2021年1月第1期
118
LED 显示屏关键制程浅析
文／胜宏科技（惠州）股份有限公司 王佐 王辉 周卫卫 郭宇
一般点间距在 P2.5以下的LED 显示屏称行业称小间距 LED 显示屏，具备轻薄、易安装、无缝拼接、高刷新率、高亮低灰度、使用寿命长等优点；P1.5以下的LED 显示屏称行业称超密集间距 LED，目前已有P0.7和P0.9的超密间距LED 显示屏推出。本文重点介绍小间距LED 显示屏的三种封装技术，LED 行业
发展的现状，以及对应PCB 的制程难点。
表1数据为LED 显示屏2K 分辨率显示效果，不同点间距对应的显示面积和显示密度。可见，相同显示分辨率对应的LED 显示屏，面积越小，点间距越密集，对应的LED 显示屏技术难度越高。
【摘 要】 广告牌、霓虹灯等广告形式渐渐退出，取而代之的是一块块形状各异的ＬＥＤ显示屏；相对于ＬＣＤ而言，ＬＥＤ显示屏具备大尺寸无缝拼接、自由灵活组合、亮度高、单点可控、彩饱满、节能环保、形状多样、显示方式随意切换等优势。本文重点讨论三种ＬＥＤ显示屏技术和对应的ＰＣＢ关键制程。
【关键词】ＣＯＢ；Ｍｉｃｒｏ ＬＥＤ；ＰＰＩ（ｐｉｘｅｌｓ Ｐｅｒ ｉｎｃｈ）；光学锣机
第一作者简介：王佐，胜宏科技（惠州）股份有限公司研发中心资深工程师，从事HDI 以及新产品开发工作，对PCB 特种板的制作有丰富的经验，擅长新产品制作的过程管控。
１ 简析ＬＥＤ显示屏封装技术
０前言
图１ 三种ＬＥＤ
全国专业排名显示屏封装图示
表1 LED 显示屏不同点间距对应的显示面积和显示密度
１．１传统ＬＥＤ灯珠ＳＭＴ表面贴装
采用数以百万计RGB LED 灯珠表面贴装(每一颗灯珠为一个分立元件)，然后经模组拼接成一个完整的无缝大屏，为当前最主流、占据绝对产量比例的LED 显示屏封装方式。主要使用2~6层通孔PCB 作为户外LED 显示屏的主板，间距比较大。而小间距LED 显示屏均采用HDI 设计，一般为4~10层及1~3阶HDI，层数越高、阶数越高，显示效果越好，成本越高，且成本呈非线性增长。当灯间距在P1.2以内，成本呈几何倍数增长，目前市场主导小间距LED 一般在P1.2~P2.5之间。传统分立LED 灯珠SMT 表面贴装技术很难突破P1.2以内更小间距，受限于LED 显示屏芯片技术和SMT 表面贴装技术，以及后期模组、搬运、
１９２０＊１０８０Ｐ２．５Ｐ２．０
Ｐ１．９
Ｐ１．６
Ｐ１．４
Ｐ１．２Ｐ１．０Ｐ０．８Ｐ０．７面积１２．９６８．２９４４７．４８２５５．３１１１４．０３１７２．９９２．０７３６１．３３１１．０１３英寸２２０１７４１６５１３９１２１１０４８７７０６１点密度（万点／平米）
１６
２５
２７．７
３９
５１
６９．４
１００
１５６
２０４
119
郑希怡掉抹胸视频PCB Information
JAN 2021 NO.1阶段，需要芯片厂商和LED 封装厂商联合完成，需要产业链共同进化，预期可以做到P0.5左右技术。
１．３ Ｍｉｃｒｏ ＬＥＤ
市场策划
就是LED 微缩到微米级别，通过巨量转移技术将数以百万计RGB 三micro LED 安装到屏幕基板上， 每颗Micro LED 单独驱动点亮，从而解决烧屏问题，屏幕寿命更久，同时更薄、更省电，亮度、屏幕响应时间、解析度、显示效果远超当前显示屏，不过micro~LED 良品率低、焊接精准程度要求极高、产业链从上到下需重新整合导致生产成本比一般显示技术高出数倍，目前只有三星、苹果公司及日系、台系厂商在研发阶段。
P0.5以下显示效果目前不能在通过PCB 表面贴装LED 灯珠或COB 封装来实现，下面一组数据对比：小间距P1.0像素密度25PPI，4K LCD 显示屏像素密度580~150PPI，OLED 手机像素300~500PPI，Micro LED 像素密度达到1600 PPI，当像素密度达到400PPI 时，像素间距在120μm 左右，像素对应的RGB 芯片尺寸在20μm 级别，传统制程最小LED 显示屏芯片基本在120μm 尺寸，所有表面贴装LED 显示屏在达到这个级别像素密度已经无能为力，而Micro LED 定义的芯片尺寸为20~100μm，完全颠覆了当下LED 显示行业，技术工艺与PCB 不再关联。其技术实现和瓶颈如下：
