2019年3月15日我在行家說上發表了一篇題為《COB集成顯示面板與傳統LED顯示面板 優勢對比》的文章，至今已有12730個閱讀量，文中談及的內容已可回答客戶對COB集成封裝技術的某些質疑。本文只專題討論客戶對COB集成封裝LED顯示面板散熱不好的質疑。COB集成封裝(COBIP)技術在解決LED顯示面板導熱問題上可以達到什么水平?在解決LED顯示面板的導熱和熱均分布問題上，是否還有比它更好的技術?本文的討論范圍僅限于LED顯示領域。

　　一、COBIP技術顯著提升了LED顯示面板的導熱能力

　　在實際業務活動中，客戶經常會說到COB散熱不如SMD好，問題真的是這樣嗎?這里所說的COB, 指的是COBIP還是COBLIP?

　　如果我們反問COB為什么散熱不好，SMD為什么就散熱好，恐怕沒人能拿得出像樣的論點和論據。那為什么客戶會形成這種印象呢?主要原因還是行業傳統技術對COB集成封裝技術的一種誤導化宣傳產生了一定效果，個中動機也是可以理解的。

　　2016年開始的產業問題研究，我們針對LED顯示面板的散熱和熱均分布問題進行過認真思考，我們認為散熱問題的根本在于解決導熱問題，只要能把LED顯示面板的內熱盡快導出來，散是有很多解決方案的。因此我們建立了LED顯示面板的兩種封裝體系化技術下的各種封裝技術的像素微循環系統功能結構模型，分別推導出它們各自的像素總熱工作模型，進而量化性地研究它們的導熱能力，見圖一。

圖一

　　圖一中以兩大體系化封裝技術為主線，左邊一列是支架引腳型單器件封裝體系技術，其中有1號SMD技術、2號IMD(COBLIP或N in 1)技術、3號燈驅合封SMD技術。右邊一列是去支架引腳型集成封裝體系技術，其中有4號COBIP+正裝LED芯片技術組合，5號COBIP+倒裝LED芯片技術組合，6號CNCIP+倒裝LED芯片+正裝驅動IC芯片技術組合，7號COCIP+倒裝LED芯片+正裝驅動IC 芯片技術組合。

　　COBIP技術是去支架引腳型集成封裝體系技術下的第一代技術，它是一個半去支架引腳化的集成封裝技術。上述的4號和5號技術就是它的兩個技術變型。

　　在正式對上述不同的封裝技術進行導熱效果評估前，我們先來了解以下的一些基本概念。

　　LED顯示像素的基本功能：首先實現持續穩定的LED芯片可控點亮，其次實現良好的像素熱工作模型。

　　點亮是電學功能，我們希望獲得更高的光效、更好的光學一致性、更快的動態響應速度和持續長久的可靠性。對此會在其它文章中專題討論。

　　良好的像素熱工作模型就是能快速將像素內產生的熱負荷導出，它涉及到封裝技術使用哪些和多少導熱性材料、是否有盡量短的熱傳導路徑和盡可能少的接觸熱阻界面。

　　像素微循環系統功能結構模型可以很好地反映出LED芯片的電學功能的實現和推導出我們所需要的像素熱工作模型。

　　材料的導熱系數：

　　在各封裝技術中，每個廠家使用的封裝材料導熱系數是不一樣的，見圖二所列。為對比簡單起見，我們先假設所有的封裝廠家的封裝技術所使用的材料都是一樣的，這樣我們只需先關注熱傳導路徑的長短和接觸熱阻界面的多少的比較。

圖二

　　接觸熱阻： 當熱量流過兩個相接觸的固體的交界面時，界面本身對熱流呈現出明顯的熱阻，稱為接觸熱阻。接觸熱阻的大小與接觸材料表面的精細度有關，精細度越高，接觸面積越大，接觸面之間的間隙內空氣殘留越少，熱阻值就越低。

