Оптимизация проектирования LED печатных плат: проверенные стратегии для высокого качества и надежности

LED-дисплеи (светодиодные дисплеи) были приняты электронной промышленностью благодаря своим достоинствам: высокой яркости, низкому энергопотреблению, долгому сроку службы и стабильности. Из-за постоянного прогресса технических показателей, таких как шаг, стабильность, яркость или цветовая глубина (градации серого), печатные платы должны соответствовать все более высоким требованиям к качеству и надежности конечных изделий.

Проблемы производства LED печатных плат

• Контурные графики

Поскольку линии цепей и контактные площадки расположены с высокой плотностью на стороне LED, уменьшение царапин является главной 고려цией при fabricación. Предлагается проектировать плотный слой цепей согласно эталонному изображению при экспозиции. Необходимо стремиться уменьшить царапины от полировки и дефекты изображения в процессе полировки платы при заполнении отверстий (VFP) и полировке перед нанесением паяльной маски.

• Допуск контура

Текущий допуск контура LED плат обычно составляет ±0.1 мм. Однако более строгие допуски, такие как ±0.08 мм или ±0.05 мм, могут требоваться по необходимости при сборке LED дисплеев. Поэтому механическое производство LED печатных плат сталкивается с большими вызовами.

Кроме того, стремление к высокому использованию панелей приводит к ограниченным технологическим запасам в процессе производства печатных плат. Кроме того, в плате допускается только пара небольших сквозных отверстий (3-4 штуки диаметром ~0.8 мм). В результате винты не могут выполнять роль фиксации в процессе фрезерования, что может привести к асимметрии фигуры, выпуклости углов платы и отслаиванию паяльной маски. Когда плата имеет нормальный размер фигуры, часто возникают проблемы несоответствия между отверстиями и полями, контактными площадками и полями.

• Цвет паяльной маски

Цвет паяльной маски — значимый параметр, определяемый перед производством печатной платы, с множеством вариантов от традиционных цветов (зеленый, красный, черный) до необычных (матовый черный или фиолетовый). В настоящее время матовый черный в основном применяется на LED печатных платах, и различия цвета паяльной маски между платами разных партий тесно связаны с разрешением LED дисплея. Когда шаг между LED достаточно велик, различия цвета могут быть компенсированы ламповым стеклом. Однако уменьшение шага LED приводит к постоянному отказу лампового стекла, так что сторона LED будет напрямую экспонирована наружу. Кроме того, различия цвета могут возникать из-за обработки медного слоя перед паяльной маской, толщины паяльной маски, различий экспозиции и времени ожидания затвердевания паяльной маски.

• Электрическое тестирование

Проектирование без полей LED печатной платы создает большие трудности для разметки при электрическом тесте. Размер и шаг LED печатной платы напрямую определяют количество LED и контактных площадок. До сих пор обычно случается, что количество LED на стороне LED платы превышает десятки тысяч, а контактных площадок — 60 тысяч. Такая высокая плотность размещения LED создает экстремальные трудности для запуска и завершения электрического теста. Поэтому приходится полагаться на множественные электрические тесты или летающий зонд. Однако тест летающего зонда имеет недостаток — большая трудоемкость по времени.

Техники проектирования LED печатных плат

Несмотря на перечисленные проблемы производства, вместе с атрибутами LED печатных плат (маленькие площадки, большое количество площадок, цепи с высокой плотностью), существуют методы преодоления этих проблем через проектирование.

• Шаг (Pitch)

Печатные платы для LED дисплеев, также называемые LED печатными платами, высоко симметричны во внешнем дизайне. Что касается медного слоя LED печатных плат, одна сторона полностью покрыта контактными площадками, расположенными в матрице — сторона LED. Обычно 4 площадки считаются одной единицей, на которую монтируется LED. Компоненты монтируются на другой стороне медного слоя — стороне драйвера.

Чем меньше шаг LED, тем лучше эффект дисплея и его разрешение. На данный момент диапазон шага, соответствующий текущей SMT (поверхностному монтажу), составляет 0.45-1.6 мм, а шаг LED — 1.0-4.0 мм. Проектирование LED печатных плат в основном зависит от спецификаций LED площадок. На рисунке ниже показано сравнение шага SMT и шага LED.

• Лазерное сверление слепых отверстий

Для многослойных плат (слоев 2 и более) требуется техника заполнения слепых отверстий припайкой при проектировании стыковых отверстий как лазерных. В конечном счете сложность процесса и затраты на производство возрастут. Таким образом, для многослойных плат (более 2 слоев) лазерные слепые отверстия рекомендуется проектировать как ступенчатые (staggered), а не стыковые (stacked). Лазерные стыковые отверстия следует стараться избегать.

• Отверстия для монтажа LED

Отверстия для монтажа LED — не сквозные отверстия с рекомендуемым допуском диаметра ±0.05 мм; глубина (H) не должна превышать значение толщины платы (T) минус 0.5 мм по формуле: H ≤ T - 0.5 мм. Допуск глубины должен быть более ±0.2 мм, а обычный угол сверления (θ) — 130°. На рисунке 3 показаны параметры отверстия для монтажа LED.

