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S7-400冗余控制器

说明

SIMATICS7-400 PNH系统可以根据具体应用需求量身定制：性能可扩展、卓越的冗余度可灵活组态，安全功能易于集成。集成PROFINET接口，可冗余连接I/O设备，或者通过PROFIBUS连接I/O设备，实现工厂级通信。无论何种应用，使用SIMATIC S7-400 PNH，均可在熟悉的STEP7 工程环境中，进行便捷而有效的编程和组态。

应用

■ 避免控制器故障引起的停机。主要用于生产、能源、供水系统、机场助航照明、编组站系统等领域。

■ 避免因工厂故障造成数据丢失而导致的高昂重启成本。主要用于行李处理、高架仓库、跟踪和追溯等领域。

■ 在工厂或机器停机时保护工厂、工件和材料。主要用于炉子、半导体、船舶等领域。

■ 无监督和维修人员亦能保障正常运行。主要用于污水处理厂、隧道、船闸、楼宇系统等领域。

效益

简单、高效的工程组态

 与在标准系统中一样，SIMATIC S7-400H 可以使用所有 STEP 7 编程语言进行编程。可以很容易的把程序从标准系统迁移到冗余系统中，反之亦然。当加载程序时，它会自动传送到两个冗余控制器中。使用 STEP 7，可以对特定冗余功能和配置进行参数设置。

出色的诊断和模块更换优势  

■  利用集成的自我诊断功能，系统可以提前检测故障和发送信号，避免故障对生产过程产生影响。这样可以有针对性地替换故障组件，加快维修进程。

■   可以在系统运行过程中对所有组件进行热插拔。更换一个 CPU 后，当前的所有程序和数据可以自动重新装载。

■   即使在系统运行过程中，也可以修改程序（例如，程序块的修改和重新装载），更改配置（例如，增加或删减 DP从站或模块）以及改变 CPU 的内存分配。

设计和功能

根据统计数字表明，所有自动化组件（无论是机械式、机电式，还是电子式）都会出现故障。因此，工厂维护和工厂改造也就必不缺少。在实际应用中，期待百分之百的可用性是不现实的。

通过西门子 SIMATIC S7-400H，能够限度地降低生产故障机率，化生产率。

 SIMATIC S7-400H 具有以下功能：

 ■ 出现故障时，能够无扰切换

 ■ 集成故障检测功能；提前检测故障，避免影响生产过程

 ■ 在线维护，即可在工厂运行期间，更换故障组件

 ■ 组态更改，即可在工厂运行期间，进行工厂扩容

 ■ 自动事件同步

 ■ 高可用性通信

 ■ 冗余连接I/O 设备

S7-400 PNH CPU的同步模块分为两种，一种用于长10m 的 FOC patch 光纤，另一种用于长10km 的单模全双工 LC/LC 光纤（9/125 μ）。

冗余系统的同步光纤分为1m、2m、10m 和10km 四种。同步速率达到400Mbps。

S7-400 标准控制器

说明

有一系列从入门级CPU直到高性能CPU，用于配置控制器。所有CPU控制大量结构;多个CPU可以在一个多值计算配置中一起工作以提高性能。由于CPU的高处理速度和确定性的响应时间，可缩短机器的循环周期。

不同的CPU具有不同性能，例如，工作存储器，地址范围，连接数量和执行时间。十款款标准的CPU，集成PROFIBUS、PROFINET 总线接口。

应用

S7- 400尤其适合于加工工业中的数据密集型任务。高处理速度和确定性的响应时间，缩短高速机械制造业设备控制的循环周期。

S7 - 400用于整体协调各种设备，控制低级别的系统。这是由高速通讯能力和集成接口来保证的。

在S7- 400的许多器件也可用于极端环境条件下的SIPLUS版本。

S7-400 的成功应用如下：

汽车工业

标准机械设备制造包括定制的机械设备制造

仓储系统

建筑工程

钢铁行业

发电和配电

造纸和印刷业

木工

纺织业

医药制品

食品和饮料行业

处理工程，例如水和废水处理设施

化工和石化

效益

由于采用各种级别的CPU，S7-400可以灵活扩展升级；I/O能力几乎是无限的。

强大的CPU允许集成新的功能，无需额外硬件投资，例如处理质量数据，用户友好的诊断，到更高层次的MES解决方案或通过总线系统的高速通讯。

可以以模块化的方式构建S7 - 400，有各种用于集中配置和分布式结构的模块，以实现处理备件方面的低成本。

在操作过程中可以修改S7- 400 的分布式I/O配置（在运行中配置）。另外在工作时还可以删除和插入信号模块（热插拔）。这使得很容易扩展系统或出现故障时替换模块。