　　芯片級接觸熱阻 ：在封裝膠體內部產生的接觸熱阻。主要產生在邦定導線或芯片電極與各種材料的焊接表面。

　　器件級接觸熱阻 ：在封裝膠體外部產生的接觸熱阻。產生在封裝器件的支架引腳與顯示面板PCB上電路銅箔的焊接表面。

　　一般來說單位面積上的器件級引腳焊接的接觸熱組值要大于芯片級電極焊接的接觸熱阻值。因為芯片級的電極焊接接觸熱阻界面更加細膩，器件級引腳焊接接觸熱阻界面會更粗糙。

　　下面就按圖一中封裝技術編號的順序找出相對應的封裝技術LED顯示面板像素總熱工作模型：

　　1.1號SMD封裝技術像素總熱工作模型

　　SMD封裝技術的像素微循環系統功能結構模型如圖三所示：

圖三

　　從圖三可知：SMD封裝技術的LED顯示面板的熱源主要來自于兩個部分：一個是SMD器件內的1個LED芯片組10，另一個就是驅動IC封裝器件14。如果一個驅動IC封裝器件控制S個LED芯片組的話，那么均攤到每個像素產生的熱源就是1個LED芯片組+1/S。

　　LED芯片組10的熱傳導路徑：10-8-7-11-4-3， 熱量流經了6種材料，這6種材料產生的接觸熱阻界面10/8、8/7、7/11、11/4、4/3為5個，其中4個是芯片級，1個是器件級。

　　驅動IC封裝器件14的熱傳導路徑：14-13-12，熱量流經了3種材料，這3種材料產生的接觸熱阻界面 14/13、13/12為2個，且都是器件級的。

　　像素總熱工作模型為9種材料參與熱傳導+7個接觸熱阻界面(4個芯片級+3個器件級）。

　　由于1顆驅動IC封裝器件要控制S個LED芯片組，所以控制每個LED芯片組的電路長短不一，短的電路產生的熱量少，長的電路產生的熱量多，驅動IC封裝器件熱負載大，在器件引腳焊接區周邊產生高溫聚集區，顯示面板會有嚴重的熱分布不均問題，容易導致焊接區周邊的LED芯片組光衰加快，進而出現光斑現象。

　　2.2號IMD(COBLIP或N in 1)封裝技術像素總熱工作模型

　　IMD封裝技術的像素微循環系統功能結構模型如圖四所示：

圖四

　　從圖四可知：IMD封裝技術的LED顯示面板的熱源主要來自于兩個部分：一個是IMD器件內的N個LED芯片組10或15，另一個就是驅動IC封裝器件14。如果一個驅動IC封裝器件控制S個LED芯片組的話，那么均攤到每個像素產生的熱源就是1個LED芯片組+1/S。

　　每個LED芯片組的熱傳導路徑：10-8-7-11-4-3， 熱量流經了6種材料，這6種材料產生的接觸熱阻界面10/8、8/7、7/11、11/4、4/3為5個，其中4個是芯片級，1個是器件級。

　　驅動IC封裝器件14的熱傳導路徑：14-13-12，熱量流經了3種材料，這3種材料產生的接觸熱阻界面 14/13、13/12為2個，且都是器件級的。

　　像素總熱工作模型為9種材料參與熱傳導+7個接觸熱阻界面(4個芯片級+3個器件級）。

　　由于1顆驅動IC封裝器件要控制S個LED芯片組，所以控制每個LED芯片組的電路長短不一，短的電路產生的熱量少，長的電路產生的熱量多，驅動IC封裝器件熱負載大，會在器件引腳焊接區周邊產生高溫聚集區，顯示面板有嚴重的熱分布不均問題，容易導致焊接區周邊的LED芯片組光衰加快，進而出現光斑現象。

　　盡管IMD與SMD的像素總熱工模型是一樣的，但在IMD封裝器件內有N個LED芯片組，而一般IMD器件焊接引腳數量均攤到每個像素上會比SMD器件少一半(主流的IMD封裝器件一般是4像素8引腳)。一方面封裝器件內熱源增多，熱負荷增大，另一方面熱排放需要的IMD器件焊接引腳數量減少，熱排放路徑上會產生嚴重的熱阻塞，實際散熱效果比SMD差很多。在亮度和設計要求相同的情況下，IMD器件像素光衰減會比SMD更快。

