孫廣輝 周龍杰（汕頭超聲印制板公司，廣東 汕頭 515041）

淺談LED顯示屏用PCB的設計和質量控制

孫廣輝 周龍杰
（汕頭超聲印制板公司，廣東 汕頭 515041）

文章基于LED顯示屏用PCB的特點，介紹了LED板的可制造性設計，探討了LED板的加工難點，并列舉了LED板的常見缺陷類型及分析控制方法。

發(fā)光二極管用印制電路板；線路擦花；油墨顏色；外形加工

1 LED板的特點

LED顯示屏以其大型化、高亮度、小功耗、長壽命及性能穩(wěn)定的優(yōu)點一直以來廣受市場歡迎。隨著LED顯示屏點間距、穩(wěn)定性、亮度、灰度等技術指標的不斷提升，對所用的PCB質量也提出了越來越高的要求。

LED顯示屏用PCB，俗稱為LED板，表面看設計具有高度對稱性，外層線路層一面布滿矩陣式排列的焊盤（圖1），一般4個pad為一組，用于安裝LED燈，稱LED面；另一面用于安裝元器件，稱為驅動面。

圖1 LED面與驅動面示例

LED的燈距（圖2）越小，顯示效果越好，分辨率也就越高。目前主要SMT的pitch為0.45 mm ～ 1. 6 mm，設計規(guī)格主要取決于燈的焊點規(guī)格，主要燈距pitch為（1.0～4.0）mm，主流為1.9 mm和2.5 mm。

圖2 LED板的燈及SMT的pitch示意圖

目前主流LED板的主要特點見表1。

表1 LED板的特點

2 LED板的可優(yōu)化設計

LED面的焊盤小而多、線路密集，出貨小單元尺寸大，對PCB加工的成品率有很大影響。下面從PCB加工方面介紹一些可優(yōu)化的設計。

2.1 激光盲孔

對于≥2次積層板件，激光鉆孔如設計為疊孔，則需要采用電鍍填盲孔工藝，從而增加流程和成本。因此，2次積層以上的板件，建議激光盲孔按錯開孔設計（圖3），盡量避免設計激光疊孔。

圖3 疊盲孔優(yōu)化為錯開孔示例

2.2 安裝孔

安裝孔為NP不透孔，其孔徑D公差建議控制在±0.05 mm，深度H≤板厚T-0.5 mm，深度公差≥± 0.2 mm，常規(guī)鉆頭角度θ為130°，示意圖4。

圖4 LED板內的安裝孔示意圖

如果NP不透孔周圍無銅區(qū)隔離間距不足，則最終NP孔可能會成為PTH孔或出現孔邊露銅。如圖5，若NP不透孔表面需保留開窗焊盤的，建議NP不透孔與焊盤間有≥0.15 mm的無銅區(qū)隔離；若NP不透孔表面不需要焊盤的，可考慮取消整個焊盤。

圖5 安裝孔的示意圖及實例

2.3 焊盤距外形

LED面的邊緣焊盤應距外形邊線有足夠的間距，若間距不足常會出現銑外形傷及焊盤與露銅的現象。

2.4 焊盤開窗

LED面焊盤建議優(yōu)先采用COPPER DEFINE（銅盤限定）設計，這樣可以有效減小阻焊剝離。若SMT邊緣距適合加工，可考慮設計為SM DEFINE（阻焊限定），這樣焊盤大小一致性會更好。焊盤開窗方式見圖6。

圖6 LED面焊盤開窗方式示意圖

3 LED板的加工難點

3.1 線路圖形

由于LED面的焊盤和線路密集，在生產操作過程中首要的是減少擦花。建議在曝光時將密集線路層設計為上照片；填孔線磨板及阻焊前處理磨板，需特別注意控制LED面的磨痕和圖形損傷。

3.2 外形加工

目前LED板的外形公差通常按±0.1 mm，而從后端LED屏組裝來看趨向要求更嚴格的公差（± 0.08 mm，±0.05 mm），后續(xù)對PCB的機械外形加工考驗很大。

同時，追求高拼板利用率使得留給PCB過程加工的工藝邊非常有限，加上板內只允許有幾個小通孔（通常3-4個，直徑0.8 mm左右），這樣銑外形時管位釘無法很好地起到應有的固定作用，從而出現外形不對稱、板角凸起、邊角油墨剝離等缺陷的幾率大。在外形尺寸正常的情況下還會出現孔距邊、焊盤距邊不一致的現象。

