车规级MINICOB直显屏技术

2023年12月31日发(作者：高速路况查询)

车规级MINICOB直显屏技术

摘要：作为一种新型电子元器件，MINICOB直显封装技术快速发展，当前已经形成了较为成熟的技术体系，本文研究MINICOB直显封装技术在汽车领域中的运用，分析车规级MINICOB直显屏技术的设计方案，包括车辆基板结构设计、电路结构设计、工艺功能等，并开展工艺可靠性分析，对优化汽车生产技术具有一定的运用价值。

关键词：MINICOB直显屏技术；汽车生产技术；基板结构；可靠性分析

目前Mini LED商业化应用已成熟，正在大规模普及，具有巨大的市场前景。相关机构报告显示，2020年Mini LED全球市场规模达到0.61亿美元，其中Mini LED市场正在快速成长，预计2023年全球市场规模将扩张至9.31亿美元。到2024年，全球Mini/Micro LED市场规模将达42亿美元。国内市场方面，2020年全国Mini LED市场规模大约为37.8亿元，2026年市场规模将会达到431亿元，2020年到2026年CAGR将达到50%。我国新能源汽车设计中不断探索运用Mini LED，进一步提升了汽车设计的科学性。

B直显屏技术与汽车领域的融合分析

小间距与COB等技术带动了Mini RGB市场的迅速发展。面板巨头BOE、华星2020年相继推出采用COB技术路线Mini/Micro LED屏当前主要应用领域为商显市场，如电影院显示、交通显示控制大厅、租赁显示、体育场馆显示等以及公共显示领域的拼接电视墙等，MINI直显技术在车载显示等领域中也具有较大的运用价值，对新能源汽车开发提供了技术设计路径。

基于国家“十四五”规划中针对新能源汽车的战略规划，《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》明确了新能源汽车在2025和2035年的发展目标。汽车整车制造行业快速发展，2020年我国新能源汽车销量实现136.70万辆，较2019年同比增长13.35%。按照《规划》中提到的，到2025年我国新能源汽车的

销售量占汽车新车销售总量的20%左右，预计达到600万辆左右。NICOB直显屏技术的运用为新能源汽车的设计提供了技术支持[1]。

2.车规级MINICOB直显屏技术的设计方案

2.1车辆基板结构设计

在车辆PCB基板正面布置显示区域A，在显示区域A中布置RGBLED芯片阵列，PCB基板背面设置线路功能区D,在线路功能区设置驱动电子元件；PCB基板的周边区域B为工艺边区域，在工艺边区域B中设置沟槽结构区域C，通过沟槽结构的设计，有效增加封装胶层与PCB基板层的接触面积，有效延长了水汽通过封装胶与PCB基板界面的路径，大大提高MINICOB显示模组的可靠性；PCB基板厚度a设计为2.0mm；兼顾模压时PCB基板的强度和气密性的效果，沟槽的深度b设计为1.2mm；切割线L设置在沟槽结构区域C内部，切割线到沟槽结构边缘的距离c设计为200?m；单元板尺寸设计为120*28.5mm；像素点间距设计为P1.5[2]。

封装设计结构见图1。

图1封装设计结构图

图中：1、沟槽型PCB基板；2、RGB倒装芯片，4*8mil；3、环氧树脂，厚度200?m；4、驱动IC；5、切割线；6、切割侧面厚度c为200?m；7、防水胶。

2.2电路结构设计

共阴方案设计中，共阴将RGB阴极级联在一起，红光单独给一个低电压，可以减少一部分电阻，最终散热得到有效改善。需要车机提供两个电压2.8V和3.8V，减少热量的产生。结合生产制程能力，进行规级MINICOB直显屏技术指标

设计，打件精度中X、Y共线性尺寸公差≤0.10mm，Z向倾角浮高标准≤0.1mm，空洞率≤15%，灯板曲翘管控中H≤对角线*0.2%，反射片贴片精度贴片公差≤0.3mm。在工艺设计层面，先SMT贴电子元器件，后固晶模压[3]，见图2。

图2 工艺流程

2.3工艺功能

固晶丝网印刷精度控制中运用专用固晶丝印治具，印刷后进行SPI检测及返修。固晶面锡膏印刷SPI检测中确定SPI检测标准，开展SPI设备操作培训。模压翘曲中避空治具设计，镂空位置增加气压。沟槽位置切割精度控制中做专用切割治具，做切割线标识。工艺功能设计见表1。

