前沿技术：CIB全新封装架构用于LED直显及背光
摘要
本文简述了现LED显示封装技术（正装、倒装、COB）中的关键技术问题。本文提出了一全新的LED封装架构——CIB（chip in board），该CIB应用于LED小间距（P1.0、P1.2）显示模块设计方案，陈述了CIB新架构带来的优势：焊点裸露，激光简单高效修复缺陷焊点，图像识别确保焊点可靠，成品率有保障；工艺设备要求降低，防水、散热、串光和墨色等问题轻松解决，简化了PCB驱动板的布线，成本显著降低
关键词
LED芯片封装；LED显示；小间距；Mini LED背光
一、引述
LED晶片上两焊盘与驱动电路的连接，是所有工作的基本要点，保证量产可靠以及其他性能下，实现低的造价则是核心关键。当晶片尺寸大、大间距时，分离SMD打线封装芯片可以满足当下需求。进入小间距时，每个像素点的造价直线飙升，其原因是：1）晶片之间的间距小；2）晶片尺寸小，其上的两焊盘尺寸以及间距小，给实现晶片上两焊盘与驱动电路的连接的工艺制程带来了麻烦。
正装打线封装，每个晶片要占4个焊盘面积，并且基板上焊盘与晶片上的焊盘必须拉开间距，即需要的面积大，晶片焊盘不可复焊，晶片粘固，缺陷焊接不易修复。倒装只占两个焊盘面积，锡焊可重复修复，这样在LED行业已有十多年历史的倒装和COB等技术又找到新的蓝天。
但倒装工艺，基板焊盘尺寸精度和位置精度要求高，锡膏印刷精度要求高，固晶（打晶）的精度要求高，连焊和虚焊容易产生，虽然开发有修补设备，但价格昂贵和低下的效率以及可靠性问题，导致倒装封装的产品造价高。
倒装致命问题；两焊点被晶片遮挡，不可采用图像识别技术检测焊点，缺陷（连焊、虚焊）检测只能通电检测，麻烦是次要的，但检测的可靠性则是致命的，影响着倒装技术的前景。
无论正装打线，还是倒装，由于焊接缺陷修复困难，导致成品率低，COB（chip on board）理论上这种集成封装造价应比SMD要低，但实际上却要高。能出品4合1，但还要出品2合1，下游屏厂更喜欢4合1，但封装厂却不生产，其原因就是上述的成品率问题。
本文提出的CIB（chip in board）封装架构，同样采用锡膏焊接，显著优点是：锡焊点裸露，采用激光修复虚焊连焊等缺陷，简单又高效，采用图像识别焊点，品质更有保障；另外，工艺设备精度要求降低，防水、串光和墨色等问题轻松解决，简化了PCB驱动板的布线，造价进一步降低。
二、CIB（chip in board）封装架构
PCB基板，阵列地开有晶片嵌口，晶片嵌口的侧壁/底侧面上设置有连线焊盘，LED晶片嵌入晶片嵌口中CIB（chip in board），采用焊锡膏焊连两电极。
RGB三颗晶片呈品字设置，采用现有的FC晶片，三个晶片嵌口连在一起，GB晶片以及R晶片的N极对应的连线焊盘在晶片嵌口的侧壁上，R晶片的P极对应的连线焊盘在PCB基板的底侧面，三晶片共N极。
采用丝印或喷墨锡膏，锡膏涂敷的面积尽可能大，利用液态锡的表面张力，凝聚和渗入的特性实现晶片电极与PCB基板上的连线焊盘连通，效率高，精度要求低、焊连牢靠。
CIB（chip in board）封装架构显著的优点：焊点裸露，易修补缺陷晶片和焊点；采用图像识别检测焊点缺陷，品质更有保障。
采用激光修复连焊短路和虚焊断路，以及修补缺陷的晶片，简单高效，所要的技术设备都是现有。采用图像识别技术检测锡焊点，确保每个焊点品质可靠，良品率得到保障。
三、P1.0以上LED显示模块
1、LED显示模块基本结构
采用柔性PCB板（FPC）作基板，利用FPC基板的柔性可弯折特点，驱动LED晶片的电路通过弯折段与驱动IC电路连通；0.1mm厚FPC可小角度弯折，消除了模块拼合线问题。