LED 晶体微型化、薄膜化、阵列化→批量转移至线路基板→PVD 做保护层、上电极→基板封装，需要高解析度光罩技术辅助，实现芯片尺寸微缩，将数量庞大的微米级芯片转移到电路板上，设备精密度，良品率、产能效率，检测设备精确性，坏点修复难度，设计横跨LED、半导体、面板上下游供应链，技术门槛超乎想象。
与PCB 技术相关的LED 显示屏为传统LED 分立元件表贴显示屏和COB 类LED 显示屏。
２．１内外层线
LED 显示屏用PCB 内外层布线密度极高，一般内外层线路最小线宽线距4mil，部分超密间距LED 显示屏内外层最小线宽线距3.5mil。COB 类LED 目前设计特点决定，最小线宽线距要求2.5mil，对应外层铜厚建议1mil，保证密集线路良率。
２ ＬＥＤ显示屏用ＰＣＢ关键制程设计
安装过程造成的机械碰撞，造成LED 脱落。
传统小间距LED 显示屏封装技术，如果做到灯间距P1.2被认为是一道分水岭，大于这个节距，小间距具备一定优势；小于这个节距，基本需要三阶HDI 支持，且LED 灯珠更小更贵，灯珠焊盘面积越来越小，SMT 表面贴装后灯珠变得更为脆弱，搬运安装过程易碰损。制作难度大、良品率低、硬体防护性、可靠性稳定性差，而且成本极高，成本是对比同尺寸LCD 显示屏的10~30倍，遇到严重发展瓶颈。
１．２ ＣＯＢ技术
裸晶圆固晶焊线再塑封，然后经模组拼接成大LED 显示屏。该技术2010年左右进入LED 显示领域，拥有高可靠性、成本低、易实现小间距、大视角、耐磨耐冲击、易清洗、散热能力强等优点。业内普
遍看好。早期由于墨不均，参与企业少，COB 技术未大量应用，近年来技术上有所突破，且能短期内和传统LED 灯珠SMT 封装技术一较高低。
COB 技术直接将裸LED 芯片封装到PCB 模组上，然后进行整体塑封，将传统LED 灯珠SMT 表面贴装和模组基板两个流程合二为一，使原本的复杂工艺大幅度简化，原材料大幅减少，封装工艺简化，LED 芯片散热路径变短、散热效果变好，从根本上解决LED 显示屏易死灯问题，如图2所示：
COB 发展大致分为两个阶段：第一阶段为正装COB 技术，第二阶段为倒装COB 技术。相对于传统LED 灯珠SMT 表面贴装，正装COB 可以运用更低层数、更低阶数HDI，完成更小间距LED 显示屏封装，且成本和品质优势明显，在小间距LED 显示屏领域具备革命性优势。
而倒装COB 技术类LED 显示屏又称mini LED 显
g1357高铁时刻表示屏。目前还没有一家公司有成熟技术，仍处于研发
图２ ＬＥＤ芯片封装到ＰＣＢ模组
2021年1月第1期
120
２．２铜厚
一般铜厚要求1~1.4mil，孔铜建议最小0.6~0.7mil 管控，由于LED 显示屏用PCB 布线密度极高，为防止棉童过厚以及镀铜厚度极差带来的蚀刻不净问题，建议面铜按照对应线宽要求铜厚范围的下限管控。
２．３沉孔设计
沉孔设计建议全部NPTH，孔径公差±50μm 好控制，沉孔到边距离公差和沉孔中心距公差±100μm，深度公差±0.15mm，起导通作用的沉孔，建议将沉孔改为NPTH 沉孔，在ring 环上打一圈盲孔和内层对接，可以简化制作。
２．４ ＰＡＤ大小要求
LED 显示屏PAD 设计一般为防焊定义，目前PAD 最小0.35mm，若需严格控制PAD 尺寸公差，防焊首件要测试PAD 大小以及测试曝光机能量均匀性，公差±10%，首件量测PAD 大小，合格后量产。通过量产料号测试分析，尺寸≥0.6mm 的PAD 按照±10%管控，尺寸在0.35~0.6mm 之间的PAD，按照±50μm，满足此要求PAD 尺寸CPK 满足1.33。(见图3)
２．５ ＰＡＤ到边距离
通过测试分析，PAD 到边公差±75μm，CPK 小于1；PAD 到边公差±100μm，CPK 在1以上，且长边方向越长。量测点的跨度越大，CPK 越差，当长边达到330mm，最大跨度PAD 到边距离的CPK 达到1.33，表明数据集中度满足，数据中值有1mil 无法避免的偏移，造成CPK 值不足1.33，建议PAD 到边按照公差±100μm 管控。 (见图4)
