Methoden, die zur Optimierung des LED-PCB-Designs und der Qualitätskontrolle beitragen

LED-Displays (Light Emitting Diode) wurden von der Elektronikindustrie aufgrund ihrer Vorzüge angenommen, die von hoher Leichtigkeit, niedrigem Energieverbrauch, langer Lebensdauer bis hin zu Stabilität reichen. Aufgrund der ständigen Weiterentwicklung technischer Kennzahlen wie Rastermaß, Stabilität, Helligkeit oder Farbtiefe (Graustufen) müssen Leiterplatten (PCBs) immer höhere Anforderungen an Qualität und Zuverlässigkeit der Endprodukte erfüllen.

Rückschläge bei der Herstellung von LED-Leiterplatten

• Schaltungsgrafik

Da Schaltungsleitungen und Pads in hoher Dichte auf der LED-Seite angeordnet sind, ist die Reduzierung von Kratzern die wichtigste Überlegung während der Herstellung. Es wird empfohlen, während der Belichtung eine dichte Schaltungsschicht entsprechend dem Referenzbild zu entwerfen. Es müssen Anstrengungen unternommen werden, um Polierkratzer und Bilddefekte beim Platinenpolieren im Via-Filling-Prozess (VFP) und beim Platinenpolieren vor dem Auftragen der Lötstoppmaske zu verringern.

• Konturtoleranz

Die aktuelle Konturtoleranz von LED-Platinen liegt normalerweise bei ±0,1 mm. Strengere Toleranzen wie ±0,08 mm oder ±0,05 mm sind jedoch je nach Notwendigkeit während der Montage von LED-Anzeigen erforderlich. Die maschinelle Fertigung von LED-Leiterplatten ist daher mit großen Herausforderungen konfrontiert.

Darüber hinaus führt das Streben nach einer hohen Auslastung der Panels zu begrenzten technischen Spielräumen im PCB-Fertigungsprozess. Außerdem sind nur ein paar kleine Durchgangslöcher in der Platine mit einer Anzahl von 3 bis 4 und einem Durchmesser von ungefähr 0,8 mm erlaubt. Infolgedessen spielen Schrauben keine Rolle bei der Fixierung, die beim Fräsen ausreichen sollte, so dass Probleme wie Formasymmetrie, Ausbeulung des Platinenwinkels und Ablösen des Lötmaskenöls auftreten können. Wenn eine Platine eine normale Figurengröße aufweist, werden oft Probleme verursacht, wie zum Beispiel Unstimmigkeiten zwischen Via und Margins, Pad und Margins.

• Lötmaskenfarbe

Die Lötmaskenfarbe ist ein wichtiger Parameter, der vor der Leiterplattenherstellung bestimmt werden muss, und es gibt eine große Auswahl von traditionellen Farben wie Grün, Rot und Schwarz bis hin zu ungewöhnlichen Farben wie Mattschwarz oder Lila, die Persönlichkeiten darstellen. Heutzutage wird mattes Schwarz hauptsächlich von LED-Leiterplatten verwendet, und Farbunterschiede zwischen Lötmasken zwischen Leiterplatten in verschiedenen Chargen sind eng mit der Auflösung von LED-Anzeigen verbunden. Wenn die LEDs einen ausreichend großen Abstand zueinander aufweisen, können Farbunterschiede in der Lötmaske durch den Lampenschirm kompensiert werden. Die Verringerung des LED-Abstands führt jedoch zu einem ständigen Ausfall des Lampenschirms, sodass die LED-Seite direkt nach außen freigelegt ist. Darüber hinaus können Farbunterschiede bei der Lötmaske durch die Verarbeitung der Kupferschicht vor der Lötmaske, die Lötmaskendicke, die Belichtungsdifferenzierung und die Wartezeit für die Erstarrung der Lötmaske hervorgerufen werden.

• Elektrischer Test

Das No-Margin-Design von LED-Leiterplatten stellt die Markierung auch bei elektrischen Tests vor große Herausforderungen. Größe und LED-Pitch einer LED-Platine bestimmen direkt die Anzahl der LEDs und Pads. Bisher kommt es normalerweise vor, dass die Anzahl der LEDs auf der LED-Seite einer Leiterplatte mehrere Jahrzehnte und die Anzahl der Pads 60.000 übersteigt. Eine derart hohe Dichte an LED-Anordnungen bringt extrem schwere Schwierigkeiten bei der Durchführung und Beendigung elektrischer Tests mit sich. Daher muss auf mehrfache elektrische Tests oder Flying-Probe-Tests zurückgegriffen werden. Der Flying-Probe-Test hat jedoch den Nachteil, dass er sehr zeitaufwändig ist.

