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LED顯示屏「燈驅合一」架構最佳解決方案------迷你窄體封裝(mSSOP)
編輯:天嘯 [ 2014-9-2 10:55:24 ] 文章來源:數字標牌網
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  『消費者關心什么?』。相信這是所有企業共同關注的問題。
  幫助包括微軟(Microsoft Inc.,)等全球企業,建立固定銷售流程的基思.M.伊迪斯(Keith M.Eades),于「新解決方案銷售(The New Solution Selling)」一書提到,將消費者的購買行為分成三個階段,分別為階段1:確定需求;階段2:評估方案;階段3:風險評估(如圖一)。

  圖一、消費者關心什么?
  消費者在初期階段1時最首先關注的是自己的「需求」,次要的是為了滿足「需求」能負擔多少的「成本」,接著再去尋找「解決方案」,最后考慮的才是「風險」。然而隨著購買行為愈近尾聲,消費者對「風險」的關注地位則日益增加,從初期的最不關注,到后期變成了關注首位。
  上述充份提供所有企業建立「品牌」存在的根本價值:「質量」,「質量」的根本源自「設計架構」以及「材料」。對「質量」的堅持隨著長時間的積累,即在消費者心中形成了「信賴」,當「信賴」變成了多數消費者的共識時,就成了「品牌」。對企業如此,對個人亦是。
  然而隨著led顯示屏行業的勃發,消息者又該如何評估產品「風險」?

  圖二、led顯示屏模塊-燈驅分離-正面且未上防水膠、面罩
  「led顯示屏」是以「led顯示屏模塊」為一最小單位所組成。所以可以從「led顯示屏模塊」來進行分析。
  一、電子架構:「燈驅分離」或「燈驅合一」
  l燈驅分離:
  上圖(圖二)為「led顯示屏模塊」正面且未上防水膠、面罩,從上圖我們可以認識到正面除了「LED燈」之外并未有其它電子組件。

  圖三、led顯示屏模塊-燈驅分離-反面
  上圖(圖三)為「led顯示屏模塊」反面,圖示中有上下二層PCB板,下層即為圖二「LED燈」PCB板的背面,上層為「電子驅動組件PCB層」,此層主要為包括「LED恒流驅動芯片」在內的主動組件及其它電阻、電容等被動組件。
  上層「電子驅動組件PCB層」之「LED恒流驅動芯片」輸出之電流,經由「排針」進行電子訊號連接,將電流傳輸至下層「LED燈」。我們稱此種模塊架構為「燈離分離」架構。
  此架構為現行戶外Pitch 10(LED燈與LED燈間距10mm)的led顯示屏中的主流設計,然而此種「燈離分離」架構存在以下「風險」:
  1.「排針」:「排針」質量在此架構中,處于電子訊號連接的關鍵地位,但是市場上存在為了壓低生產成本,所以「排針」的質量陸續從先前的「金排針」改成「銀排針」,再改成「銅排針」,到最后的「鐡排針」。這一過程使得「排針」容易出現空焊的情況,質量不佳的「排針」易生銹,造成阻抗過高,訊號傳導效果變差,進而成為led顯示屏故障率最高的零件之一。
  2.「電感」:如前述,上層「電子驅動組件PCB層」之「LED恒流驅動芯片」輸出之電流,經由「排針」進行電子訊號連接,將電流傳輸至下層「LED燈」,此一電流路徑過長,會形成較嚴重的「寄生電容、寄生電感」,經由長時間的日積月累,容易造成LED燈出現亮暗不均的花屏現象。
  3.「不可靠」:如圖三所示,上下層之間存在一空間,這一空間容易積累小昆蟲、灰塵、雨水等外來物,進而對排針與電子組件造成腐蝕,使得產品可靠度降低。
  上述三個「風險」都是直接影響「消費者」。
  當然此一架構也存在優點,即當上層「電子驅動組件PCB層」板以及下層「LED燈」板中之電子組件以及LED燈分別出現故障時,可分別進行更換,可降低維修成本,其中上層「電子驅動組件PCB層」之「LED恒流驅動芯片」損壞時,也易于維修。從前述,可以發現「燈離分離」架構帶來的優勢并不是對「消費者」的優勢,而是對「銷售維修」便利性產生的優勢。
  l燈驅合一:

  圖四、燈驅合一:led顯示屏模塊-燈驅合一-正面
  不同于前述架構,有另一新設計為「燈驅合一」架構。此架構特色是將「電子驅動組件PCB層」中包括「LED恒流驅動芯片」在內的主動電子組件與「LED燈」板放在同一PCB層之中,如上圖(圖四)。

  圖五、燈驅合一:led顯示屏模塊-燈驅合一-正面– 加上防水膠及面罩
  如圖五所示,接著再對「LED恒流驅動芯片」與「LED燈」加上防水膠及面罩,對「LED恒流驅動芯片」與「LED燈」進行很完全且有效的保護。

