Wie gelingt der MIP-Prozesstechnologie der Durchbruch bei Ultra-HD-Fine-Pitch-LED-Displays?

Mit der rasanten Entwicklung des Marktes für LED-Displays im Innenbereich hat sich die Ultra-HD-LED-Technologie mit kleinem Rastermaß in den letzten Jahren zu einer führenden Lösung entwickelt. Sie findet breite Anwendung in Gewerbekomplexen, Sicherheitsüberwachungssystemen, Leitstellen, Bildungseinrichtungen, Energie-/Rundfunkanlagen und Konferenzräumen.

Pixelabstände wie P2.5, P1.8, P1.5 und sogar P1.2 sind weit verbreitet und werden umfassend genutzt, während die Marktnachfrage nach kürzeren Betrachtungsabständen und höheren Auflösungen weiterhin stetig wächst.

Darüber hinaus wird erwartet, dass die LED-Technologie künftig auch in anderen Bereichen Anwendung findet, beispielsweise in:

• Fernsehsysteme
•  Automobilelektronik
•  Medizinische Geräte
• 3C Haushaltsgeräte

SMD-Gehäuse hin zu kleineren Größen

Die Vollfarb-LED-Anzeigetechnologie verwendet dreifarbige LED-Chips – Rot (R), Grün (G) und Blau (B) – die durch elektrisch betriebene Schaltkreisverbindungen eine Lichtleistung und eine satte Farbwiedergabe erzeugen.

Da die Pixelabstände immer kleiner und die Pixeldichte immer größer werden, wurden bei den Chip-Verpackungsprozessen erhebliche Fortschritte erzielt.

Herkömmliche P2.5-LED-Displays verwendeten 2121 (2.1 mm × 2.1 mm) SMD-LED-Gehäuse, während im Zeitalter der Fine-Pitch-Technologie kleinere 1010 (1.0 mm × 1.0 mm) Gehäuse für P1.2-LED-Displays verwendet wurden.

Diese Miniaturisierung ermöglicht eine rationelle Gestaltung von LED-Displays für den Innenbereich. Derzeit ist in der Branche ein unumkehrbarer Trend zu höheren Auflösungen und kleineren Pixelabständen zu beobachten.

Vor diesem Hintergrund erschließen LED-Displays mit P0.9, P0.7, P0.4 und sogar Sub-P0.1 allmählich neue Möglichkeiten für vielfältige Anwendungen. Diese technologischen Fortschritte werden nicht nur weitere Innovationen in der Displaytechnologie vorantreiben, sondern auch für verbesserte visuelle Erlebnisse sorgen.

Die Geburt der COB-Technologie

Da die Anforderungen an die Pixeldichte auf kleineren Anzeigeflächen steigen, muss die Größe der LED-Emitter entsprechend kleiner werdenden Pixelabständen reduziert werden. Als Reaktion auf diesen Trend hat sich die COB-Technologie (Chip on Board) als geeignete Lösung erwiesen. Durch die Nutzung von Flip-Chip-Komponenten und einer gemeinsamen Kathodenarchitektur hat COB bei LED-Displays ab dem P1.0-Pitch-Bereich erhebliche Fortschritte gebracht.

Im Gegensatz zu herkömmlichen SMD-Verfahren, die auf Drahtbonden basieren, entfällt dieser Schritt bei COB vollständig, was zu höheren Ausbeuten und geringeren Herstellungskosten führt. Stattdessen wird das gesamte Modul mit einer Schutzfolie umhüllt, die die herkömmliche Oberflächenmontage ersetzt. Diese Beschichtung ist nicht nur wasser-, staub- und stoßfest, sondern verwendet auch ein mehrschichtiges schwarzes Basisdesign, um Lichtlecks zu verhindern und so die Gerätezuverlässigkeit und die Displayleistung weiter zu verbessern.

Der Übergang in den Mikro-Pitch-Bereich (unter P1.0) bringt jedoch neue Herausforderungen mit sich. Herkömmliche HDI-Leiterplattendesigns – mit spezifischen Linienbreiten, Abständen, Kupferdicken und Lagenzahlen – erfüllen die Anforderungen von Mikro-Pitch-Schaltungen nur schwer. Daher kommen MSAP-Verfahren (Modified Semi-Additive Process) zum Einsatz. Dazu gehören Bildübertragung, Kupferplattierung und Flash-Ätzen, die vertikale Schaltungsstrukturen ermöglichen und so die Gesamtproduktionsausbeute verbessern. Dennoch muss jede Leiterbahn in einem Mikro-Pitch-Design strenge Qualitätsstandards erfüllen, was den Herstellungsprozess komplexer und weniger fehlerverzeihend macht.