　　IMD技術由于在支架結構內PCB板5上采用了COB有限集成封裝技術，即COBLIP(Chip On Board Limited Integrated Packaging)，客戶所說的COB散熱不如SMD指的就應該是這種情況，而不是后面說到的COBIP情況。

　　3.3號燈驅合封SMD封裝技術像素總熱工作模型

　　燈驅合封SMD封裝技術的像素微循環系統功能結構模型如圖五所示：

圖五

　　從圖五可知：燈驅合封SMD封裝技術的LED顯示面板的熱源來自于兩個部分：一個是燈驅合封SMD器件內的1個LED芯片組10和一個驅動IC裸晶芯片13。燈驅合封SMD是靜態的非掃描技術。

　　LED芯片組10的熱傳導路徑：10-14-7-11-4-3， 熱量流經了6種材料，這6種材料產生的接觸熱阻界面10/14、14/7、7/11、11/4、4/3為5個，其中4個是芯片級，1個是器件級。

　　驅動IC裸晶芯片13的熱傳導路徑：13-8-7-11-4-3，熱量流經了6種材料，這6種材料產生的接觸熱阻界面 13/8、8/7、7/11、11/4、4/3為5個，其中4個是芯片級，1個是器件級。

　　像素總熱工作模型為8種材料參與熱傳導+9個接觸熱阻界面(8個芯片級+1個器件級）。

　　因為LED芯片組10和驅動IC裸晶芯片13都有相同的熱傳導材料7-11-4-3。

　　為什么在燈驅合封SMD像素的總熱工作模型內的器件級接觸熱阻界面只有一個，是因為LED芯片組10和驅動IC裸晶芯片13都是通過同樣的4/3器件級接觸界面散熱的。

　　通過圖五我們對比SMD和IMD發現，這三種封裝技術的LED芯片組的熱傳導路徑長短都是一樣的，而驅動IC的熱傳導路徑發生了以下變化：

　　首先驅動IC由SMD和IMD的器件級轉換為燈驅合封SMD的裸晶級，驅動IC封裝器件不再被布局到LED顯示面板點陣像素的背面上，而是以裸晶的形式被放置到每一個顯示像素單元內，與LED芯片組一起進行同像素內平面布局。其次接觸熱阻界面發生了變化，芯片級的接觸熱阻界面增加了，器件級的接觸熱阻界面減少了。

　　由于1顆驅動IC只控制1個LED芯片組，使驅動IC的熱負荷降低，發熱量也相應降低。而且控制每個LED芯片組的電路長短是一致的。相同要求條件下，燈驅合封SMD封裝器件內的熱量不會比SMD器件高很多，同時解決了SMD和IMD顯示面板的熱量分布不均問題。

　　綜合來說，在支架引腳型單器件封裝體系技術框架內，燈驅合封SMD的像素總熱工作模型與SMD和IMD相比較理論上具有優勢，最重要的是它開啟了解決熱均分布的思路。實際應用的散熱效果目前缺少實案數據，很難做出評估。但有一點是肯定的，限制了它的商業化大規模應用的原因不是它的像素總熱工作模型的優劣，而是封裝器件的失效率太高原因導致的，從生產廠家得到的器件失效率數據是3000/PPM。

　　到此支架引腳型單器件封裝體系技術下的SMD、IMD和燈驅合封SMD三種封裝技術的像素總熱工作模型都已總結出來了，下面要繼續找出去支架引腳型集成封裝體系技術下的各種封裝技術LED顯示面板的像素總熱工作模型：

　　4.4號COBIP(Chip On Board Integrated Packaging)+ 正裝LED芯片組技術組合像素總熱工作模型

　　COBIP+正裝LED芯片組技術組合的像素微循環系統功能結構模型如圖六所示：

圖六

　　從圖六可知： COBIP+正裝LED芯片組技術組合的LED顯示面板的熱源主要來自于兩個部分：一個是像素內的1個LED芯片組6，另一個就是驅動IC封裝器件9。如果一個驅動IC封裝器件控制S個LED芯片組的話，那么均攤到每個像素產生的熱源就是1個LED芯片組+1/S。