表1 工艺功能设计

功能项

与客户端匹配的功能项

外形尺寸

120x28.5x2mm

封装形式

COB(chiponboard)

像素组成

1R1G1B

像素间距

1.5mm

芯片尺寸

100*200um

分辨率

80*19

亮度

≥2000nits

色温

6500K

色域

125%NTSC

可视角度

>170°

扫描数

19扫

刷新率

3840Hz

最大功耗

5W

工作电压

2.8V/3.8V

可靠性

满足车规测试

环保

RoHS

3.车规级MINICOB直显屏技术测试

3.1银膏可靠性测试

从外观与工艺、单元板测试层面进行银膏可靠性测试，在外观及工艺测试中，运用粘度计进行粘度测试，保证符合参考数值。印刷效果评估中，保证锡育大小覆盖焊盘80-90%，连续印刷在线时长不低于8H，厚度均匀，SPI检验直通率>99%。印刷后室温存放24H没有明显坍塌现象[4]。作业时间评估中，保证6H后印刷和初始无明显差异。推力数据指导中，要求4x8mil芯片推力大于等于60g，回流焊曲线保证达到最佳熔融效果，锡膏润湿性好，布满整个焊盘，焊点光亮,无锡珠，无阻焊剂飞溅等,随机测试100pcs,空洞率均值<10%。P1.5单元板单元板测试中，24H60°C90%储存环境下，开展剪切力实验，实验后推力均值/实验前推力均值≥70%。168H、336H、504H、1000H-40°C温度存储下，评估存储情况，保证试验后焊点无结晶、锡须、裂痕及电子迁移等，无因锡膏问题导致的暗亮/死灯、串亮现象。168H、336H、504H、1000H60°C90%RH全白点亮高温高湿环境下进行测量，同样保证试验后焊点无锡须、裂痕及电子迁移等，无因锡膏问题导致的暗亮/死灯、串亮。在冷热冲击下进行测量，保证试验后检查焊点是否有龟裂，不能超过焊点本身10%；无因锡膏问题导致的暗亮/死灯,串亮[5]。规级MINICOB直显屏技术可靠性测试见表2。

表2 规级MINICOB直显屏技术可靠性测试

IV/nit

测试项目

实验前

实验后

维持率

Cx

Cy

实验前

实验后

Cx

△实验前

实验后

Cy

△85℃高温储存 226.1000H

7

2212.4

29.36%

9.2377

0.2398

0.0021

0.2309

0.23

0-0.0009

85℃高温存储 295.2276.29.199.2400.2430.0020.2320.23300.001

1000H

4

8

%

8

1

3

5

5

85℃85%RH高温高湿存储1000H

182.1

2141.4

28.13%

9.2381

0.2416

0.0035

0.2261

0.2281

00.002

冷热冲击-40℃~100℃

1000cyc

190.3

2032

292.77%

.2386

00.235

-0.0036

.2289

00.222

-0.0069

硫化试验

48H

086.8

2082.1

29.77%

90.239

0.2391

.0001

0.2299

0.2308

0.0009

03.2环氧树脂可靠性测试

环氧树脂可靠性测试中，在不同的测试阶段，开展不同的测试项目，0.2mm膜片测试中，固化后硬度测试保证符合规格书参考值，>90%透光率测试保证未出现缺胶、气泡、厚度及颜色不均，光率均值>92%，光率误差<2%，72HUV黄化试验保证透光率不低于90%，人眼目视无明显变黄，高温回流焊10cycles热黄化实验同样保证透光率不低于90%，人眼目视无明显变黄，外力试验保证不出现龟裂、粉末和晶体颗粒，拉伸比例不超过1%，且不断裂、拉伸后回弹不超过1%，膜片不能被轻易撕裂。空板测试中，红墨水试验D保证在PCB与胶层之间的PCB切割面无红墨水渗透，PCT蒸煮保证未出现裂胶、脱层、变色等异常现象，胶水结合力实验中保证胶体不能从PCB脱层、掉块、崩裂，胶体损伤只能是细小晶体或粉末，外力作用后单元板胶体表面不出现裂纹和凹陷。胶水模压试验中保证不可出

