于復(fù)雜，產(chǎn)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。失效點無法維修，成品率低。

事實上，COB封裝以目前的設(shè)備技術(shù)和質(zhì)量管控水平，0.5K的集成化技術(shù)可以使一次通過率達到70%左右，1K的集成化技術(shù)可以達到50%左右、2K的集成化技術(shù)可以使該項指標(biāo)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(jīng)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(shù)的進步和經(jīng)驗的積累，這項指標(biāo)還會不斷提升。同時我們還擁有封膠后的壞點逐點修復(fù)技術(shù)。

3.技術(shù)分析評估

技術(shù)分析評估表

分析評估說明：

技術(shù)實現(xiàn)難易程度：

SMD封裝：顯而易見，這種單燈珠單體化封裝技術(shù)已積累多年的實戰(zhàn)經(jīng)驗，各家都有絕活，也有規(guī)模，技術(shù)成熟，實現(xiàn)起來相對容易。

COB封裝：是一項多燈珠集成化的全新封裝技術(shù)，實踐過程中在生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)工藝裝備、測試檢測手段等很多的技術(shù)經(jīng)驗是在不斷的創(chuàng)新實踐中來積累和驗證，技術(shù)門檻高難度大。目前面臨的最大困難就是如何提高產(chǎn)品的一次通過率。COB封裝所面臨的是一座技術(shù)高峰，但它并非不可逾越，只是實現(xiàn)起來相對困難。

出廠失效率控制水平：

COB和SMD封裝都可以控制得非常好，交給客戶時都能保證0失效率。

成本控制：

從理論上說COB在這一環(huán)節(jié)的成本控制應(yīng)該略勝一籌，但是目前產(chǎn)能有限，尚未形成規(guī)?；?，所以暫時還是SMD占有優(yōu)勢。

可靠性隱患：

SMD封裝中使用的四角或六角支架為后續(xù)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)帶來了技術(shù)困難和可靠性隱患。比如燈珠面過回流焊工藝需要解決數(shù)量龐大的支架管腳焊接良率問題。如果SMD要應(yīng)用到戶外，還要解決好支架管腳的戶外防護良率問題。

而COB技術(shù)正是由于省去了這個支架，在后續(xù)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中幾乎不會再有太大的技術(shù)困難和可靠性隱患。只面臨兩個技術(shù)丘陵：一個是如何保證IC驅(qū)動芯片面過回流焊時燈珠面不出現(xiàn)失效點，另一個就是如何解決模組墨色一致性問題。

二、回流焊環(huán)節(jié)的分析評估

燈珠面過回流焊工藝

1. 技術(shù)區(qū)別

COB封裝由于沒有支架，所以不存在這項工藝。

SMD封裝是由顯示屏廠采購SMD封裝廠的燈珠, 然后貼片加工到PCB板上。

2. 幾點問題

A. 競爭問題

這個環(huán)節(jié)和封裝環(huán)節(jié)不同，封裝環(huán)節(jié)處于產(chǎn)業(yè)鏈的中游，企業(yè)數(shù)量屈指可數(shù)，還會有一定的利潤空間。而屏廠環(huán)節(jié)在SMD產(chǎn)業(yè)鏈中處于下游，企業(yè)眾多，技術(shù)門檻相對較低，競爭激烈、利潤薄、生存壓力大。在眾多的屏廠企業(yè)中通過融資上市的公司憑借資金實力、品牌優(yōu)勢和國外市場渠道優(yōu)勢占據(jù)主要地位，其它的中小企業(yè)如果沒有差異化的產(chǎn)品只能是大浪淘沙。企業(yè)參差不齊的發(fā)展水平必然導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量的差異化程度擴大。在這樣的環(huán)境中企業(yè)會如何做，怎樣做?

要想在這個環(huán)節(jié)上做好，盡量減少產(chǎn)品可靠性下降的問題，采用的技術(shù)看似簡單，其實不然。以下三個因素值得大家關(guān)注?