  圖六、燈驅合一:led顯示屏模塊-燈驅合一-反面
  如圖六所示,「燈驅合一」架構模塊,反面裸露在外的電子組件就盡剩被動電子組件電容。
  綜合上述我們可以歸納出,「燈驅合一」架構相較「燈驅分離」架構存在以下「優點」:
  1.「無排針」:無需「排針」的架構設計。不必擔心led顯示屏,因質量「排針」質量不佳,進而故障。
  2.「電感低」:「LED恒流驅動芯片」與「LED燈」間的電流路徑大幅度縮短, led顯示屏經日積月累的使用后,不易因「寄生電容、寄生電感」,而使LED燈出現亮暗不均的花屏現象。
  3.「高可靠」:如圖五所示,「LED恒流驅動芯片」與「LED燈」加上防水膠及面罩之保護,不易受小昆蟲、灰塵、雨水等外來物影響,產品更為可靠度。
  二、最適用「燈驅合一」架構之「LED恒流驅動芯片」
  如圖五所示,「LED恒流驅動芯片」加上防水膠及面罩,對「LED恒流驅動芯片」的「質量」要求很高,因為一旦加上防水膠后,「LED恒流驅動芯片」才出現故障那么后續的維修就很麻煩,造成未受其利先蒙其害之苦。聚積科技全球創新推出之mSSOP(GM)迷你窄體封裝即是針對「燈驅合一」架構推出之「LED恒流驅動芯片」。可以從以下六個方面進行分析:
  1.「芯片體積」:傳統SSOP(GP)封裝體積過大,在戶外Pitch 10(LED燈與LED燈間距10mm)的led顯示屏模塊無法實現「燈驅合一」架構。mSSOP(GM)迷你窄體封裝體積相較于SSOP(GP)封裝體積大幅減少了37%(如下圖)。「LED恒流驅動芯片」與「LED燈」可以共同一PCB板,讓「燈驅合一」架構得以實現。

  圖七、mSSOP(GM)迷你窄體封裝-體積
  「芯片效能」:在芯片效能方更,以采用聚積科技mSSOP(GM)迷你窄體封裝之產品MBI5120為例,其在電流精準度的表現,與原聚積科技采用SSOP(GP)封裝之效能相同,均優于市場競爭對手(如下圖八)。

  圖八、mSSOP(GM)迷你窄體封裝-電流精準度
  「芯片質量」:此封裝設計雖然是聚積科技創新設計,以MBI5120為例,在ESD 靜電防護能力:機械模式(MM)達到400V電壓、人體模式(HBM) 達到3500V電壓,均高于商用芯片保護等級規范之200V電壓及2000V電壓。且mSSOP(GM)迷你窄體封裝的質量均符合JEDEC JESD51、JEDEC J-STD-020C國際規范。
  不同于另一封裝設計-QFN封裝,然而此封裝過去應用于電視、移動電話市場為主,因其封裝本身較不耐壓/耐摔,所以當應用于led顯示屏渠道模塊市場,時常出現在工廠測試沒問題,一旦經陸上物流發貨至各省渠道時,就出問產品質量問題。聚積科技之創新封裝mSSOP(GM)迷你窄體封裝提供與SSOP(GP)相同等級之耐壓/耐摔防護(如下圖九所示)。

  圖九、mSSOP(GM)迷你窄體封裝-改善QFN的缺點
  「芯片散熱」:因應封裝小型化,封裝體內的花架尺寸也對應縮小,而產生小型化封裝在散熱上的挑戰,對此mSSOP(GM)迷你窄體封裝特別將芯片直接綁定在花架上,并藉由Pin1, GND,直接延伸到封裝外,便于經由PCB板的銅箔迅速導熱,使得mSSOP(GM)迷你窄體封裝能達到不亞于SSOP(GP)封裝的散熱效果(如下圖十所示)。

  圖十、mSSOP(GM)迷你窄體封裝-散熱解決方案
  經聚積科技將不同模塊放入環溫70度之烤箱中,經168小時燒考實驗結果得知,燈驅合一驅動芯片表面溫度盡較燈驅分離約增加2度(如下圖十一所示)。

  圖十一、mSSOP(GM)迷你窄體封裝-散熱實驗
  5.「芯片防偽」:聚積科技平均每月均會收到來自終端客戶,要求聚積協助辨識其購買之led顯示屏是否為聚積科技之產品,此要求多數來自「模塊」市場之客戶,由于mSSOP(GM)迷你窄體封裝為聚積科技全球唯一使用之創新封裝,且mSSOP(GM)迷你窄體封裝體積較SSOP(GP)小37%,終端客戶可輕易使用肉眼分辨其購買之led顯示屏是否為聚積之產品,除此之外凡購買聚積科技mSSOP(GM)迷你窄體封裝之客戶,聚積科技均會提供一防偽辨識貼紙,更有助于終端客戶識別(如下圖十二所示)。

  圖十二、mSSOP(GM)迷你窄體封裝-防偽標簽
  「芯片成功案例」:至今聚積科技mSSOP(GM)迷你窄體封裝基本開關型MBI5120累計出貨量已超過50KK。國內出口海外工廠以及國內渠道等,也已超過二十五家公司量產(如下圖十三所示)。

  圖十三、mSSOP(GM)迷你窄體封裝-全球成功案例
  綜合以上所述,「燈驅合一」架構以及最適用于「燈驅合一」架構之「LED恒流驅動芯片」mSSOP(GM)迷你窄體封裝會成為led顯示屏市場之主流設計方案。
  因此聚積科技未來全系列產品,包括基本開關型加預充電MBI5124,低功耗S-PWM的MBI5045,及低電流支持多行掃S-PWM的MBI515X系列等等皆同時采用mSSOP(GM)迷你窄體封裝。這也顯示了聚積科技持續不斷的為led顯示屏市場進行研發創新,為市場及客戶帶來更高的附加價值有著堅定不移的信念。


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聚信光電是由臺灣聚積科技在中國大陸投資的獨資公司,聚積科技是一家正在快速成長, 以技術領先著名的混合訊號集成電路設計公司, 主要產品包括各種創新的發光二極管驅動芯片(LED Driver IC),產品應用領域涵括發光二極管顯示屏應用(LED Display)、發光二極管照明應用(LED Illumination)、發光二極管背光應用(LED Backlighting)、以及電源管理應用(Power Management)等。

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