【光电热点大家谈】（三）LED显示面板COB封装热潮背后的冷思考

分享话题：LED显示面板COB封装热潮背 后的冷思考

时间：2019年6月13日周四晚20：00地点：广东省光电技术协会群主讲人：胡志军

主讲人简介：

胡志军，男，1957年。1982从吉林工业大学农业机械专业毕业，服务于中国农业机械化科学研究院，负责联合收割机产品的研发设计工作，获部级科技进步二、三等奖各一项。1986年意大利FIAT集团访问学者。1992年服务于国旅总社欧一部，意方指定金牌领队。2008年进入LED显示行业，服务于韦侨顺光电。2010年至今从事COB集成封装显示面板技术生产工艺、测试技术、灯珠修复技术研究，2016年开始从事产业研究和技术理论总结。目前正至力于推动该项新技术的产业化！

下面 分享开始

第四部分

一下子提出那么多问题。大家先思考一下，我们一会儿再来回答。

这个图片是我们最新的2017年版的面板级对像素失效率指标要求的行业标准。5.12像素失控率指标。最严格的C级标准是1/10000。

2015年我们随业绩榜《百家讲坛》在全国14个城市进行COB面板技术推广讲演，那时我们对COB面板技术和传统面板技术的理解都很不到位，仅会总结一些我们自己的产品优势。其中有一站是在台北，一下来了200多人，都是来看COB的，我们当时带的是户外P4的产品。听完梁总的讲演后台湾封装界的朋友们展开了热烈讨论，这个技术到底行不行？我们认为可行，他们很多人和最初我们大陆封装界的态度是一样的，其中以亿光为代表的企业做了总结性的发言，有两点结论：第一，这么大的封装面板，产品没有一次直通率，技术不可行。其次在生产中出现的坏灯无法修复，要整板报废，报废率太高，总之无法产业化。还好，我们一路都是受打击过来的，这点不算什么。你说不行我们就一直做到它行。回到深圳后我们专门针对“一次通过率”问题展开研究，就此开启了我们对传统面板技术的产业研究。首先根据已有的四年多的案例，我们发现COB面板的死灯就是少，而传统的SMD技术死灯太多了，满大街都看得到。客户来了先问你灯死了怎么修，我说我们的产品几乎没死灯，但说不出什么道理。那时我就成了挑死灯专业户，看到一块屏，算出它总像素点，然后挑出有多少死灯。这样慢慢对传统的面板产品大概有谱了，基本都是在百级和千级的范围内，能达到万级的很少。那时我们单色的室内COB面板已达到3ppm水平。在下面的冷思考中我们也会专题谈到“一次通过率”问题。现在回到我们的冷思考。

单像素就是要实现电学和散热这两个最基本的功能。单像素构成的系统我们把它作为一个微循环系统研究对象，研究它们的特点、结构组成、失效类型和失效原因，比较两种技术的差异。

对比两种技术的最小像素单元，总结出它们的特点，对不好理解的地方下面用文字描述。

SMD的特点：

2. 电路连接的间接性

LED芯片的正负级要先通过内部电路连接到封装支架外壳的引脚上，这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其他器件建立连接。

3. LED芯片的密封性与电学功能的开放性

在LED芯片保护上可以做到完全的密封，在实现封装芯片的电学功能上只能通过封闭体支架外壳的引脚来实现，处于一种开放的环境中。

4. 热传导的间接性

由于电路连接的间接性导致LED芯片产生的热量不能直接通过印刷电路板上的导线传递出来，需要通过像支架引脚这样的中间介质间接传递出来，具有热阻高，热传导路径长的特点。

COB的特点：

2. 电路连接的直接性

LED芯片的正负级通过键合线直接连接到灯位电路上，完全在包封的胶体内部实现了直连。

3. LED芯片和电学功能实现均具有密闭性

LED芯片处于胶体密封环境中，而且它的电气导通功能也是在胶体密封环境下实现的。

4. 热传导的直接性

由于电路连接的直接性导致LED芯片产生的热量直接通过印刷电路板上的导线传递出来，没有了像支架引脚这样的中间介质间接传递，具有热阻低，热传导路径短的特点。

传统面板技术与COB面板技术的像素结构组成对比，COB面板技术不存在外部支架引脚。

传统面板技术像素失效来自两个部分：内失效+外失效。我们发现COB面板技术没有外失效，仅有内失效。

产生内失效和外失效的原因可不可以这样认为？我们不是纯研究失效问题的专家，行业中有关像素失效问题的研究文章有很多，我们只是根据研究需要分类归纳，让推理分析更具有说服力。