项目的完整数据存储包括CPU上的符号和注释，简化了服务和维护过程。

可以将安全技术和标准自动化集成到一个单一的S7- 400控制器，可以通过S7- 400的冗余结构增加设备的可用性。

S7- 400的许多器件也可用于外部环境条件SIPLUS版本，例如：扩展温度范围（-25+60°C）和在恶劣环境/冷凝条件下使用。

S7- 400的高速背板总线确保集中式I/O模块的高速通讯。

设计和功能

模块化

S7 - 400的一个重要特点是它的模块化。S7- 400的高速通讯背板总线和允许直接插入CPU集成的DP接口，允许多条通讯线路的高性能运行。例如，把一根总线用于HMI通讯和编程任务，一根总线用于高性能运动控制，一根总线用于普通I / O现场总线通讯。

此外，也可以实现另外连接到MES-/ERP系统或通过SIMATIC IT连接到互联网的需要。根据任务情况，可对S7 – 400进行集中扩展或分布式配置。附加设备和接口模块也可集中用于此目的。在CPU中集成的PROFIBUS或PROFINET接口上也可实现分布式扩展。如果需要，也可以使用通讯处理器（CP）。

设计一个S7 - 400系统基本上包括机架，电源，和中央处理单元。它可以以一个模块化的方式安装和扩展。所有的模块都可以自由地放置在左侧插入的电源旁边。S7- 400具有无风扇的坚固设计。信号模块可以热插拔。一个多层面的模块范围可用于中央扩展以及具有ET200的分布式拓扑结构的简单配置。设计

在集中式扩展中，额外安装机架直接连接到中央控制器。

除了标准的安装机架，也提供9槽和18槽铝合金安装机架。这些铝机架可以很高地耐受不利环境条件，紧固耐用，重量轻25％左右。

多值计算

多值计算，也就是在一个S7- 400中央控制器中的几个CPU的同时操作，为用户提供不同的益处：

可通过多值计算共享的S7 - 400的整体性能。例如，在技术复杂的任务中，如开环控制，可以将计算机或通讯分割和分配给不同的CPU每个CPU分配给自己的，用于此目的本地输入/输出。

有些任务也可以从每个多值计算方式中断开，一个CPU处理关键时间的处理任务，另一个处理非关键时间的任务。

在多值计算操作中，所有的CPU的运行行为像一个CPU，也就是说，当一个CPU进入STOP状态，其他的也停止。几个CPU的动作可以通过同步指令选择性地协调调用。此外，CPU之间的数据交换通过高速的全局数据通讯机制。

数据/程序存储器

从精细分级的各种CPU中选择合适的CPU取决于集成工作存储区的大小。集成装载存储器（RAM）足以满足中小型企业方案。对于大型程序，通过插入RAM或FEPROM存储卡增大装载内存（64 KB到64 MB）。

特殊功能

S7- 400 CPU有一些非常有用的特殊功能：

从工程工作站通过网络更新固件实现更简单和快速的升级

通过一个系统功能实现额外的写保护（例如没有从PC器件到CPU）

通过读取存储卡的序列号获得保护，因此，保证了程序只与特定的存储卡一起运行

集成的路由功能允许在不同总线系统和网络上访问数据记录，例如控制级PC可以通过S7 -400控制器与连接在PROFINET或者PROFIBUS接口上的现场设备进行通讯。

在当今经济竞争激烈的环境下，制造工艺的细小改进可产生巨大的竞争优势。这种观念正在驱使工厂车间发生根本性的转变。制造商正在部署的传感器技术，采用新的控制架构，并开始挖掘“大数据”和数据分析的潜力。