PCB板的設(shè)計質(zhì)量、材質(zhì)、制作工藝、制程和倉儲的質(zhì)量管控水平。

SMT設(shè)備的精度和SMT生產(chǎn)制程質(zhì)量管控水平。

面對市場競爭，管理者的成本意識和質(zhì)量意識。

我們認(rèn)為，以降低原材料品質(zhì)和犧牲產(chǎn)品質(zhì)量的競爭是會給產(chǎn)業(yè)鏈帶來災(zāi)難性的后果。

B. 產(chǎn)品成本問題

COB封裝沒有這道工序，在此環(huán)節(jié)上的成本永遠(yuǎn)是零。

SMD封裝隨著產(chǎn)品點密度的增加，貼片技術(shù)難度增加，產(chǎn)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(guān)系。

C. 可靠性問題

COB封裝沒有這道工序，在此環(huán)節(jié)上不存在可靠性降低問題。

SMD封裝由于每個支架一般存在4個焊腳，在此環(huán)節(jié)就一定存在可靠性降低問題。這是由可靠性理論所決定的。根據(jù)可靠性原理，一個產(chǎn)品的控制環(huán)節(jié)越少，可靠性越高。請看下表：

模組燈珠面回流焊工藝COB封裝和SMD封裝質(zhì)量控制環(huán)節(jié)對比

從表中我們可以清楚地看到這樣一個事實，COB封裝隨著點間距的變小和點密度的增加，它的燈珠面的控制環(huán)節(jié)永遠(yuǎn)是0，而SMD封裝隨著點間距的變小和點密度的增加，它的每平米的控制環(huán)節(jié)會隨相應(yīng)的每平米點密度的增加成4倍數(shù)的增加。

D. 回流焊爐溫造成的燈珠失效問題

SMD燈珠器件在過回流焊時通常需要240度左右的溫度，無鉛焊接甚至要達到260度-280度的爐溫。燈珠器件在通過回流焊機時存在兩種失效可能。

一種失效是LED芯片在高溫作用下的龜裂碎化隱患：LED芯片如同人類，也存在正常和異常的個體差異，當(dāng)弱、殘的個體通過高溫時，經(jīng)受不住考驗，就會出現(xiàn)此種問題。如果過爐后立即失效，問題還不大，換掉就可以。致命的是過爐后有這種隱患還能點亮，也能通過老化測試，運輸震動以后，或到客戶端使用一段時間后失效。

另一種失效是LED芯片焊接導(dǎo)線的拉斷失效。

E. 應(yīng)用過程的友好性問題

COB封裝燈珠是由環(huán)氧樹脂固封在PCB板上，環(huán)氧樹脂膠和PCB板的親合力極強，具有以下物理性能：

抗壓強度：8.4kg/mm2

剪切強度：4.2kg/mm2

抗沖擊強度：6.8kg*cm/cm2

硬度：Shore D 84

所以不怕靜電、不怕磕碰、不怕沖擊、可彎曲變形、耐磨、易清洗。所以和人的接觸友好性強，不嬌氣，耐用。

SMD封裝燈珠是通過支架的管腳焊接到PCB板上的，物理強度測試性能不高。嬌氣怕碰，怕觸摸引起的靜電失效，和人的接觸友好性不強。

3.分析評估

在這個環(huán)節(jié)上，COB封裝的優(yōu)勢已顯現(xiàn)出來，不存在惡性競爭的環(huán)境，也不存在成本和可靠性問題的困擾。所以說COB易于實現(xiàn)小間距不僅僅指的是物理空間的概念，還有成本和可靠性的優(yōu)勢。

而SMD封裝在這個環(huán)節(jié)上面臨如何提高支架管腳焊接良率技術(shù)的突破，需要花費大量的人力，物力和財力。而且隨著點密度變得越密，成本和可靠性問題變得越越來越突出。

三、墨色處理環(huán)節(jié)的分析評估

1.技術(shù)區(qū)別

COB封裝長期以來受到墨色一致性問題的困擾，目前已可以從技術(shù)上解決這個問題。

SMD封裝是采用面罩工藝來解決墨色問題。

2.分析評估

兩種封裝在解決墨色問題時成本大體相當(dāng)，也都不會有產(chǎn)品可靠性降低的影響。

四、戶外防護處理環(huán)節(jié)的分析評估

1.技術(shù)區(qū)別

COB封裝的LED燈芯已用環(huán)氧樹脂膠包封，不存在裸露的焊腳，戶外防護要解決的問題僅僅就是PCB板的防護處理和防水結(jié)構(gòu)設(shè)計，技術(shù)非常簡單。