　　LED芯片組6的熱傳導路徑：6-5-3， 熱量流經了3種材料，這3種材料產生的接觸熱阻界面6/5、5/3為2個，都是芯片級的。

　　驅動IC封裝器件9的熱傳導路徑：9-8-7，熱量流經了3種材料，這3種材料產生的接觸熱阻界面 9/8、8/7為2個，且都是器件級的。

　　像素總熱工作模型為6種材料參與熱傳導+4個接觸熱阻界面(2個芯片級+2個器件級）。

　　由于1顆驅動IC封裝器件要控制S個LED芯片組，所以控制每個LED芯片組的電路長短不一，短的電路產生的熱量少，長的電路產生的熱量多，驅動IC封裝器件熱負載大，在器件引腳焊接區周邊產生高溫聚集區。與SMD和IMD封裝技術一樣，顯示面板也有嚴重的熱分布不均問題，容易導致驅動IC焊接引腳周邊的LED芯片組光衰加快，進而出現光斑現象。

　　5.5號COBIP+倒裝LED芯片組技術組合像素總熱工作模型

　　COBIP+倒裝LED芯片組技術組合的像素微循環系統功能結構模型如圖七所示：

圖七

　　從圖七可知： COBIP+倒裝LED芯片組技術組合的LED顯示面板的熱源主要來自于兩個部分：一個是像素內的1個LED芯片組6，另一個就是驅動IC封裝器件9。如果一個驅動IC封裝器件控制S個LED芯片組的話，那么均攤到每個像素產生的熱源就是1個LED芯片組+1/S。

　　LED芯片組6的熱傳導路徑：6-5-3， 熱量流經了3種材料，這3種材料產生的接觸熱阻界面6/5、5/3為2個，都是芯片級的。

　　驅動IC封裝器件9的熱傳導路徑：9-8-7，熱量流經了3種材料，這3種材料產生的接觸熱阻界面 9/8、8/7為2個，且都是器件級的。

　　像素總熱工作模型為6種材料參與熱傳導+4個接觸熱阻界面(2個芯片級+2個器件級）。

　　由于1顆驅動IC封裝器件要控制S個LED芯片組，所以控制每個LED芯片組的電路長短不一，短的電路產生的熱量少，長的電路產生的熱量多，驅動IC封裝器件熱負載大，在器件引腳焊接區周邊產生高溫聚集區。與SMD和IMD以及COBIP+正裝LED芯片組技術組合一樣，顯示面板也存在嚴重的熱分布不均問題，容易導致驅動IC焊接引腳周邊的LED芯片組光衰加快，進而出現光斑現象。

　　至此我們已可用4號和5號技術的像素總熱工作模型對比1號和2號技術的像素總熱工作模型所得到的接近量化的新認知結果來回答客戶，匯總數據見表一。

　　表一：

　　從表一中可以看到：4號和5號技術的像素總熱工作模型是一樣的，優于1號和2號技術的像素總熱工作模型。

　　理由1：參與熱傳導的材料數量減少，減少程度為(9-6)/9=33%，因而熱傳導路徑短，增強了導熱能力。

　　理由2：顯著減少了總接觸熱阻界面數量，減少程度(7-4)/7=43%，更有利于導熱。

　　其中芯片級接觸熱阻界面減少了(4-2)/4 = 50% ，器件級接觸熱阻界面減少了 (3-2)/3 = 33%。

　　理由3: 4號和5號技術像素導熱采用的是封裝膠體內直接排熱技術，LED芯片組熱源與邦定導線和PCB銅箔線路之間是在封裝膠體內直接連接的。而1號和2號技術的LED芯片組熱源是通過封裝膠體外器件焊接引腳與PCB銅箔間接連接的，所以是間接排熱技術。