COB erfordert ultrahochdichte Leiterplatten, was die Fertigungskosten naturgemäß erhöht. Zudem sind Backend-Prozesse wie das Die-Bonding mit sinkenden Ausbeuten und geringerer Effizienz in der Massenproduktion konfrontiert. Bei der Chipmontage mit Die-Bondern erhöhen größere Pad-Abmessungen (W) und größere Abstände (GAP) die Erfolgsquote des Direktbondens deutlich. Da jedoch die Chipgröße weiter schrumpft und die Pitch-Anforderungen strenger werden, wird das traditionelle Drahtbonden mit aufrecht stehenden Golddrähten obsolet. Flip-Chip-Designs entwickeln sich hin zu kleineren Abmessungen, was zu noch kleineren Pads und Abständen führt.

Wärmeausdehnungsunterschiede zwischen Chip und Leiterplattensubstrat, leichte Verschiebungen beim Die-Bonding und Fehlausrichtungen bei der Pad-Positionierung verringern die Bondausbeute zusätzlich. Bei ultrafeinen Pitch-Szenarien, bei denen dicht gepackte Mikropads die Oberfläche dominieren, kann jede noch so kleine Abweichung zu deutlich geringerem Durchsatz, höheren Produktionskosten und längeren Fertigungszyklen führen.

Durchbruch in der MIP-Technologie

Um die technischen und kostenbezogenen Herausforderungen von Mikro-Pitch-LED-Displays zu bewältigen, führt die MIP-Technologie eine innovative Chip-Level-Packaging-Architektur ein. Dieser Ansatz nutzt mehrschichtige Halbleiterschaltungen, um die Elektrodenpads zu vergrößern und den Abstand zwischen ihnen zu erhöhen. Dies verbessert die Ausbeute beim Die-Bonding deutlich.

Für Micro-LED-Chips mit einer Größe unter 50 Mikrometern (1 Mil entspricht 25.4 μm) bietet MIP einen Durchbruch, indem es die PCB-Designbeschränkungen von unter 50 μm Linienbreite und -abstand auf etwa 100 μm lockert. Dadurch können kleine On-Chip-Pads erfolgreich mit größeren überbrückt werden, während gleichzeitig die Pad-Abstände vergrößert werden, um das Kurzschlussrisiko zu verringern.

Wichtig ist, dass MIP die Kompatibilität mit bestehenden HDI-Leiterplattenmaterialien und -herstellungsprozessen ermöglicht und so die Abhängigkeit von komplexeren und teureren MSAP-basierten Leiterplatten eliminiert. Hersteller können ihre bestehenden Produktionslinien und -anlagen beibehalten und so stabile Erträge, gleichbleibende Prozesseffizienz und verbesserte Skalierbarkeit gewährleisten. Dies erhöht die Durchführbarkeit der Massenproduktion von Micro-LED-Displays erheblich.

Neben der PCB-Kompatibilität ist die MIP-Technologie auch auf Glassubstraten anwendbar, was zu niedrigeren Materialkosten beiträgt. Sie ermöglicht zudem den Einsatz von Blue-Chips in Kombination mit Quantenpunktkonvertierung auf Silizium, um eine vollfarbige RGB-Emission zu erzielen. Dies erweitert den Anwendungsbereich von MIP auf Displays der nächsten Generation mit ultrakleinen Chips wie 0202 und 0101. Daher wird erwartet, dass MIP eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung neuer und aufstrebender Blue-Ocean-Märkte spielen wird.

Schematische Darstellung des vergrößerten Pad-Brücken- und Abstandsdesigns von MIP.  

Aus prozesstechnischer Sicht nutzt MIP eine halbleiterähnliche Verkapselungstechnik, die speziell für ultrakleine Flip-Chip-LEDs entwickelt wurde. Sie ermöglicht die Verlängerung der ursprünglichen Chipelektroden durch die Schaltungsschichten, wodurch der Abstand zwischen den Pads vergrößert und der Bondprozess vereinfacht wird.

Diese Chips können weiterhin mit vorhandenen Die-Bondern und HDI-Leiterplatten montiert werden und ergeben ein vollständiges Micro-Pitch-LED-Displaymodul. Werden bei der Nachbearbeitung oder beim Testen defekte Lötstellen festgestellt, muss lediglich die fehlerhafte Einheit ausgetauscht werden. Dies verbessert die Produktausbeute und senkt gleichzeitig die Wartungskosten und den Produktionsaufwand.

MIPs Elektrodenerweiterung und Pad-Abstandsoptimierung.

Bei der Produktion von Micro-Pitch-LED-Displays stellt das MIP-Herstellungsverfahren eine Weiterentwicklung der traditionellen COB-Technologie dar.