A. PCB板保護

有二種防護等級。

一般的戶外應(yīng)用等級(如租賃和固裝)：三防漆處理工藝。

高低溫、潮濕、鹽霧環(huán)境應(yīng)用等級：納米鍍膜+抗UV+三防漆處理工藝。

B. 防水結(jié)構(gòu)設(shè)計

COB模組經(jīng)過雙面戶外防護處理后，正反面都不怕水。為了使箱體內(nèi)的電源、驅(qū)動卡和驅(qū)動IC能工作在一個良好的環(huán)境中和能工作更長的時間，在模組結(jié)構(gòu)設(shè)計上采用了戶外防護的全密封設(shè)計，COB模組驅(qū)動IC面有硅膠密封圈密封，密封圈下還有散熱鋁板，鋁板嵌入固定在塑件套件內(nèi)，套件和箱體之間還有一層硅膠密封圈，保證了模組和箱體內(nèi)都不會有水進入。

SMD封裝是需要將SMD器件的支架貼片管腳進行灌膠保護，尤其到P4以上的密度，技術(shù)難度相當(dāng)大。

2.面臨問題

A. 競爭問題

COB 封裝由于還未形成大規(guī)模產(chǎn)能，目前在P8-P10級別，尚未形成成本優(yōu)勢，目前只是在體育場館和租賃市場需要不怕碰撞的戶外顯示屏和高低溫、潮濕、鹽霧應(yīng)用環(huán)境等細(xì)分特殊應(yīng)用市場具有應(yīng)用優(yōu)勢。在P5-P6級別成本已與SMD相當(dāng)。在P4-P3甚至更密級別純戶外應(yīng)用上成本將占有絕對優(yōu)勢。一但未來形成產(chǎn)能，COB封裝將在所有點密度級別上具有價格優(yōu)勢， 目前尚不存在COB同行之間的競爭。

SMD面臨同行之間的競爭如同前述，所以支架質(zhì)量至關(guān)重要， 為節(jié)約成本而降低支架高度，反而會使灌膠技術(shù)難度增加，灌膠良率降低，不僅不能節(jié)省成本，反而會使可靠性降低和灌膠加工成本增加。

B. 產(chǎn)品成本問題

COB封裝這道工序成本基本是按每平米的戶外處理費用計算，與點密度的增加關(guān)系不大。

SMD封裝戶外防護處理成本隨著產(chǎn)品點密度的增加和灌膠技術(shù)難度增加而增加。而且點密度越密，成本增加越多，呈非線性加快增長關(guān)系。

C. 可靠性問題

COB封裝燈面已有環(huán)氧樹脂膠包封，在這道工序不存在裸露的芯片和管腳需要處理，只需把PCB板戶外防護處理好，基本上不存在可靠性降低的問題。

SMD封裝燈面每個支架存在4個焊腳，需要灌膠包封處理，所以存在一個支架管腳的灌膠包封良率指標(biāo)。如同回流焊環(huán)節(jié)，在此環(huán)節(jié)一樣存在由支架管腳引起的可靠性降低問題。根據(jù)可靠性原理，一個產(chǎn)品的控制環(huán)節(jié)越少，可靠性越高。請看下表：

模組燈珠面戶外防護工藝COB封裝和SMD封裝質(zhì)量控制環(huán)節(jié)對比

從表中我們可以清楚地看到這樣一個事實，COB封裝隨著點間距的變小和點密度的增加，它的燈珠面的控制環(huán)節(jié)依然是0，而SMD封裝隨著點間距的變小和點密度的增加，它的控制環(huán)節(jié)會繼續(xù)隨相應(yīng)的點密度的增加成4倍增加。累積控制環(huán)節(jié)指的是SMD的回流焊工藝控制環(huán)節(jié)和灌膠工藝控制環(huán)節(jié)的累加。從表中數(shù)據(jù)可以看到，該數(shù)值隨點密度的增加成8倍的增加。在過度競爭的環(huán)境中，戶外SMD燈珠支架管腳的高度不斷降低，更增加了這種技術(shù)的實施難度。如何在這么微小高度的空間內(nèi)把膠灌好，把所有的管腳覆蓋好，把模組的水平度掌控好，的確是一項超高難度級別的技術(shù)。