3.3 油墨顏色

目前LED板表面油墨多采用亞光黑油，批次間油墨顏色差異會對LED屏的分辨率有一定影響。在燈距夠大時油墨顏色差異還可以采用燈罩的方式解決，然而隨著燈距的減小面罩逐漸無法使用，這樣LED面便直接裸露在外。PCB的阻焊前的銅面處理、阻焊厚度、曝光能量差異、油墨靜置的時間等都會導致成品板油墨的顏色差異。

3.4 電測試

LED板的無工藝邊設計同樣對電測試的管位具有很大的挑戰(zhàn)。LED板的尺寸和燈距pitch直接決定了燈的數量和焊盤數量，目前出貨小單元LED板的燈面燈數過萬，焊盤數量超過6萬也很常見，如此高密度的點數給通斷測試帶來很大的困難，甚至8密度的通斷模具無法一次完成測試，只能使用多次電測或依靠費時的飛針測試來解決。

4 LED板的常見缺陷及控制方法

LED板的特點決定了其缺陷的出現幾率相比其他類型的PCB要高，列舉以下常見的缺陷類型。

4.1 線路擦花

LED燈面高密度的焊盤使得輕微的擦花都將是致命的缺陷。建議采用較高覆銅量的銅箔，可適當減少擦花導致的開短路報廢。

高密度的焊盤特點也與Larger window（開大窗）工藝共同作用，導致線路側面有露銅的隱性缺陷，該類缺陷一般不易發(fā)現，往往是SMT貼片后才表現出來。針對該問題可考慮適當縮小線線間距來提高線與焊盤的間距來緩解（圖7）。

圖7 線路間距微調示意圖

4.2 油墨剝離

黑色阻焊對曝光能量要求較高，油墨厚度稍微偏厚，便非常容易導致底部的油墨曝光不完全，從而出現阻焊剝離（圖8）。采用2次曝光可有效的解決該問題，但對阻焊對位能力又將是一次考驗。

圖8 油墨剝離實例

4.3 油墨顏色不一致

與絕大多數PCB板不一樣的是LED板的燈面對顏色一致性要求甚高。對于油墨顏色的一致性，目前是沒有公認的判定標準，同時也較難量化衡量。影響墨色一致性的因素甚多且嚴于一般生產條件，PCB生產過程中需逐步探索最合適的控制參數及方法才能盡可能的做到墨色一致。

4.4 外形不良

無工藝邊、較小的板內安裝孔使得所布置的管位釘管位效果不佳。常會在銑外形受力之后容易松動、偏斜，從而導致板件外形偏斜、板角凸起等缺陷（圖9）。適當的過程輔助工藝邊是非常必要的改善手段。

圖9 外形不良實例

4.5 板角損傷

作為相對較厚重的板件，LED板脆弱的邊角是亟需操作者細心呵護的。為避免運輸過程中的損傷，包裝增加墊板保護是非常必要的措施，同時墊板尺寸需要比板件單邊適當大些。

4.6 翹曲

LED燈面焊盤多而密集，驅動面通常都有大塊的銅面，這種情況下導致的不對稱應力是該類板件翹曲（如圖14）的主要原因，為確保平整度，建議PCB光板按0.5%的翹曲度控制。

4.7 焊盤外觀

矩陣式的焊盤排列非常容易致使外觀檢查者視覺疲勞而漏檢率高，而采用外觀檢查機檢查則又面臨著時間長、通過率低等問題。因此只能在過程控制上多下工夫才能有效減少該現象的發(fā)生。

4.8 功能不良

承前所言，與絕大多數PCB的不同，黑色阻焊、高密度焊盤也給PCBA故障分析帶來了一定的難度。當出現功能不良時，PCBA只是描述不良現象，往往未指出具體的焊盤，通常較多地表現為一整排燈的失效。此時需要經過相對費事地確認到具體不良網絡點，而拆除相關器件及褪去油墨將是分析方法的首選。

孫廣輝，品質工程師，從事客戶服務技術與支持。

A brief discussion about design and quality control for PCB in LED display

SUN Guang-hui ZHOU Long-jie

Based on the characteristic of PCB in LED display, this article introduces the design for manufacturing and discusses the difficulty of process control as well as the failure modes and counter measures.

PCB for LED ; Scratched Trace; Solder Mask Color; Outline Process

TN41

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：1009-0096（2015）01-0044-03