每个控制器中都包含有以下组件：· 一个中央处理器(CPU)，用于执行用户程序· 一个或多个电源 信号模块，用作输入/输出以及相应的工艺模块和通信模块。

西门子S7-400系列：

序号 定货号 注释

电源模块

1 6ES7 407-0DA02-0AA0 电源模块(4A)

2 6ES7 407-0KA02-0AA0 电源模块(10A)

3 6ES7 407-0KR02-0AA0 电源模块(10A)冗余

4 6ES7 407-0RA02-0AA0 电源模块(20A)

5 6ES7 405-0DA02-0AA0 电源模块(4A)

6 6ES7 405-0KA02-0AA0 电源模块(10A)

7 6ES7 405-0RA01-0AA0 电源模块(20A)

8 6ES7 971-0BA00 备用电池

CPU

9 6ES7 412-3HJ14-0AB0 CPU 412-3H; 512KB程序内存/256KB数据内存

10 6ES7 414-4HM14-0AB0 CPU 414-4H; 冗余热备CPU 2.8 MB RAM

11 6ES7 417-4HT14-0AB0 CPU 417-4H; 冗余热备CPU 30 MB RAM

12 6ES7 400-0HR00-4AB0 412H 系统套件包括 2 个CPU、1个H型中央机架、2个电源、2个1M 存储卡、4个同步模块、2根同步电缆，以及4个备用电池(PS407 10A)

13 6ES7 400-0HR50-4AB0 412H 系统套件包括 2 个CPU、1个H型中央机架、2个电源、2个1M 存储卡、4个同步模块、2根同步电缆，以及4个备用电池(PS405 10A)

14 6ES7 412-1XJ05-0AB0 CPU412-1,144KB程序内存/144KB数据内存

15 6ES7 412-2XJ05-0AB0 CPU412-2,256KB程序内存/256KB数据内存

16 6ES7 414-2XK05-0AB0 CPU414-2,512KB程序内存/512KB数据内存

17 6ES7 414-3XM05-0AB0 CPU414-3,1.4M程序内存/1.4M数据内存 1个IF模板插槽

18 6ES7 414-3EM05-0AB0 CPU414-3PN/DP 1.4M程序内存/1.4M数据内存 1个IF模板插槽

19 6ES7 416-2XN05-0AB0 CPU416-2,2.8M程序内存/2.8M数据内存

20 6ES7 416-3XR05-0AB0 CPU416-3,5.6M程序内存/5.6M数据内存 1个IF模板插槽

21 6ES7 416-3ER05-0AB0 CPU416-3PN/DP 5.6M程序内存/5.6M数据内存 1个IF模板插槽

22 6ES7 416-2FN05-0AB0 CPU416F-2,2.8M程序内存/2.8M数据内存

23 6ES7 416-3FR05-0AB0 CPU416F-3PN/DP,5.6M程序内存/5.6M数据内存

24 6ES7 417-4XT05-0AB0 CPU417-4,15M程序内存/15M数据内存

内存卡

25 6ES7 955-2AL00-0AA0 2 X 2M字节 RAM

26 6ES7 955-2AM00-0AA0 2 X 4M字节 RAM

27 6ES7 952-0AF00-0AA0 64K字节 RAM

28 6ES7 952-1AH00-0AA0 256K字节 RAM

29 6ES7 952-1AK00-0AA0 1M字节 RAM

30 6ES7 952-1AL00-0AA0 2M字节 RAM

31 6ES7 952-1AM00-0AA0 4M字节 RAM

32 6ES7 952-1AP00-0AA0 8M字节 RAM

33 6ES7 952-1AS00-0AA0 16M字节 RAM

34 6ES7 952-1AY00-0AA0 64M字节 RAM

35 6ES7 952-0KF00-0AA0 64K字节 FLASH EPROM

36 6ES7 952-0KH00-0AA0 256K字节 FLASH EPROM

37 6ES7 952-1KK00-0AA0 1M字节 FLASH EPROM

38 6ES7 952-1KL00-0AA0 2M字节 FLASH EPROM

39 6ES7 952-1KM00-0AA0 4M字节 FLASH EPROM

40 6ES7 952-1KP00-0AA0 8M字节 FLASH EPROM

41 6ES7 952-1KS00-0AA0 16M字节 FLASH EPROM

42 6ES7 952-1KT00-0AA0 32M字节 FLASH EPROM

43 6ES7 952-1KY00-0AA0 64M字节 FLASH EPROM

开关量输入模板

44 6ES7 421-7BH01-0AB0 开关量输入模块(16点,24VDC)中断

45 6ES7 421-1BL01-0AA0 开关量输入模块(32点,24VDC)