现缺胶、气泡、水纹、厚度及颜色不一致，不出现溢胶及脱层，单元板无明显翘曲[6]。

单元板环氧树脂P1.5单元板测试阶段中，红墨水试验D时保证无红墨渗透胶体内部，在PCB与胶层之间的PCB切割面无红墨水渗透。其他测试工序为85°C温度、85%湿度环境下存储D，-40°C低温存储，40C/30min转化时间至+100°C/30min转换冷热冲击C，85度高温工作寿命D，85°C温度、85%湿度高温高湿寿命C，保证正常白屏点亮，-40°C低温工作寿命D，正常白屏点亮。在以上项目测试中，测试标准为未出现裂胶、变色，死灯、暗亮、窜亮等异常，白屏亮度衰减不超过20%，CIE±0.01。硫粉试验开展，保证没有腐蚀迹象，显示模组没有损坏，白屏亮度衰减不超过30%，CIE±0.02。

3.3 IC芯片运行可靠性进行测试

对IC芯片运行可靠性进行测试，对IC芯片运行情况进行测试，开展单元板测试，重点测试部位为P1.5单元板，对系统运行情况安排不同的测试项目，并对此制定判定标准。测定常温工作寿命D，测定温度：85°C、湿度：85%存储环境下工作寿命D，测定-40°C低温存储环境下工作寿命D，测定冷热冲击C工作情况，冷热冲击环境为从-40°C/30min转换至100°C/30min，测试85度高温工作寿命D，测试85°C温度、85%湿度：高温高湿环境下寿命C,保证正常白屏点亮，测试40°C低温环境下工作寿命D,保证正常白屏点亮。针对以上工作的判定标准为不可出现IC失效、功能不良等异常现象，通过以上测试工作，更好地完成测试工作，更好地保证系统运行的可靠性、安全性[7]。

4.车规级MINICOB直显屏技术综合评估

车规级MINICOB直显屏技术运用过程中一次良率99.34%，模组坏点≤10，返修良率100%，1000H高温工作像素失效率0%，1000H高温高湿I作像素失效率%，1000H高温高湿存储像素失效率%，1000循环冷热冲击像素失效率%，1000H低温工作像素失效率%，1000H低温存储像素失效率%，PCB基板工艺边区域采用沟槽结构的设计，有效增加封装胶层与PCB基板层的接触面积，延长了水汽通过封装

胶与PCB基板界面的路径，提升MINICOB显示模组的可靠性；产品封装采用倒装RGB芯片回流焊共晶工艺，增强MINICOB显示模组可靠性能力；

车规级MINICOB直显屏技术采用沟槽型PCB基板设计，倒装芯片回流焊共晶技术，封装结构表面防水工艺。车规级MINICOB直显屏属于车用市场属于全新项目；主要为实现汽车智能化、驾驶自动化，实现人车信息交互功能的需求而设计，车载MINICOB直显屏将成为人机交互的主要功能界面，主要的应用场景在于：车内氛围屏应用、车外尾灯组合屏应用、前仓位置格栅屏/车标屏应用。车规级MINICOB直显屏目前已配合多项车内氛围屏及车外信号指示灯等项目设计，取得了良好的综合设计效果[8]。

5.结束语

新能源汽车开发过程中不断优化技术研发，当前呈现出汽车智能化、驾驶自动化的发展趋势，新能源汽车造型设计时不断加强人车信息交互，车载直显产品成为人机交互的主要功能界面，在车内氛围屏应用、车外尾灯组合屏应用、前仓位置格栅屏与车标屏中均被广泛运用，本文研究了MINICOB直显屏技术在车辆设计中的运用，对促进车辆的优化设计与使用提供了技术支持。

参考文献：

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[3]雷钧,罗敏.触摸屏组态物料供应车运动控制在可编程控制器课程中的应用[J].机电技术,2021(03)：106-108+120.

[4].Microchip发布用于大型超宽触摸屏的车用单芯片解决方案[J].单片机与嵌入式系统应用,2021,21(06)：94-95.

[5]王文娟,张碧含,符梦婷,林政和,裴竟艺,王建民.无人物流车的车外屏人机界面设计研究[J].图学学报,2020,41(03)：335-341.

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[7]吴永深,冯建,张明帅,鞠超越,易飞鸿.一种动车组电气控制屏柜健康管理装置研究与应用[J].机车电传动,2021(02)：120-126.

[8]黄永明.2020款雷克萨斯RX300车倒挡时多功能显示屏黑屏[J].汽车维护与修理,2020(23)：31-32.

作者简介：李壮志，1976年5月，男，汉族，湖南省长沙县，本科，工业自动化。