FPC基板后有底衬支撑，前有透光护膜保护，采用密封胶粘合，结构简单，但防水密封牢靠，无芯片磕碰脱落问题；弯曲的底衬，就得到弯曲屏面。
晶片嵌入不透明的PCB中，自然就不存在串光问题。焊盘焊点在背面，正面（出光面）印刷黑墨或粘贴黑膜，激光开晶片嵌口工序设置在最后，印刷黑墨或粘贴黑膜工序之前，就可轻松解决墨色一致性问题。
以下列出三种设计方案：
方案A：含有驱动IC的LED驱动板固定在底衬的后面，FPC弯折段与驱动PCB板焊连或插接。驱动PCB板设有插针或焊盘用于与外接电路连通。
方案B：相比于方案A，更为紧凑的设计，驱动IC及驱动电路直接设在弯折的FPC板上。
方案C：相比于方案A，底衬带有散热片，可充分体现本专利技术散热的显著特点，LED晶片直接贴在散热片的金属底衬上，没有像现技术有的绝缘隔热的PCB板。
2、P1.2LED显示模块设计方案
采用5*9mil（130*240μm）的FC晶片，一种现有的显示用LED晶片。
晶片与晶片嵌口之间的间隙为30μm，采用精度20μm的固晶机即可。
0.6mm内布两根线，很常规的要求。
锡膏丝印直径0.2mm，最小间距为0.1mm，常规的技术要求。
现有的纳秒紫外精密切割机（用于FPC等切割钻孔），Φ10μm孔径，加工速度可达1500mm/s，完全可满足开晶片嵌口的工作。
CIB结构，晶片之间不必有间距，所留间距是由于尺寸及打晶误差，因而RGB三晶片周边留布线空间大。
晶片镶嵌于嵌口中，晶片直接与PCB上下面电路接通，好似上下楼门有各自的立交路，自然构成立体布线优点。
因而单层双面FPC就可把RGB三晶片的行驱动电路线和列驱动电路线从侧面引出，如图所示。
行驱动电路线和列驱动电路线从侧面引从，弯折与IC驱动PCB板焊连或插接，IC驱动PCB板甚至可以采用单层双面板。
简化了PCB板的布线，不需要多层多阶PCB板，成本又显著降低！
3、P1.0LED显示模块设计方案
采用4*6mil（85*150μm）的FC晶片，一种现有的显示用LED晶片。
晶片与晶片嵌口之间的间隙为20μm，采用精度15μm的固晶机即可。
0.6mm内布两根线，很常规的要求。
锡膏丝印直径0.15mm，最小间距为0.05mm，技术要求比P1.2要高。
4、P0.8LED显示模块设计方案
同样采用4*6mil（85*150μm）的FC晶片。
四、Mini LED背光方案介绍
LED直下式背光早就有，采用Mini尺寸LED（MiniLED背光），一是便于实现区域控光，二是便于均光，三是晶片小成本低。现Mini LED背光主要在笔电平板上得到应用，晶片间距10mm左右，由于厚度问题，在手机中还没有应用到。本文以下提出的方案是针对手机，同样可以应用其他LCD屏的背光。
主要部件：1）透明导光散光板（PC材料），2）晶片承载片（透明FPC，PET材料）；晶片承载片（透明FPC）阵列开有晶片嵌口，LED晶片镶嵌在晶片嵌口中（chip in board），采用FC晶片（4*6mil）；透明FPC上整面丝印荧光层（粘贴荧光膜），下整面是底部反光膜；晶片侧面四周的缝隙有透明封胶。
五、总结
本文的CIB（chip in board）封装架构，锡焊点裸露，采用激光修复虚焊/连焊以及缺陷晶片，简单又高效；采用图像识别检测焊点，品质更有保障，确保含有数千万晶片的显示模块的成品率100%，是实现LED显示模块标准化的基础。另外，工艺设备精度要求降低，防水、散热、串光和墨色等问题轻松解决，简化了PCB驱动板的布线，造价进一步降低。
本文提出的技术涉及已授权的发明专利（ZL2010105550086），以及新近的专利申请，未经许可，不可使用。
文章来源：深圳市秦博核芯科技开发有限公司