46 6ES7 421-1EL00-0AA0 开关量输入模块(32点,120VUC)

47 6ES7 421-1FH20-0AA0 开关量输入模块(16点,120/230VUC)

48 6ES7 421-7DH00-0AB0 开关量输入模块(16点,24V到60VUC)

开关量输出模板

49 6ES7 422-1BH11-0AA0 开关量输出模块(16点,24VDC，2A）

50 6ES7 422-1BL00-0AA0 32点输出，24VDC,0.5A

51 6ES7 422-7BL00-0AB0 32点输出，24VDC,0.5A,中断

52 6ES7 422-1FH00-0AA0 16点输出，120/230VAC，2A

53 6ES7 422-1HH00-0AA0 16点输出，继电器，5A

模拟量模块

54 6ES7 431-0HH00-0AB0 16路模拟输入，13位

55 6ES7 431-1KF00-0AB0 8路模拟输入，13位，隔离

56 6ES7 431-1KF10-0AB0 8路模拟输入，14位，隔离，线性化

57 6ES7 431-1KF20-0AB0 8路模拟输入，14位，隔离

58 6ES7 431-7QH00-0AB0 16路模拟输入，16位，隔离

59 6ES7 431-7KF00-0AB0 8路模拟输入，16位，隔离，热电偶

60 6ES7 431-7KF10-0AB0 8路模拟输入，16位，隔离，热电阻

61 6ES7 432-1HF00-0AB0 8路模拟输出，13位，隔离

功能模板

62 6ES7 450-1AP00-0AE0 FM450-1计数器模板

63 6ES7 451-3AL00-0AE0 FM451定位模板

64 6ES7 452-1AH00-0AE0 FM452电子凸轮控制器

65 6ES7 453-3AH00-0AE0 FM453定位模板

66 6ES7 455-0VS00-0AE0 FM455C闭环控制模块

67 6ES7 455-1VS00-0AE0 FM455S闭环控制模块

68 6DD1 607-0AA2 FM 458-1DP快速处理系统

69 6ES7 953-8LJ20-0AA0 用于FM458-1DP 基本模板 512KByte(MMC)

70 6ES7 953-8LL20-0AA0 用于FM458-1DP 基本模板 2MByte(MMC)

71 6ES7 953-8LM20-0AA0 用于FM458-1DP 基本模板 4MByte(MMC)