　　理由4：1號、2號、4號、5號技術的驅動IC封裝器件的熱傳導路徑和接觸熱阻界面的狀態都是一樣的，像素總熱工作模型優化效果的改變完全來自于封裝技術的去支架引腳化努力，而并非來自于COB技術。因為2號、4號、5號技術都使用了COB封裝工藝，但在有支架引腳和去支架引腳技術體系中，發生了明顯不一樣的效果，COB集成封裝明顯好于COB有限集成封裝，即COBIP好于COBLIP(IMD或N in 1)。

　　至此我們通過上述每種封裝技術對應的LED顯示面板的像素總熱工作模型研究了熱源、熱傳導路徑和接觸熱阻界面對導熱和熱均分布的影響，得出以下認知。

　　第一：SMD、IMD、COBIP三種封裝技術LED顯示面板產生的熱源都是一樣的，主要來自于LED芯片組和驅動IC封裝器件。由于上述這三種封裝面板技術都是掃描驅動顯示技術，一顆驅動IC要驅動S個LED芯片組，所以存在驅動IC封裝器件熱負載大的問題和驅動電路長短不一致導致的熱分布不均問題，這樣會在驅動IC封裝器件周邊產生局部的LED芯片組光衰加快，導致對應的驅動IC部位的顯示像素出現光斑現象，引起LED顯示屏在使用一段時間后出現的光學不一致性問題。

　　第二：通過上述三種封裝技術顯示面板的像素總熱工作模型對比得出：

　　COBIP的導熱技術好于SMD，最差的就是IMD。再次強調IMD實際上也是COB封裝的一種形式，它歸屬于COB有限集成封裝，即COBLIP技術，在封裝技術體系化分類上歸類于支架引腳型單器件封裝體系技術，與COBIP技術有著本質上的區別。

　　現在我們重新回到參與熱傳導材料的導熱系數討論，之前為了對比的簡單化，我們做了兩個體系技術下的封裝技術都使用了相同的導熱系數材料假設：

　　但實際情況是SMD和IMD封裝器件更多使用的是鐵質焊接引腳、鍍鎳或鍍銀工藝處理、用錫來焊接。由于過度的價格競爭原因，鮮有廠家再使用銅質和鍍銀工藝引腳，除非客戶有特殊要求。這里列出SMD和IMD參與封裝的散熱材料有銅、錫、鐵、鎳、銀，它們的導熱系數如下：

　　銅：401

　　錫：64

　　鐵：42-90

　　鎳：90

　　銀：429

　　而COBIP封裝技術使用有銅線、鋁線、金線和PCB線路沉金處理工藝來參與導熱，它們的導熱系數如下：

　　銅：401

　　鋁：237

　　金：317

　　一般從封裝技術使用的導熱材料和PCB板的線路處理工藝材料導熱系數對比，同樣可以看出：

　　COBIP技術應好于SMD和IMD技術。

　　現階段由于COBIP技術在解決LED顯示面板的失效問題、導熱問題以及耐光衰問題上所表現出的優異能力，正在成為行業頭部企業追捧的熱門技術。COBIP + LED倒裝芯片組技術組合會逐步成為中高端Mini LED顯示產品、中高端LED戶外小間距顯示產品、中高端LED戶外顯示產品的主流技術，也正在被廣泛應用于LCD背光面板的制造工藝上。

　　盡管COBIP技術已極大地優化了LED顯示面板的導熱性能，然而美中不足之處是沒有解決好LED顯示面板上的熱均分布問題，下面就是本文題目所要介紹的比COBIP更好的CNCIP和COCIP技術。