在做完上面的对比之后，这里给出了对两种面板技术像素微循环系统的文字描述。他们本质的不同就是开放对封闭。传统面板技术不管封装灯珠的胶体做得多密闭，但支架引脚还是必须与外界建立联系，想封闭也封不起来，是一个形闭实开的微循环系统。COB面板技术不给胶体内部的LED芯片组提供任何与外界沟通的机会，是真正的封闭式微循环系统。同时我们还注意到传统面板技术与COB面板技术的单像素结构组成是不一样的，前者有内外两部分组成，而后者仅有内部封胶的LED芯片组。由于结构组成的不同导致它们的失效形式也不一样，前者有内失效和外失效，后者仅有内失效无外失效。到目前我们已经掌握了足够多的信息，可以尝试回答上面提出的问题。

假设传统面板技术封装环节的灯珠失效率数据和我们多年积累的COB面板技术灯珠失效率实案数据没有问题，我们开始做以下分析推论：

1. 为什么传统的面板技术是万级的? COB面板技术是百万级的

传统封装企业给出的单灯级（封装级）的失效率是0-5PPM

COB技术实案数据室内面板像素失效率是：单双色 3-6PPM, 全彩6-9PPM

COB面板技术无支架，不存在外失效，所以面板级数据就可以达到传统面板技术封装环节单灯级的水平，既百万级。

传统面板技术单灯失效率指标由封装环节单灯级的（百万级）降到面板级（千级-万级）的主要原因是由支架引脚的外失效造成的。

外失效的问题远远多于内失效，大概在几十倍左右。

所以传统面板技术的主要问题是支架的引脚问题，支架问题不解决，传统技术就无法突破万级。

对支架引脚问题采取的应对措施都是被动的。

传统的面板技术就是有支架有引脚的面板技术。

COB面板技术就是无支架无引脚的技术，去支架就是解决支架问题最主动的措施，达到的效果是彻底解决了支架的外失效问题，做到百万级水平是可以理解的。

关于支架问题的研究，我们有一篇文章《两种封装综合评估讨论要点》，其中分析了传统面板技术产业的十二大问题，所有的问题都和支架有关联。

下面我们来研究显示宏系统和“一次通过率”问题，看看支架引脚对这样的系统可靠性造成的影响有多大？把两种面板技术对显示系统可靠性的影响做个比较。

显示像素的失效率对显示系统可靠性影响权重是最大的。两种面板技术组成的显示宏系统对比后谁优谁劣一目了然，差距是巨大的。传统面板技术组成的宏显示系统越大，问题就越多。这些支架引脚产生的外失效就像一颗颗定时炸弹，长期的不定时的对系统的可靠性产生破坏作用。

所以传统面板技术存在着标准和制造能力的悖论。

下面再给大家分享一段故事。2016年行业里一个在香港上市的著名企业的董事长带着他的团队来谈投资合作，我们给他详细的介绍了COB技术，尤其是在对待一次通过率问题的观点上让他印像深刻，最后他说：如果你们能拿得出COB在封装环节测出的不良芯片数据，并有准确的单灯像素修复成本的数据，只要摊倒每颗灯珠的成本不高于传统SMD单灯珠的支架和引脚焊接成本之和，我看这事就可以做。当时我们刚好有个深圳光明的室内P3全彩项目，总像素点是165万个，我们投料是170万个像素点的板子，我们把每块板子的原始数据做了记录和保存，计算出由于一次通过率问题造成的灯珠维修费用再摊到170万个像素点上的成本是0.0017元。给他们提交了一份正式的试验数据分析报告。这份报告过去不久，他们就发文声明研发出了COB倒装小间距产品，并会很快量产。但两年过去了市场上还未见他们有产品推出。下面就是我们在这份报告中谈到的一次通过率问题。

如何看待一次通过率问题

COB 封装由于采用了无支架集成化技术，在封装环节面临如何提高产品一次通过率的高技术门槛挑战，一旦跃过龙门，后工序不再会有传统支架工艺带来的各种问题和隐患，同时享受由无支架技术带来的各种好处。

反观 SMD 封装，尽管使用支架在封装环节可暂时回避一次通过率问题，但却把这个棘手问题扩大化地转嫁给了下游的显示屏厂，即 SMD 灯珠在 SMT 工艺中有严重的一次通过率问题。 如果产品应用到户外，还会有 SMD 支架引脚灌胶防护检测的一次通过率问题。

