运用倒装COB封装及黑色半固化片的Mini-LED板

程胜伟 党晓坤 向 华 杨 俊

（惠州中京电子科技有限公司 ，广东 惠州 519029）

0 前言

传统LED拼接屏板点节距（Pitch）＞1.25 mm，采用SMD封装方式，其组装的LED显示屏画面像素颗粒化、亮度低，在室外环境中使用或搬运过程中容易出现坏灯、死灯等问题，不能满足现阶段高密度、超高清晰度及高可靠性的要求。且传统拼接屏以印刷哑黑油墨做底色，因油墨印刷厚度不均匀问题，导致组屏后有色差，影响显示效果。

本文介绍Mini-LED（小发光二极管）拼接屏板节距为0.9 mm，采用倒装COB封装方式，同时使用黑色半固化片取代了哑黑油墨做底色，是一款很有技术特点前端的产品。

1 产品概要

该Mini-LED拼接屏板为二压二阶6层HDI板，该产品在灯珠面的图形设计上，工艺制作、封装方式有以下几点特殊之处。

（1）该产品灯珠面（L6面）有15万个连接盘（Pad），每个Pad上都设有盲孔，每三对Pad纵向排列一起形成一个灯组（图1a），灯组与灯组进行矩阵排列起来形成灯珠面（图1b）。其中灯组与灯组间的中心间距为0.9 mm，此中心距离称为点节距。

（2）该Mini-LED拼接屏板在压合时次外层压黑半固化片，防焊印刷时灯珠面不印防焊油墨，控制面印油墨，然后单面曝光、显影。

（3）该产品对灯面Pad的平整度要求非常高，不能有盲孔印，填孔电镀后需通过机械磨板的方式将盲孔磨平。

（4）该产品灯珠面Pad间间距很小，除了管控Pad大小外，还需重点管控Pad间距。

（5）该产品采用倒装COB的封装方式进行封装灯珠芯片。

2 产品制作

2.1 基本信息

产品的基本信息和叠构图见表1和图2所示。

表1 产品基本信息

图2 叠构图

2.2 工艺流程设计

开料→埋孔钻孔→埋孔电镀→芯层→芯层AOI→压合（L2、L5）→棕化减铜→激光孔→填孔电镀→次外层→次外层AOI→压合（L1、L6）→棕化减铜→激光孔→填孔电镀→机械研磨→钻NPTH孔→外层→外层AOI→防焊→文字→化金→控深钻→CNC→飞针→FQC→包装

2.3 制作难点

（1）二次压合使用黑半固化片，压合程式需满足黑半固化片的特性要求，否则会发生爆板等信赖性问题。

（2）填孔电镀后，需控制盲孔凹陷或凸起，不能有盲孔印。

（3）该产品需管控Pad与Pad上幅间距，而Pad与Pad原稿间距为50 μm，补偿空间很小，这需考虑到电镀铜厚、干膜解析能力、曝光能量大小，蚀刻因子等因素，抓出最合理的参数，否则出现Pad与Pad上幅间距超出管控要求，或者蚀刻毛边、蚀刻不净的问题。

（4）原稿盲孔ring42.5 μm ，盲孔对准度要求很高，需避免盲孔偏破的问题。

（5）Pad与Pad间距小，外层AOI易出现小短路漏失问题。

（6）灯珠面未印防焊油墨，防焊后容易发生Pad刮伤不良。

2.4 关键制作技术的探究

2.4.1 黑半固化片压合

二次压合时需用黑半固化片压合，黑半固化片有环氧树脂体系，还有BT树脂体系，其填充料都为黑色高分子化合物。环氧树脂体系黑半固化片要求升温速率在2.0～2.5 ℃/min，固化时间190 ℃≥60 min，全压压力400 PSI；BT树脂体系黑半固化片要求升温速率在3.0 ℃/min以上，固化时间195 ℃≥60 min，全压压力450 PSI。

在压合时，各公司需根据的压机能力，选择相应的黑半固化片，选择合适的压合参数，才能确保压合后信赖性合格。

2.4.2 Pad与Pad上幅间距管控

该产品需管控成品P ad与P ad上幅间距在60 μm±20%内，考虑后工序（防焊前处理+化金）的损铜量，蚀刻后Pad与Pad的上幅间距需管控在55 μm±11 μm ，对应的Pad与Pad下幅间距在40 μm～50 μm之间。此管控项的技术关键在于电镀后面铜厚度的控制，铜厚均为20 μm±5 μm，采用干膜是可隆LDI-7233，选择合理的Pad补偿大小、曝光、蚀刻参数，为此作了4种加工方案进行对比（见表1）。