Если безмедная область вокруг не сквозных (NP) отверстий имеет недостаточное расстояние, NP отверстия могут стать металлизированными сквозными или медь будет обнаружена на краю отверстий. Когда NP отверстия требуют оставления паяльной маски с открытой площадкой на поверхности отверстий, должна быть спроектирована безмедная зона разделения больше 0.15 мм между NP отверстиями и площадками. Когда NP отверстиям не нужны площадки, вся площадка может быть отменена.

• Расстояние между площадкой и внешними полями

Должно сохраняться достаточное пространство между крайними площадками и внешними полями. Если пространство недостаточно, возникнут проблемы: дефекты фрезерования и обнажение меди.

• Площадка с открытой паяльной маской

На площадках рекомендуется использовать определение по меди (Copper define), что эффективно предотвращает отслаивание паяльной маски. Когда шаг SMT идеально подходит для производства, можно рассмотреть определение по паяльной маске (SM define). В результате площадки будут иметь высокий уровень соответствия.

8 методов преодоления дефектов LED печатных плат

• Царапины цепей

Площадки высокой плотности на стороне LED делают незначительную царапину фатальным дефектом. Предлагается применять медную фольгу относительно большого объема, чтобы определенно сократить брак по открытым и коротким цепям из-за царапин.

Вместе с особенностями техники больших окон, площадки высокой плотности ведут к скрытым дефектам обнажения меди на стороне цепи. Этот тип дефектов редко наблюдается до завершения SMT процесса. Проблему можно частично решить путем относительного уменьшения шага линий для улучшения шага между линией и площадкой.

• Отслаивание паяльной маски

Черная паяльная маска предъявляет высокие требования к энергии экспозиции, и даже слегка более толстый слой паяльной маски может легко привести к неполной экспозиции нижнего слоя, в конечном счете вызывая отслаивание. Вторичная экспозиция может эффективно решить эту проблему. Конечно, способность партии паяльной маски также будет проверена.

• Несоответствие цвета паяльной маски

В отличие от большинства печатных плат, сторона LED LED печатной платы имеет высокие требования к несоответствию цвета. До сих пор нет общепринятых стандартов оценки, и крайне трудно оценить это количественно. Соответствие цвета масла результатом большого числа элементов. Кроме того, оно зависит от более строгих производственных условий, чем обычные печатные платы. Поэтому соответствие цвета масла может быть достигнуто путем поиска наиболее подходящих контрольных параметров и методов, что требует строгих производственных технологий и лет fabricación опыта в этой отрасли.

• Плохой контур платы

Для небольших плат без полей отверстия для монтажа LED приводят к плохому эффекту разметки, и винты разметки склонны ослабевать и смещаться, вызывая дефекты: смещение контура и выпуклость угла платы. Подходящие технологические поля обработки могут быть выбраны как метод улучшения.

• Дефекты угла платы

Для печатных плат с относительно большой толщиной хрупкие боковые углы LED печатной платы должны получать внимание от операторов. Чтобы избежать дефектов при транспортировке, необходимо добавить базовую плату для защиты в качестве меры защиты. Плюс, размер базовой платы должен быть немного больше, чем размер одиночных полей.

• Искривление (Warpage)

Сторона LED LED печатной платы содержит большое количество площадок высокой плотности, в то время как на стороне драйвера расположены большие блоки меди. Этот тип асимметричного напряжения считается главной причиной искривления платы. Для поддержания разумной плоскости искривление LED платы должно быть строго контролировано ниже 0.5%.

• Контур площадки

Расположение площадок в матричном типе легко вызывает зрительное утомление визуального инспектора, что приводит к высокому коэффициенту пропуска. Однако автоматический инспектор контуров имеет проблемы: длительное время проверки и низкий процент прохождения. Поэтому эти проблемы не могут быть эффективно снижены, если не прилагать усилий к контролю процесса.

• Деградация функций

В отличие от других типов печатных плат, черная паяльная маска и площадки высокой плотности создают трудности для анализа ошибок сборки печатных плат (PCBA). Когда возникают плохие функции, PCBA только описывает их и не указывает, какая конкретная площадка. Эта проблема обычно проявляется как отказ целой строки LED. При столкновении с такой проблемой конкретная сетевая точка должна быть определена после больших усилий. Оптимальный метод для реализации должен полагаться на демонтаж соответствующих компонентов и удаление паяльной маски.

Полезные ресурсы:
• Ключевые правила проектирования печатных плат, которые вы должны знать
• Возможные проблемы и решения в процессе проектирования печатных плат
• Как обеспечить качество печатных плат
• Как реализовать контроль качества печатных плат
• Полнофункциональный сервис производства печатных плат от PCBCart — множество вариантов добавленной стоимости
• Продвинутый сервис сборки печатных плат от PCBCart — от 1 штуки