D. 戶外防護處理問題

COB封裝的燈珠表面是半球面曲線，燈面所有器件都由環(huán)氧樹脂膠包封，沒有任何的器件管腳裸露在外面，而且曲線過度圓滑，無棱角。如采用噴鍍技術(shù)，不管是靜電吸附原理還是真空氣相沉積原理都可以做到處理無死角。所以不論是應(yīng)用在室內(nèi)，還是戶外環(huán)境亦或是惡劣的高低溫、潮濕、鹽霧環(huán)境下，都不會有器件管腳氧化造成的燈珠失效擔(dān)心。COB封裝PCB板一定是沉金工藝的，保證了器件在整個制程過程中不易氧化，從而保證了在PCB板正反兩面噴鍍處理時無器件管腳的氧化隱患。

SMD封裝燈珠會有很多凸起的四方體，棱角分明。燈珠面裸露出來的支架管腳需要經(jīng)過戶外防護處理來保護。如果室內(nèi)燈珠想改良用到半戶外，尤其是潮濕和鹽霧環(huán)境下，必須要做噴鍍處理。如果PCB板采用的是噴錫制造工藝，在制程過程中器件管腳極易產(chǎn)生氧化隱患，再做噴鍍，效果也不理想。燈珠腹部下方的陰影區(qū)存在噴鍍死角。

3. 分析評估

在這個環(huán)節(jié)上，COB封裝的優(yōu)勢再次顯現(xiàn)，不存在可靠性降低的問題，目前戶外技術(shù)已突破到P3.0級別。

SMD封裝在這個環(huán)節(jié)上繼續(xù)面臨如何提高支架管腳戶外防護灌膠良率技術(shù)問題。針對戶外小間距，技術(shù)難度更大，需要花費大量的人力，物力和財力來突破這項技術(shù)。而且隨著點密度變得越高，成本和可靠性問題變得突出。

五、終端客戶對可靠性體驗環(huán)節(jié)

兩種封裝經(jīng)過不同的技術(shù)路線最終來到了終端客戶面前，他們的體驗才是最有發(fā)言權(quán)的。理論分析是需要通過他們的實際應(yīng)用來評價的。

隨著COB 封裝顯示屏實際案例的不斷增加，以及特殊應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大，市場一定會對這兩種封裝技術(shù)做出分析和選擇。這種選擇的力量來自市場，來自產(chǎn)業(yè)鏈的最末端。

在此我們僅給出COB戶外產(chǎn)品在終端客戶端使用一年后的可靠性數(shù)據(jù)(山寨版的COB產(chǎn)品除外)：

全彩屏點失效率：小于十萬分之五

單雙色屏點失效率：小于百萬分之八

結(jié)束語：

綜上對各個環(huán)節(jié)的詳細(xì)對比分析，用下面兩張圖對兩種技術(shù)風(fēng)格在LED顯示行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的情況做一個總結(jié)。

COB封裝技術(shù)：

從封裝開始，一直到顯示屏制造完成，COB封裝技術(shù)是整合了LED顯示屏產(chǎn)業(yè)鏈的中下游環(huán)節(jié)，所有的生產(chǎn)都是在一個工廠內(nèi)完成。這種生產(chǎn)組織形式簡單、流程緊湊、生產(chǎn)效率更高、更加有利于全自動化生產(chǎn)布局。這種組織形式也更有利于產(chǎn)品全過程的質(zhì)量管控。這種組織形式還是一個有機的整體，在產(chǎn)品研發(fā)階段就要考慮各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)可能遇到的問題，綜合評估制定技術(shù)實施方案。這種組織形式還可以更好地為終端客戶承擔(dān)品質(zhì)責(zé)任。