其实两种封装技术都存在一次通过率问题，只是 COB 将其解决在前端，即封装环节，不留后患。而 SMD 是在灯珠封装后寻求更高的生产成本去解决，效果不佳，隐患难除，似乎无解。

在封装生产环节，假设 LED 芯片质量、辅料质量、设备精度、管理水平等条件都一样， COB 和 SMD 出现问题灯珠的机率应该是一样的，此时 COB 是将问题灯珠进行修复，而 SMD 是将问题灯珠报废。所以 COB 存在修复成本问题（对目前最难级别 COB P3.0 全彩产品的实测数据， 每颗灯珠摊到的修复成本为 0.0017 元），SMD 存在报废灯珠的生产成本和材料成本问题（需要给出数据进行对比）。

COB 封装测试没有通过的问题灯珠，是可以通过返晶返线修复使其达到良品率 99.62%以上。漏测率低，报废率低，封胶后灯珠死灯率极低，后工艺简单，品质稳定。

SMD 封装检测出的坏灯珠不用修复，直接报废掉，报废率高。灯珠 SMT 工艺后测试没通过的灯珠也可以修复换掉，但由于支架引脚虚假焊接问题需要时间考验，所以漏测率高，产品隐患多，死灯率高。户外灌胶工艺缺少有效检测手段，支架下方存在的灌胶死区和胶液流入支架引脚周围产生的气泡成为隐形杀手，无法检测，对户外应用带来实实在在的隐患，产品批次品质不稳定。尤其是户外小间距产品问题会更突出。

因此 SMD 产品用于户外在屏厂的生产过程中会有双重一次通过率问题。问题的严重性远远大于 COB 产品。SMD 产品用于户外必须正视和回答如何检测支架下方的灌胶死区，如何检测由胶液环绕支架引脚流动引发的微气泡问题以及检测和修复这些问题的手段。如果回答不好这个问题，我们认为 SMD 没有有效应对户外应用的生产检测手段，只凭目测检验，显示面板用在户外就是高风险产品。

我们研究过程的范围

为什么说传统面板技术封装环节决定不了显示面板的质量，大家看下面的图表。

从上图中还可以看出，在传统技术产业链中存在着四大显性产业要素即：封装、焊接、灌胶和组装面板，其中封装环节只占有一个产业要素，其他三大产业要素集中在产业链的下游显示屏厂。这四大产业要素的工艺水平会产生十六种排列组合。

从图中的显示面板质量水平评估栏中可以看到这样的结果，当且仅当所有四大产业要素的工艺水平都能控制在高水平时，才有可能得到一个相对质量好的传统LED显示面板，而其他十五种组合情况都会不同程度地降低显示面板的质量。所以我们说，传统的面板技术路线是具有相当高的操作难度的，屏厂封装后处理工艺水平是参差不齐的，不管灯珠封装做得多么好，它对传统显示面板的质量控制起不了决定性的作用，反而是显示屏厂的技术水平对显示面板的质量起着决定性的制约作用。换句话说，即使封装厂的灯珠做得再好，屏厂也不一定能做出高质量的显示面板产品。这就是封装后显示面板质量不可控的产业大问题。

关于LED芯片存在的二次隐性转移问题我们是这样认为的。

我们说在传统面板技术产业链中，LED芯片从芯片厂到封装厂是第一次转移，从封装厂再到显示屏厂的过程就叫做二次转移。芯片的第二次转移特征如下：

多路径

路径长短不一

气候条件不同

储藏条件不同

显示屏厂的技术水平和设备水平参差不齐

这种转移会有支架引脚氧化的可能性和生产条件的复杂多样性，造成相同芯片的产品质量差异化，同批次产品的不稳定性。也可以说传统封装技术看似成熟，但对封装厂、显示屏厂和用户时时刻刻潜伏着巨大的风险，不知何时就会被这种看似成熟的技术搞得一塌糊涂，轻者影响企业信誉，重者甚至关门倒闭。而且厂家和客户很难分清质量事故责任。

COB面板技术只有LED芯片的一次转移，不存在二次转移问题。

以上从像素微循环系统、显示宏系统以及传统面板技术产业链分析都可以看到传统面板技术的核心问题就是支架问题。正是由于这些问题的存在，传统技术生产的面板很难突破万级水平。下面我们继续思考一些问题。