72 6DD1 607-0CA1 EXM 438-1 I/O扩展模板

73 6DD1 607-0EA0 EXM 448 通讯扩展模板

74 6DD1 607-0EA2 EXM 448-2 通讯扩展模板

75 6DD1 684-0GE0 SC64连接电缆

76 6DD1 684-0GD0 SC63连接电缆

77 6DD1 684-0GC0 SC62连接电缆

78 6DD1 681-0AE2 SB10端子模块

79 6DD1 681-0AF4 SB60端子模块

80 6DD1 681-0EB3 SB61端子模块

81 6DD1 681-0AG2 SB70端子模块

82 6DD1 681-0DH1 SB71端子模块

83 6DD1 681-0AJ1 SU12端子模块

84 6DD1 681-0GK0 SU13端子模块

通讯模板

85 6ES7 440-1CS00-0YE0 CP440通讯处理器

86 6ES7 441-1AA04-0AE0 CP441-1通讯处理器

87 6ES7 441-2AA04-0AE0 CP441-2通讯处理器

88 6ES7 963-1AA00-0AA0 RS232C接口模板

89 6ES7 963-2AA00-0AA0 20mA接口模板

90 6ES7 963-3AA00-0AA0 RS422/485接口模板

91 6ES7 870-1AA01-0YA0 可装载驱动 MODBUS RTU 主站

92 6ES7 870-1AB01-0YA0 可装载驱动 MODBUS RTU 从站

93 6GK7 443-5FX02-0E0 CP443-5基本型通讯处理器,支持Profibus-Fms协议

94 6GK7 443-5DX04-0E0 CP443-5扩展型通讯处理器,支持Profibus-DP协议

95 6GK7 443-1EX11-0E0 CP443-1 以太网通讯处理器

96 6GK7 443-1EX41-0E0 CP443-1 以太网通讯处理器

附件

97 6ES7 960-1AA04-0A0 冗余系统同步模板（新）近距离同步（10米以内）

98 6ES7 960-1AB04-0A0 冗余系统同步模板（新）远程同步模板（10米到10公里，用同长度的光缆）

99 6ES7 960-1AA04-5AA0 冗余系统光纤连接电缆（1米）（新）

100 6ES7 960-1AA04-5BA0 冗余系统光纤连接电缆（2米）（新）

101 6ES7 960-1AA04-5KA0 冗余系统光纤连接电缆（10米）（新）

102 6ES7 833-1CC01-0YA5 S7F系统可选软件包

103 6ES7 833-1CC00-6YX0 F运行授权

104 6ES7 197-1LA03-0A0 Y-link

105 6ES7 492-1AL00-0AA0 前连接器

106 6ES7 400-1TA01-0AA0 主板(18槽)

107 6ES7 400-1JA01-0AA0 主板(9槽)

108 6ES7 400-1TA11-0AA0 主板(18槽)铝板

109 6ES7 400-1JA11-0AA0 主板(9槽)铝板

110 6ES7 401-2TA01-0AA0 CR2主板（18槽）

111 6ES7 400-2JA00-0AA0 UR2-H主板（18槽）

112 6ES7 400-2JA10-0AA0 UR2-H主板（18槽）铝板

113 6ES7 403-1TA01-0AA0 ER1机架（18槽）

114 6ES7 403-1JA01-0AA0 ER2机架（9槽）

115 6ES7 403-1TA11-0AA0 ER1机架（18槽）铝板

116 6ES7 403-1JA11-0AA0 ER2机架（9槽）铝板

117 6ES7 460-0AA01-0AB0 IM460-0

118 6ES7 461-0AA01-0AA0 IM461-0

119 6ES7 468-1AH50-0AA0 连接电缆  (0.75米）

120 6ES7 468-1BB50-0AA0 连接电缆 (1.5米）

121 6ES7 461-0AA00-7AA0 终端器

122 6ES7 460-1BA01-0AB0 IM460-1

123 6ES7 461-1BA01-0AA0 IM461-1

124 6ES7 468-3AH50-0AA0 468-3连接电缆  (0.75米）

125 6ES7 468-3BB50-0AA0 468-3连接电缆 (1.5米）

126 6ES7 460-3AA01-0AB0 IM460-3

127 6ES7 461-3AA01-0AA0 IM461-3

128 6ES7 468-1BF00-0AA0 468-1连接电缆（5米）

129 6ES7 468-1CB00-0AA0 468-1连接电缆（10米）

130 6ES7 468-1CC50-0AA0 468-1连接电缆（25米）

131 6ES7 468-1CF00-0AA0 468-1连接电缆（50米）

132 6ES7 468-1DB00-0AA0 468-1连接电缆（100米）

133 6ES7 461-3AA00-7AA0 终端器

134 6ES7 463-2AA00-0AA0 IM463-2接口模块

135 6ES7 964-2AA04-0AB0 IF-964 DP接口模块

led显示屏相比其他显示技术，具有自发光、色彩还原度优异、刷新率高、省电、易于维护等优势。高亮度、通过拼接可实现超大尺寸这两个特性，是LED显示屏在过去二十年高速增长的决定性因素。在超大屏幕室外显示领域，迄今还没有其他技术能够与LED显示技术相抗衡。

   但是在过去，led显示屏也有其不足，比如封装灯珠之间间距大，造成分辨率较低，不适合室内和近距离观看。为了提高分辨率，必需缩小灯珠之间间距，但是灯珠的尺寸缩小，虽然能够提升整屏分辨率，成本也会快速上升，过高的成本影响了小间距led显示屏的大规模商业应用。

   近几年来，借助于芯片制造和封装厂商、IC电路厂商和屏幕制造厂商等的多方努力，单封装器件成本越来越低，LED封装器件越来越小，显示屏像素间距越来越小、分辨率越来越高，使得小间距led显示屏在户内大屏显示方面的优势越来越明显。