Designtechniken für LED-Leiterplatten

Trotz der aufgeführten Rückschläge bei der PCB-Herstellung, zusammen mit Attributen von LED-PCBs wie kleinen Pads, einer großen Anzahl von Pads mit hoher Dichte, sind einige Methoden verfügbar, um diese Rückschläge durch das PCB-Design zu überwinden.

• Tonhöhe

Leiterplatten, die für LED-Anzeigen verwendet werden, auch LED-Leiterplatten genannt, haben ein äußerst symmetrisches äußeres Design. Bei der Kupferschicht von LED-Leiterplatten ist eine Seite vollständig mit Pads bedeckt, die in einer Matrix angeordnet sind, die als LED-Seite bezeichnet wird. Generell gelten 4 Pads als eine Einheit, auf der eine LED montiert ist. Komponenten werden auf der anderen Seite der Kupferschicht montiert, die als Treiberseite bezeichnet wird.

Je kleiner der LED-Abstand ist, desto besser ist der Anzeigeeffekt und damit auch die Auflösung. Bis jetzt reicht der Pitch-Bereich im Einklang mit der aktuellen SMT (Surface Mount Technology) von 0,45 mm bis 1,6 mm, während der LED-Pitch von 1,0 mm bis 4,0 mm reicht. Das Design von LED-Leiterplatten hängt hauptsächlich von den Spezifikationen der LED-Pads ab. Die folgende Abbildung zeigt einen Vergleich zwischen dem SMT-Abstand und dem LED-Abstand.

• Laserbohren von Sacklöchern

Bei Stapelplatinen mit mindestens 2 Lagen ist die elektrische Blind-Via-Fülltechnik erforderlich, wenn die Stapel-Via als Laserbohrlöcher ausgeführt sind. Schließlich werden die Komplexität des Verfahrens und die Herstellungskosten steigen. Bei Stapelplatinen mit mehr als 2 Lagen wird daher empfohlen, Laserbohr-Blindvias als Stagger-Vias anstelle von Stack-Vias auszuführen. Stapeldurchkontaktierungen durch Laserbohren sollten vermieden werden.

• LED-Installationslöcher

LED-Installationslöcher sind nicht durchdringende Löcher mit einer empfohlenen Durchmessertoleranz von ±0,05 mm; Die Tiefe (H) sollte nicht größer sein als der Wert der Plattendicke (T) minus 0,5 mm mit der Formel:H ≤ T - 0,5 mm. Die Tiefentoleranz sollte mehr als ±0,2 mm betragen, während der herkömmliche Bohrwinkel (θ) 130° beträgt. Abbildung 3 zeigt die Parameter eines LED-Installationslochs.

Wenn der kupferlose Bereich um nicht durchdringende (NP)-Löcher einen unzureichenden Abstand aufweist, werden NP-Löcher möglicherweise durchkontaktiert oder Kupfer wird am Rand von Durchkontaktierungen freigelegt. Wenn es um NP-Löcher geht, bei denen Lötmasken-Öffnungspads auf der Oberfläche von Vias belassen werden müssen, sollte zwischen NP-Vias und Pads ein kupferfreier Trennbereich von mehr als 0,15 mm vorgesehen werden. Wenn NP-Vias keine Pads benötigen, kann das gesamte Pad gestrichen werden.

• Abstand zwischen Pad und äußeren Rändern

Zwischen Randpolstern und Außenrändern ist ausreichend Platz zu lassen. Wenn der Platz nicht ausreicht, treten Probleme wie Fräsfehler und freigelegtes Kupfer auf.

• Lötmasken-Öffnungspad

Auf den Pads wird eine Kupferdefinition empfohlen, die das Ablösen der Lötmaske effektiv stoppen kann. Wenn der SMT-Randabstand für die Fertigung richtig geeignet ist, kann die SM-Definition in Betracht gezogen werden. Infolgedessen weisen die Pads ein hohes Maß an Konformität auf.

8 Methoden zur Überwindung von LED-PCB-Defekten

• Schaltungskratzer

Pads in hoher Dichte auf der Seite von LEDs führen dazu, dass leichte Kratzer zu einem tödlichen Defekt werden. Es wird empfohlen, eine relativ große Menge an Kupferfolie aufzubringen, damit durch Kratzer verursachter Unterbrechungs- und Kurzschlussschrott definitiv reduziert wird.

Zusammen mit den Merkmalen größerer Fenstertechniken führen Pads mit hoher Dichte zu rezessiven Defekten der Kupferfreilegung an der Seite der Schaltung. Diese Art von Defekten wird selten beobachtet, bis das SMT-Verfahren abgeschlossen ist. Dieses Problem kann teilweise gelöst werden, indem der Linienabstand relativ verringert wird, um den Abstand zwischen Linie und Pad zu verbessern.