三种都是COB技术，然而只有无支架高集成度COB封装面板技术可以达到百万级面板制造水平。2015年行业内有企业在做单灯COB封装，把投资方也吸引进去了。2016年投资方就撤出来了，因为这种做法和SMD是一样的，没有任何意义。2016年原台湾宏齐封装企业高管来我公司参观。他告诉我们，你们韦侨顺在台湾封装界老有名了，现在宏齐也在做COB了。不过和你们做的不一样，他们做的是四胞胎。我问他什么是COB四胞胎，他告诉我就是在一块电路板上用COB封四个像素，电路板的另一面有引脚再焊接到驱动板上。我当时告诉他，这是有限集成的COB支架封装技术，革命的不彻底。之后在国内出现的四合一、六合一、Mini LED器件、IMD也都属于这一类技术。其实质还是传统支架技术的优化和改良。

COB封装是电子行业的一种成熟技术，引入LED显示领域与不同的技术相结合，产生的面板级水平和效能是不一样的。我们认为：COB技术的威力并不在于COB的技术形态本身，而在于它开创了无支架集成化封装思想、集成化产业理论。COB封装仅仅是我们应用的一种工艺技术手段，它的潜台词中所隐藏的无支架集成化封装思想才是最关键的核心。所以集成是对COB技术最美妙的诠释，COB技术如果离开了集成思想，将会变得毫无价值。

无支架集成封装技术始于COB技术和COB时代，但绝不会止步于COB,未来的集成化封装思想和理论还会有更新的突破和更好的发展。所以在推广宣传上不应将COB技术神秘化、夸张化、代差化，更应该将COB技术所要体现的思想主旨告诉大家，以免误导产业资本和消费大众。到目前为止所谓的新一代COB封装技术从没有超越无支架集成封装面板技术的核心思想。无支架高集成度封装面板技术由于没有了支架和引脚，不存在传统技术由支架引脚造成的外失效，把行业面板级的像素失效率水平从万级提升到百万级，而且这仅仅是起步能力。COB集成面板技术和倒装芯片结合有可能明显减少由封装胶体内LED芯片引起的内失效，它的面板级制造水平有能力突破2百万级。为终端客户提供百万级的面板产品是我们行业的责任，所以无支架高集成度COB面板技术就应该是我们的发展方向。

尽管COB集成面板技术还有一些问题和困难需要克服，但它的主流和大方向是正确的，其他优化技术同样可以为COB集成面板技术配套服务。

我们只从技术的角度来审视它。

我们认为：有限集成COB有支架有引脚的独立封装器件技术是传统的支架封装技术的改良与优化，没有脱离支架封装技术理论的束缚。由它所主导的面板技术从本质上说还是属于传统的支架面板技术。由支架引脚引发的外失效问题依然解决不了。优化技术尽管可以减少支架引脚，但与COB集成面板技术相比，其努力的意义不大，极限推测做到面板级的水平也只能达到4万级，技术的提升空间狭小。另一方面依然不能解决我们提出的问题即：从封装端的百万级下降到面板级的千级万级的水平，这一问题的实质就是造成封装环节大量高精尖设备资源和社会资源的浪费，不是说不用再投入屏厂的SMT新设备取得的优势可以弥补的。第三点是技术的格局比较小，只能应用在小间距产品上，不具有全局的代表性。面对像素向P0.5mm间距以下的Mini级和P0.1mm以下的Micro级发展，面板的百万级像素制造水平要求是必然，SMD技术在小间距上所遇到的瓶颈问题，对有限集成COB技术来说都会符合逻辑的再现。所以说COB高集成封装面板技术目前是进入MINI级的唯一的门槛技术。

第五部分

我们认为具有思想和理论的技术可以称之为体系技术。到目前为止，LED显示领域只有两种体系技术，他们是支架封装面板体系技术和无支架集成封装面板体系技术，分别由支架封装技术理论和无支架集成封装技术理论所主导。其它封装技术都是在这两种封装体系技术框架内演变的。所以在显示封装领域技术是有层次的，具有理论体系和思想的技术是属于最高层次的技术，也可称之为主干技术。体系技术理论对行业的发展具有持久和广泛的影响力，可以主导行业的发展大势几十年，其它支干技术和优化技术处于附属地位，都是为主干技术服务的。所以研究体系技术的成因，它的理论，它的产业形态，它的产品特征就具有十分重大的意义，通过对比、分析、总结可以得出结论，我们到底要发展什么样的体系技术。

另一方面从产业的发展逻辑上推理思维，我们所有LED显示行业各产业环节努力的目的就是为了给消费者提供最好最放心的产品。但这么多年我们到底做到没有？对比LCD产业，单单就在像素失效率问题上我们就存在巨大差距，国家为此投入了大量的资金，企业也付出了艰辛的努力，但收效甚微，死灯在我们这个行业早已是见怪不怪的现象了。那么到底是哪里出了问题？问题是否有解？我们需要怎样的努力？所有这些提问的背景现象就是我们进行产业研究的基础动力和依据。我们所做的研究终极目的就是为了让消费者在购买LED显示产品时可以做到像买LCD显示产品时一样踏实放心，彻底把“修死灯”概念从他们的潜意识中抹去。