   目前，小间距LED主要应用于广告传媒、体育场馆、舞台背景、市政工程等领域，并且在交通、广播、军队等领域不断开拓市场。预计到2018年，市场规模接近百亿。可以预测，在未来几年内，小间距led显示屏将不断扩展市场份额，并挤占DLP背投的市场空间。据光大证券研究所预测，到2020年，小间距led显示屏对DLP背投的替代率将达到70%~80%。

   笔者从业于蓝绿LED芯片制造行业，从事产品开发工作多年。下面从产品设计、工艺技术的角度来论述小间距led显示屏的发展对蓝绿LED芯片提出的需求，以及芯片端可能采取的应对方案。

   一、小间距led显示屏对LED芯片提出的需求作为led显示屏的LED芯片，在小间距LED发展过程中起到了至关重要的作用。小间距led显示屏目前的成就和未来的发展，都依赖于芯片端的不懈努力。

   一方面，户内显示屏点间距从早期的P4，逐步减小到P1.5，P1.0，还有开发中的P0.8。与之对应的，灯珠尺寸从3535、2121缩小到1010，有的厂商开发出0808、0606尺寸，甚至有厂商正在研发0404尺寸。

   众所周知，封装灯珠的尺寸缩小，必然要求芯片尺寸的缩小。目前，市场常见小间距显示屏用蓝绿芯片的表面积为30mil2 左右，部分芯片厂已经在量产25mil2 ，甚至20mil2 的芯片。

   另一方面，芯片表面积的变小，单芯亮度的下降，一系列影响显示品质的问题也变得突出起来。

   首先是对于灰度的要求。与户外屏不同，户内屏需求的难点不在于亮度而在于灰度。目前户内大间距屏的亮度需求是1500 cd/m2 -2000 cd/m2左右，小间距led显示屏的亮度一般在600 cd/m2 -800 cd/m2 左右，而适宜于长期注目的显示屏亮度在100 cd/m2 -300cd/m2 左右。

   目前小间距LED屏幕的难题之一是“低亮低灰”。即在低亮度下的灰度不够。要实现“低亮高灰”，目前封装端采用的方案是黑支架。由于黑支架对芯片的反光偏弱，所以要求芯片有足够的亮度。

   其次是显示均匀性问题。与常规屏相比，间距变小会出现余辉、扫偏暗、低亮偏红以及低灰不均匀等问题。目前，针对余辉、扫偏暗和低灰偏红等问题，封装端和IC控制端都做出了努力，有效的减缓了这些问题，低灰度下的亮度均匀问题也通过逐点校正技术有所缓解。但是，作为问题的根源之一，芯片端更需要付出努力。具体来说，就是小电流下的亮度均匀性要好，寄生电容的一致性要好。

   第三是可靠性问题。现行行业标准是LED死灯率允许值为万分之一，显然不适用于小间距led显示屏。由于小间距屏的像素密度大，观看距离近，如果一万个就有1个死灯，其效果令人无法接受。未来死灯率需要控制在十万分之一甚至是百万分之一才能满足长期使用的需求。

   总的来说，小间距LED的发展，对芯片段提出的需求是：尺寸缩小，相对亮度提升，小电流下亮度一致性好，寄生电容一致性好，可靠性高。

   二、芯片端的解决方案1. 尺寸缩小芯片尺寸缩小表面上看，就是版图设计的问题，似乎只要根据需要设计更小的版图就能解决。但是，芯片尺寸的缩小是否能无限的进行下去呢？答案是否定的。有如下几个原因制约着芯片尺寸缩小的程度：

   （1）封装加工的限制。封装加工过程中，两个因素限制了芯片尺寸的缩小。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）芯片加工的限制。芯片加工过程中，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。

   基于上述原因，笔者大胆预测，芯片尺寸缩小到17mil2后，芯片设计和工艺加工能力接近极限，基本再无缩小空间，除非芯片技术方案有大的突破。

   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。

   三、总结综上，笔者分析了随着小间距led显示屏的发展，LED芯片端面临的系列挑战，并逐一给出了改善方案或方向。应该说，目前LED芯片的优化还有很大的空间。如何提升，还待业者发挥聪明才智，持续不断的努力