In den ersten und mittleren Phasen der Chipherstellung werden bei MIP zusätzliche Halbleiterprozesse – wie etwa Fotolithografie, Isolierschichtbeschichtung, Elektrodenmetallisierung und Schaltungsätzung – integriert, um die Elektrodenflächen zu erweitern und die Schaltungsanordnung zu optimieren und so die Ausbeute bei der Massenproduktion zu steigern.

Die mittleren bis späten Phasen umfassen das Zerteilen, Testen, Sortieren und den Direkttransfer auf Blue Tape. Dieser modulare Ansatz ermöglicht die flexible Anpassung der Backend-Prozesse an unterschiedliche Produktanforderungen unter Nutzung vorhandener Die-Bonding-Geräte, Massentransfertechnologien und Vergussverfahren.

Das Ergebnis ist ein optimierter, hocheffizienter Produktionsablauf, der nicht nur die Produktqualität, die Ausbeute und den Durchsatz verbessert, sondern auch eine nahtlose Integration in bestehende Prozesse ermöglicht.

Die Vielseitigkeit von MIP eröffnet darüber hinaus Möglichkeiten für breitere industrielle Anwendungen.  

MIP- vs. COB-Herstellungsprozessablauf.  

Mit dem Übergang der LED-Technologie von Displays mit kleinem Rastermaß zu Displays mit Mikrorastermaß sind herkömmliche SMD-LEDs – mit ihren freiliegenden Anschlüssen und ihrer geringen Umweltbeständigkeit – für Innenanwendungen zunehmend ungeeignet. Zukünftige Trends konzentrieren sich auf ultrafeine Rastermaße unter P0.9, darunter:  

• – P0.7 für Fernseher mit Standardauflösung 2K
• – P0.3 für Systeme mit 4K-Auflösung
• – 8K-LED-Displays
• – Tragbare Geräte (Smartwatches, AR/VR-Brillen) und Fahrzeugpanels.  

Diese Anwendungen stellen riesige, unerschlossene Märkte dar. Zu den entscheidenden Erfolgsfaktoren für Mikro-Pitch- und Ultra-High-Density-LED-Displays im Innenbereich zählen eine überragende Displayqualität (keine toten Pixel), robuster Umweltschutz und ein optimiertes Wärmemanagement.

Die Designinnovationen von MIP gehen auf diese Anforderungen ein und positionieren es als Eckpfeilertechnologie für ultrahochauflösende, miniaturisierte Displays der nächsten Generation in aufstrebenden Branchen.  

Verwandt:

MIP vs. COB-LED-Display mit kleinem Pixelabstand: Was ist besser?

Doitvision: Pionierarbeit für die Zukunft der Micro-Pitch-Displays

Doitvision ist ein Vorreiter in der Mikropitch-Displaytechnologie und strebt unermüdlich nach einer ultrahochauflösenden physischen Auflösung von 8K+.

Durch die Überwindung aktueller Videoquellenstandards und Übertragungsbeschränkungen möchte Doitvision unvergleichliche visuelle Erlebnisse bieten. Dieses Engagement ermöglicht die Entwicklung makelloser Bildschirme in Premiumqualität.  

Doitvision hat seinen Hauptsitz in Shenzhen, betreibt eine eigene Produktionsstätte und ist auf interne Forschung und Entwicklung sowie hochmodernes Produktdesign spezialisiert.

In enger Zusammenarbeit mit Upstream-Chipherstellern und Midstream-Verpackungs-/Modullieferanten bietet das Unternehmen maßgeschneiderte LED-Displays für kommerzielle Anwendungen.

Durch diversifizierte Vertriebsmodelle – darunter projektbasierte, technische und Kanalpartnerschaften – gestaltet Doitvision die LED-Displaybranche neu.  

Als Anbieter von Hochleistungs-LED-Displays treibt Doitvision die Weiterentwicklung in drei Kernbereichen voran:

• – Standardisierte Abmessungen und Auflösung  
• -Energieeffizienz und reduzierte Ausfallraten
• – Vereinfachte Installation/Wartung

Doitvision hat ein 55-Zoll-2K-Mikropitch-Display mit MIP-Technologie auf den Markt gebracht und festigt damit seine Führungsposition im Bereich ultrafeiner visueller Lösungen.

Fazit:

Wir haben die MIP-Prozesstechnologie detailliert vorgestellt. Als erfahrener Hersteller von Micro-Pitch-LED-Displays bieten wir eine Vielzahl hochwertiger HD-Displaylösungen. Bei Bedarf können Sie uns jederzeit kontaktieren.