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​解决方案:小间距LED显示屏芯片端

2019-02-13 618

目前全彩LED显示屏芯片发展受到一系列的制约,以导致于众多显示屏企业停滞不前。LED显示屏厂家产品之间无卖点无创新,生产厂家相互压价市场异常激烈,在发布新产品之前这样情况会持续升温。


户外小间距LED显示屏



1. 芯片尺寸缩小


是不是简单的缩小设计版面就能解决问题呢?肯定不行的。以下影响芯片缩小因素。


(1)封装限制。加工过程中,一是吸嘴的限制。固晶需要吸取芯片,芯片短边尺寸必须大于吸嘴内径。目前有性价比的吸嘴内径为80um左右。二是焊线的限制。首先是焊线盘即芯片电极必须足够大,否则焊线可靠性不能保证,业内报道最小电极直径45um;其次是电极之间的间距必须足够大,否则两次焊线间必然会相互干扰。


(2)芯片限制。加工过程中,也有两方面的限制。其一是版图布局的限制。除了上述封装端的限制,电极大小,电极间距有要求外,电极与MESA距离、划道宽度、不同层的边界线间距等都有其限制,芯片的电流特性、SD工艺能力、光刻的加工能力决定了具体限制的范围。通常,P电极到芯片边缘的最小距离会限定在14μm以上。


其二是划裂加工能力的限制。SD划片+机械裂片工艺都有极限,芯片尺寸过小可能无法裂片。当晶圆片直径从2英寸增加到4英寸、或未来增加到6英寸时,划片裂片的难度是随之增加的,也就是说,可加工的芯片尺寸将随之增大。以4寸片为例,如果芯片短边长度小于90μm,长宽比大于1.5:1的,良率的损失将显著增加。


小编预测芯片尺寸到达18mil2后,设计工艺加工能力接近极限,在这个方面难有变动。


2. 亮度提升


亮度提升是芯片端永恒的主题。芯片厂通过外延程式优化提升内量子效应,通过芯片结构调整提升外量子效应。


不过,一方面芯片尺寸缩小必然导致发光区面积缩小,芯片亮度下降。另一方面,小间距显示屏的点间距缩小,对单芯片亮度需求有下降。两者之间是存在互补的关系,但要留有底线。目前芯片端为了降低成本,主要是在结构上做减法,这通常要付出亮度降低的代价,因此,如何权衡取舍是业者要注意的问题。


3. 小电流下的一致性


所谓的小电流,是相对常规户内、户外芯片试用的电流来说的。如下图所示的芯片I-V曲线,常规户内、户外芯片工作于线性工作区,电流较大。而小间距LED芯片需要工作于靠近0点的非线性工作区,电流偏小。


在非线性工作区,LED芯片受半导体开关阈值影响,芯片间的差异更明显。对大批量芯片进行亮度和波长的离散性的分析,容易看到非线性工作区的离散性远大于线性工作区。这是目前芯片端的固有挑战。


应对这个问题的办法首先是外延方向的优化,以降低线性工作区下限为主;其次是芯片分光上的优化,将不同特性芯片区分开来。


4. 寄生电容一致性


目前芯片端没有条件直接测量芯片的电容特性。电容特性与常规测量项目之间的关系尚不明朗,有待业者去总结。芯片端优化的方向一是外延上调整,一是电性分档上的细化,但成本很高,不推荐。


5. 可靠性


芯片端可靠性可以用芯片封装和老化过程中的各项参数来描述。但总的说来,芯片上屏以后的可靠性的影响因素,重点在ESD和IR两项。


ESD是指抗静电能力。据IC行业报道,50%以上芯片的失效与ESD有关。要提高芯片可靠性,必须提升ESD能力。但是,在相同外延片,相同芯片结构的条件下,芯片尺寸变小必然带来ESD能力的削弱。这是与电流密度和芯片电容特性直接相关的,无法抗拒。


IR是指反向漏电,通常是在固定反向电压下测量芯片的反向电流值。IR反映的是芯片内部缺陷的数量。IR值越大,则说明芯片内部缺陷越多。


要提升ESD能力和IR表现,必须在外延结构和芯片结构方面做出更多优化。在芯片分档时,通过严格的分档标准,可以有效的把ESD能力和IR表现较弱的芯片剔除掉,从而提升芯片上屏后的可靠性。



按照目前情况分析全彩LED显示屏发展,小间距LED显示屏要面临挑战还是有很大优化空间,进一步完善芯片解决方案以及方向,培养业内人才,为我国持续不断打开显示屏道路。


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