　　二、CNCIP和COCIP技術是LED顯示面板最好的導熱和熱均分布技術

　　這里的CNCIP和COCIP是去支架引腳型集成封裝體系技術下的第二代技術，它是一個全去支架引腳化的集成封裝技術，即圖一中右邊列出的6號和7號技術。

　　下面就來討論這2種技術的像素總熱工作模型。

　　1.6號CNCIP(Chip Next to Chip Integrated Packaging)+ 倒裝LED芯片組+正裝驅動IC芯片技術組合像素總熱工作模型

　　CNCIP+倒裝LED芯片組+正裝驅動IC芯片技術組合的像素微循環系統功能結構模型如圖八所示：

圖八

　　從圖八可知：CNCIP+倒裝LED芯片組+正裝驅動IC芯片技術組合的LED顯示面板的熱源來自于兩個部分：一個是像素內的1個LED芯片組，另一個就是驅動IC裸晶芯片。該技術組合也是靜態非掃描技術。

　　LED芯片組的熱傳導路徑：5-9-3， 熱量流經了3種材料，這3種材料產生的接觸熱阻界面5/9、9/3為2個，都是芯片級的。

　　驅動IC裸晶芯片熱傳導路徑：6-7-3，熱量流經了3種材料，這3種材料產生的接觸熱阻界面 6/7、7/3為2個，也都是芯片級的。

　　像素總熱工作模型為5種材料參與熱傳導+4個接觸熱阻界面(4個都是芯片級）。

　　由于1顆驅動IC裸晶芯片只控制1個LED芯片組，所以控制每個LED芯片組的電路長短是一致的，每個像素的熱負載也都是一樣的，解決了SMD、IMD和COBIP都存在的LED顯示面板熱分布不均問題。

　　2.7號COCIP(Chip On Chip Integrated Packaging)+ 倒裝LED芯片組+正裝驅動IC芯片技術組合像素總熱工作模型

　　COCIP+倒裝LED芯片組+正裝驅動IC芯片技術組合的像素微循環系統功能結構模型如圖九所示：

圖九

　　從圖九可知：COCIP+倒裝LED芯片組+正裝驅動IC芯片技術組合的LED顯示面板的熱源來自于兩個部分：一個是像素內的1個LED芯片組，另一個就是驅動IC裸晶芯片。該技術組合也是靜態非掃描技術。

　　LED芯片組和驅動IC裸晶芯片的熱傳導路徑首次合成到一起：5-9-6-7-3， 熱量流經了5種材料，這5種材料產生的接觸熱阻界面為5/9、9/6、6/7、7/3為4個，且都是芯片級的。

　　像素總熱工作模型為5種材料參與熱傳導 + 4個接觸熱阻界面(4個都是芯片級）。

　　由于1顆驅動IC裸晶芯片只控制1個LED芯片組，所以控制每個LED芯片組的電路長短是一致的，每個像素的熱負載也都是一樣的，同樣也解決了SMD、IMD和COBIP都存在的熱分布不均問題。

　　同樣我們也可以把6號、7號技術的LED顯示面板像素總熱工作模型與4號、5號技術進行對比，見表二。

　　表二：

　　從表二可以看到：CNCIP和COCIP相比較COBIP技術而言，已實現LED顯示面板的全去支架引腳化集成封裝技術，顯示面板后已完全沒有了驅動IC器件的布局，而是與LED芯片組一起完成了裸晶級的像素內集成布局;COBIP僅僅實現了LED顯示面板的半去支架引腳化封裝技術，顯示面板后可見驅動IC器件的不規則布局。CNCIP和COCIP比COBIP的像素總熱工作模型又有了顯著優化，不僅進一步提升了LED顯示面板的導熱能力，而且還解決了LED顯示面板的熱均分布問題。

　　原因1：參與熱傳導的材料環節再減少了(6-5)/6=17%，進一步縮短了熱傳導路徑，增強了散熱能力。

　　原因2：盡管沒有減少接觸熱阻界面的數量，4=4，但將COBIP技術的兩個器件級的接觸熱組界面轉化為芯片級的接觸熱組界面，也是行業首次出現的全芯片級接觸熱阻界面，所有的導熱活動都是在封裝膠體內部直排完成的，進一步減少的熱阻值，更有利于導熱。

　　所以目前CNCIP和COCIP技術不僅是最好的LED顯示面板導熱技術，也是唯一可以解決LED顯示面板熱均分布問題的技術。這一技術將會成為高端LED顯示面板的應用技術。