從整個生產(chǎn)過程中技術(shù)實施的難易程度和對產(chǎn)品可靠性的影響角度來分析，從下圖中可以看到，白色的橫坐標(biāo)表示產(chǎn)業(yè)鏈上的主要工藝環(huán)節(jié)，在白色橫坐標(biāo)的工藝環(huán)節(jié)節(jié)點上的白色柱狀線表示技術(shù)難度。圖中上方的紅色線段表示從封裝環(huán)節(jié)到客戶端應(yīng)用環(huán)節(jié)產(chǎn)品的可靠性變化曲線。藍色線段代表產(chǎn)業(yè)鏈不同環(huán)節(jié)上的技術(shù)難度曲線。

從圖中可以看出，COB封裝在LED顯示領(lǐng)域這種多燈珠集成化的封裝技術(shù)道路上只面臨一座技術(shù)高峰，它出現(xiàn)在燈珠的封裝環(huán)節(jié)。而且這種技術(shù)并非不可逾越，但也不是誰都能爬得過去的，是一種綜合技術(shù)的體現(xiàn)，需要無數(shù)次的失敗和經(jīng)驗教訓(xùn)總結(jié)，需要多年的技術(shù)積累和沉淀，需要堅定、踏實、不怕困難勇于創(chuàng)新的工匠精神。一旦越過這項技術(shù)高峰，如同鯉魚跳龍門， 山后的路將是一馬平川,在整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)上再也沒有太大的技術(shù)難點。從紅色的產(chǎn)品可靠性曲線可以看到，COB封裝一旦將燈珠封好，后續(xù)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)對其可靠性幾乎影響不大，在客戶端應(yīng)用一年以后，可靠性指標(biāo)和封裝時相差無幾。

SMD封裝技術(shù)：

在SMD顯示屏產(chǎn)業(yè)鏈中的封裝企業(yè)和顯示屏企業(yè)是兩類獨立的企業(yè)，產(chǎn)業(yè)利潤是由這兩類企業(yè)來分享的。蛋糕雖大，但企業(yè)多，競爭激烈，利潤薄。這種生產(chǎn)組織形式復(fù)雜，會浪費掉一部分產(chǎn)業(yè)利潤和效率，產(chǎn)品質(zhì)量管控難度相對大。由于封裝環(huán)節(jié)和顯示屏廠環(huán)節(jié)互相獨立，針對生產(chǎn)過程中的技術(shù)難關(guān)很難有效配合，協(xié)同攻關(guān)。終端客戶使用產(chǎn)品一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題，涉及的環(huán)節(jié)多，追責(zé)難度大。

從整個生產(chǎn)過程中技術(shù)實施的難易程度和對產(chǎn)品可靠性的影響角度來分析，下圖中曲線顏色和意義同前圖。圖中可以看出SMD顯示屏封裝產(chǎn)業(yè)鏈上存在雙駝峰式的技術(shù)高峰, 這兩個技術(shù)難點都出現(xiàn)在屏廠環(huán)節(jié)，而封裝環(huán)節(jié)由于技術(shù)成熟穩(wěn)定，技術(shù)難度相對來說不大。所以SMD顯示屏的技術(shù)難度疊加在一起一定會超過COB封裝技術(shù)的難度。

競爭環(huán)境的惡化和利潤分配的不平衡影響到從封裝廠開始的產(chǎn)品可靠性紅線的走向，雖然每個廠的紅線有高有低，但它們在到達客戶端應(yīng)用時向下的趨勢是毋容置疑的，是由可靠性理論決定的。這就是客戶應(yīng)用端對產(chǎn)品可靠性的感覺和封裝廠的出廠標(biāo)準(zhǔn)不一致的真實原因。所以說SMD的產(chǎn)品可靠性主要是由屏廠環(huán)節(jié)決定的。

未來在顯示屏領(lǐng)域，哪種封裝方式更具有生命力，相信最終用戶會做出正確選擇。為客戶提供高性價比的顯示屏產(chǎn)品是COB封裝努力的方向，COB封裝在產(chǎn)品可靠性和價格平民化方面將會為行業(yè)的發(fā)展做出重要貢獻。