小结：方案一，蚀刻后Pad上幅间距超出要求，不能满足该产品制作要求；方案二，蚀刻后Pad与Pad上幅间距合格，但16 mj曝光能量偏高，有曝光不良发生，不能满足该产品制作要求；方案三，蚀刻后Pad与Pad上幅间距在管控范围内，AOI扫描后报点少，能正常检修，满足该产品制作要求；方案四，蚀刻后Pad与Pad上幅间距合格，但修稿Pad间距30 μm，超出LDI-7233干膜的解析能力，出现大量蚀刻不净的问题，不能满足该产品制作要求。

2.4.3 盲孔对准度

该产品原稿盲孔环42.5 μm，盲孔所在 Pad与Pad原稿间距为50 μm，因LDI-7233干膜的解析能力可做到35 μm，故PAD补偿加15 μm补偿，确保间距为35 μm。补偿后盲孔环仅为50 μm，容易发生盲孔偏破的问题，这对盲孔对准度的要求很高。在曝光工序影响对准度的因素主要是曝光机、抓取的靶标类型和对位参数。故加工该产品，使用了对位精度高的奥宝全自动LDI曝光机，不同的对位靶标类型和对位参数，制作了几种对位方案，其结果见表2。

小结：不同类型靶标的对位精度从高到低排序为，环形靶＞副靶孔＞靶孔。因为环形靶与盲孔是激光机台用相同的涨缩系数一起加工出的，抓环形靶对位相当于抓盲孔对位，所以环形靶的对位精度最高。副靶孔和靶孔受到打靶机加工精度与激光机加工精度的叠加影响，对位精度不如环形靶；靶孔同时也是钻孔用的销钉孔，钻孔打销钉后靶孔有轻微的变形，其对位的精度不如副靶孔。另外，使用自动涨缩对位要好于使用固定涨缩，因为使用自动涨缩可避免不同板之间的涨缩差异。总之，对于加工盲孔对位精度要求很高的产品，需使用激光烧出的环形靶对位，若出现曝光机无法抓取环形靶的异常情形，可使用副靶孔对位，采用自动涨缩，可能会有小比例发生盲孔偏破问题。

表1 Pad与Pad上幅间距的制作方案及结果

表2 不同对位方案制作结果

3 产品封装方式

3.1 倒装COB封装

该产品采用倒装COB方式封装，倒装COB封装是指将RGB倒装芯片，使用固晶锡膏直接焊接在PCB灯面焊盘上，再进行灌封装胶、固化、切割，形成COB单元板，COB单元板进行装配形成显示单元（见图3）。

图3 倒装芯片

3.2 倒装COB封装特点

倒装COB封装技术可实现LED无引线芯片级封装，相对于传统的SMD封装方式，主要有以下三大优势：

3.2.1 超高可靠性

（1）倒装每个像素单元只需6个金属键合点，不焊引线，有效解决焊线虚焊，断线不良问题，可靠性进一步提升。

（2）电极与接板接触面积大，不但提高焊接牢固性，同时LED芯片热量直接通过焊点直接传导到基板，降低结温，提高器件寿命及色彩稳定性。

3.2.2 超高密度超高清显示。

（1）倒装COB时真正的芯片级封装，COB封装只有发光芯片尺寸限制，突破正装芯片的点间距极限，可以实现更高密度的解决方案。

（2）倒装结构的LED芯片，可以避开 P-GaN上透明导电层吸光和电极焊盘遮光的问题，提高芯片亮度，芯片面积占比更小，除发光芯片以外区域全部黑色，黑屏时更黑，可提高显示屏的对比度；

3.2.3 近屏体验更佳

（1）倒装产品没有打线，封装厚度更薄，可弱化模块间的彩线及亮暗线问题，近距离观看效果好；（2） 倒装芯片表面无遮挡，有良好的可视角度和侧视均匀性，能实现最大广角与最佳显示效果，可达到近180度完美的观看效果。（3）同等亮度功耗降低20%，同时屏体表面温度大幅降低，降低对近屏人员影响

4 应用黑半固化片的特点

传统拼接屏灯珠面均印刷哑黑油墨做底色，以衬托屏显效果，在防焊印刷过程中，油墨粘度、印刷位置、印刷垃圾、曝光垃圾等多因素影响，不同区域的油墨厚度差异较大，特别是基材上油墨厚度与线路上的油墨厚度差异，同时容易发生点状露铜、露基材等不良问题，导致底色一致性难以控制，影响组屏后的显示效果。该产品灯面使用黑半固化片代替哑黑油墨，压合后黑半固化片填充均匀性良好，不同位置的黑半固化片厚度差异可以控制在10%以内，黑半固化片的厚度也大于油墨厚度，故黑半固化片作为底色，其底色一致性强于哑黑油墨，组屏后有更好的显示效果。

5 结语

该产品采用倒装COB封装方式，组屏后有超高可靠性、超高密度和超高清显示，同时使用黑色半固化片做底色，可保证LED拼接板底色的一致性，组屏具有更好的显示效果，是Mini-LED拼接屏板的发展新方向。