• Lötstopplack-Ölpeeling

Schwarze Lötmasken stellen hohe Anforderungen an die Belichtungsenergie, und selbst etwas dickeres Lötmaskenöl kann leicht zu einer unvollständigen Belichtung des Lötmaskenöls auf der unteren Schicht führen, was schließlich zum Ablösen des Lötmaskenöls führt. Eine sekundäre Belichtung kann angewendet werden, um dieses Problem effektiv zu lösen. Natürlich wird auch die Lieferkapazität für Lötmasken infrage gestellt.

• Lötstoppmasken-Ölfarbe nicht konform

Anders als bei den meisten Leiterplatten weist die LED-Seite einer LED-Leiterplatte hohe Anforderungen an die Farbabweichung auf. Bisher gibt es keine von der Öffentlichkeit akzeptierten Bewertungsstandards, und es ist äußerst schwierig, dies in Quantifizierungen zu beurteilen. Ölfarbenkonformität ergibt sich aus einer Vielzahl von Elementen. Außerdem unterliegt sie strengeren Herstellungsbedingungen als gewöhnliche Leiterplatten. Daher kann die Konformität der Ölfarbe erreicht werden, indem die am besten geeigneten Kontrollparameter und -methoden untersucht werden, was strenge Fertigungstechnologien und jahrelange Fertigungserfahrung in dieser Branche erfordert.

• Schlechter Platinenumriss

Bei kleineren Platinen ohne Ränder führen LED-Installationslöcher zu einem schlechten Markierungseffekt, und Markierungsschrauben neigen dazu, sich zu lockern und zu verschieben, was zu Defekten wie Umrissverschiebung und Wölbung der Plattenwinkel führt. Als Verbesserungsmethode können geeignete Prozessunterstützungsspannen ausgewählt werden.

• Platinenwinkeldefekte

Wenn es um Leiterplatten mit relativ hoher Dicke geht, sollten zerbrechliche Seitenwinkel auf LED-Leiterplatten von den Bedienern sorgfältig behandelt werden. Um Fehler beim Transport zu vermeiden, muss als Schutzmaßnahme eine Bodenplatte zum Schutz hinzugefügt werden. Außerdem sollte die Größe der Grundplatte etwas größer sein als die von Einzelrändern.

• Verzug

Die LED-Seite einer LED-Leiterplatte enthält eine große Anzahl von Pads in hoher Dichte, während auf der Treiberseite große Kupferblöcke angeordnet sind. Diese Art von asymmetrischer Beanspruchung wird als Hauptursache für den Boardverzug angesehen. Um eine angemessene Ebenheit beizubehalten, muss der Verzug der LED-Platine streng auf unter 0,5 % kontrolliert werden.

• Pad-Umriss

Die Pad-Anordnung im Matrixtyp führt leicht zu einer visuellen Ermüdung des visuellen Inspektors, was ein hohes Auslassungsverhältnis verursacht. Dennoch weist der Gliederungsinspektor Probleme auf, wie z. B. eine lange Inspektionszeit und eine niedrige Erfolgsquote. Daher können diese Probleme nicht effizient reduziert werden, es sei denn, es werden Anstrengungen zur Verfahrenskontrolle unternommen.

• Beeinträchtigung von Funktionen

Unterschiede zwischen anderen Arten von Leiterplatten und LED-Leiterplatten, schwarzer Lötstopplack und Pads in hoher Dichte führen zu Schwierigkeiten bei der Fehleranalyse der Leiterplattenbestückung (PCBA). Wenn schlechte Funktionen auftreten, beschreibt PCBA diese nur und gibt nicht an, welches spezifische Pad. Dieses Problem zeigt sich normalerweise als Ausfall der gesamten LED-Reihe. Konfrontiert mit einem solchen Problem, sollte nach vielen Bemühungen ein spezifischer Netzwerkpunkt bestimmt werden. Die optimale Methode, um dies zu erreichen, sollte von der Entfernung der betreffenden Komponenten und der Entfernung von Lötmaskenöl abhängen.

Hilfreiche Ressourcen:
• Die wichtigsten PCB-Designregeln, die Sie kennen müssen
• Mögliche Probleme und Lösungen im Prozess des PCB-Designs
• So stellen Sie die Qualität von PCBs sicher
• Wie zur Implementierung der Qualitätsprüfung von Leiterplatten
• PCB-Fertigungsservice mit vollem Funktionsumfang von PCBCart – Mehrere Mehrwertoptionen
• Erweiterter PCB-Bestückungsservice von PCBCart – ab 1 Stück