2017年以来，行业各种封装技术扑面而来，令消费者和产业资本无所适从。我们发现这些新推出的概念技术有一个共同点，基本上推的都是COB或OB族群的概念。可见COB的影响力之大。这是和业绩榜《百家讲坛》的2015年、2016年的推广活动分不开的。造成这种现象的不足之处就是没有深挖COB背后的精髓。对于这些技术如何找到它们的技术定位？我们下面推出三级技术层级概念。

对于这张图，我把它形象的比喻为LED芯片技术立中间，体系技术分两边。关于这张图我们讲四个问题。

三级技术层级概念

1. 体系技术层级

体系技术层次是最高级别的，亦可称之为主干技术，它拥有较为完整的技术理论体系，体系技术的特点是可以主导和影响行业发展几十年，它是所有封装技术发展的本源，像支架封装技术和无支架集成封装技术都属于这一层次的技术。

2. 支干技术层级（代差技术）

代差技术层次仅次于体系技术层次， 它没有自己完整的技术理论体系， 依附或演化于某一体系技术理论，只有代差技术的优越论。这种技术寿命大概只有十年左右的时间。像DIP技术、点阵模块技术、SMD技术、COB集成封装技术等都属于这一层次的技术。

3. 末端技术层级

末端技术层次级别最低，它是从某一支干或代差技术中派生出来的技术，没有自己的技术理论，技术逻辑混乱和不完整。这种技术寿命不长，更多的是带有商业炒作的性质，一般3-5年就会自行消亡。最近从COB技术派生出的很多COB族群技术或OB族群技术都属于这一类。

如上图所示，扑面而来的概念很容易找到了它们相应的技术定位归属。

LED芯片技术和LED封装技术的关系

我们认为：LED芯片技术和LED封装技术都是LED显示行业最重要的技术，相互依存，缺一不可。LED芯片离不开封装技术对它的保护。但不可将二者混为一谈。立于上图中间位置的LED芯片技术的发展方向只能体现行业技术发展的水平高度，但它不能主导行业面板技术的发展方向，行业技术的发展方向是由封装技术所主导的，因为LED芯片技术具有选择性。相同的芯片技术如果选择了不同的由封装理论所主导的体系技术路线，制造出的面板级产品的效能是不一样的。

关于GOB和AOB技术

这两种技术都不属于封装技术，因为封装技术都是涉及到对LED芯片保护的技术。这两种技术保护的对象是支架引脚和LED显示面板，准确地说应该是封装后SMT集成面板工艺做完后实施的后处理保护工艺。

关于COB技术

两边的体系技术中都出现了COB封装技术，所以说COB封装技术不能说明任何问题。它是没有思想的技术符号，被什么体系技术所主导，产生的面板级效能是不一样的。差距也是巨大的。

MINI级和MICRO级指的是面板的像素物理间距所要达到的水平，并不是指LED芯片技术或封装技术使用了MINI或MICRO的冠名。是实实在在需要全行业的努力才能突破的，目前为止LED显示行业还没有真正的MINI级产品。

这张图体现的就是韦侨顺面板技术的核心思想

我们的理论总结预计完成时间在2019年下半年。

这两大技术阵营中唯一有共性的地方就是都有支架这两个字，此外再无其它共同点。针对支架问题我们说研究不如放弃，因为有人为此耗费一生精力也不一定能解决得了支架产生的问题，弃之不用反而让你变得无事一身轻。支架技术的起源和发展有其逻辑上的合理性，但几十年不变地搞技术图腾崇拜就会丧失合理的存在逻辑。支架技术不想要一次通过率问题，反而让一次通过率问题来得更多更复杂。无支架技术挑战一次通过率问题，反而让支架外失效问题变得踪影全无。支架技术是由简单到复杂直至问题无解，无支架技术是由复杂到简单体现大道至简。支架技术更像是在搞病理学研究，头痛医头，脚痛医脚，却总也去不了病根，无支架技术更像是在搞病源学研究，让隐患从源头上斩草除根。创新就是革命，动力很难源自内部。外部的无知、无畏加上天马行空的思维与坚持有可能颠覆传统。 支架虽小如蚁，可以撬动乾坤，影响格局，决定成败。