图３ 不同ＰＡＤ 尺寸 ＣＰＫ数据结果
图４ 不同ＰＡＤ到边距离ＣＰＫ
图５ ＰＡＤ中心距ＣＰＫ
汤圆怎么做２．６ 板翘管控
常规PCB 板翘管控一般≤0.7%为标准，传统LED 显示屏用PCB 要求板翘曲≤0.5%，部分客户已经要求≤0.4%，比较难以达到。但对于COB 类LED 显示屏，由于直接在裸板子上固晶焊线，跟SMT 表面贴装技术存在很大差异，对于翘曲度有≤0.5%有严格要求。
２．７ ＰＡＤ中心距
PAD 中心距建议±75μm，最严±50μm，通过测试分析，LED 板PCS 尺寸越大，PAD 中心距越难管控，当PAD 中心距达到330mm，PAD 中心距±50μm，CPK 在1.2左右。建议大PCS LED 板长边PAD 中心距公差放宽到±75μm。
２．８成型能力
建议分产品级别定义公差，便于设备有效利用和成本管控，非小间距LED 显示屏建议在板内制作定位PIN，定位PIN 最小1mm，不低于8个，便于成型效率和良率提升。小间距LED 显示屏均为无板内定位PIN 设计，使用光学锣机生产。表2为不同定位方式生产效果对比。表2成型能力表说明正规银行无抵押贷款
成型方式成型公差要求
使用机台备注
无内定位ＰＩＮ
±０．０５ｍｍ
用移植机生产
用移植机生产良率９５％以上，
可进行批量制作。
±０．０７５ｍｍ１．用大量锣机生产 ２．用大量锣机＋移植机生产１．用大量锣机测试，其在有工艺边时，两边良率１００％，即
短边尺寸全部达到要求。２．用
大量锣机＋移植机生产，即大
量锣机生产有ＰＩＮ两边，移植
机生产工艺边，良率较好，良率大于９５％。≧±０．１ｍｍ使用普通锣机生产 可满足生产品质需求。 有内定位ＰＩＮ
±０．０５ｍｍ１．用光学锣机直接
生产
２．用移植机生产
１．用光学锣机，良率较好，可
直接量产。
２．用移植机，良率较好，可直
接量产。
±０．０７５ｍｍ１．用大量锣机生产 ２．用普通锣机＋
移植机生产
３．用大量锣机＋
移植机生产
１．用大量锣机生产 ，良率９５％
以上，可批量生产。
２．用普通锣机＋移植机生产，
可批量生产。
３．用大量锣机＋移植机生产，
可批量生产。 ≧±０．１ｍｍ用普通锣机生产
可满足生产品质需求。
121
PCB Information
JAN 2021 NO.1LED 显示行业发展迅猛，新技术如COB 和micro LED 技术已经崭露头角，并逐渐克服成本和技术难题，相信未来三到五年内COB 技术会逐步扩大市场占有率，而Micro LED 技术也将在行业巨头带领下面世。目前传统灯珠表面贴装显示屏在PCB 成型精度、油墨颜一致性、板内图形大小和相互距离精度方面有极高要求。而对于PCB 行业，传统灯珠SMT 表面贴装技术下的小间距产品对PCB 加工厂商的依赖度很高，
而COB 类LED 技术的诞生，一定程度上削弱了LED 显示屏对PCB 技术的依赖。
参考文献：
[1]孙广辉.浅谈LED 显示屏用PCB 的设计和质量控制[J].电路信息
.2015 No.1
图
６ 成型公差实际数据分析
数据分析显示，大量光学捞机成型尺寸能力满足±0.05mm 要求。但LED 板PCS 尺寸越大，成型尺寸精度下降越严重，建议尺寸大于200mm，成型公差按照±0.075mm 管控。
３ 结论
(上接第117页)
现了废液零排放，具有良好的环境效益。
从上述结果看，退锡废液循环再生利用可以有效地回收退锡废液中的有效退锡成分，经调配后回到产线循环使用，实现退锡废液零排放，减轻了企业处理废液的成本，实现了退锡废液零排放，具有很好的环境效益。循环使用过程产生的副产物锡泥纯度高，外售价值大，可以有效地降低企业生产成本。
参考文献
[1] 郭云霄，查正炯. 退锡废液的资源化利用研究[J]. 广东化工.2016,130-131.
[2] 张利，刘兴勇. 硝酸型PCB 退锡废水回收利用工艺研究[J].广州化工. 2012,40(12)81-82.
[3] 陈俊. 剥锡废液资源回收的工业研究[J].广东化工. 2015,42(7)68-69.
[4] 候彦彤. 碱中和处理退锡废水的实验研究[J].工程技术. 2013,10:15-117.
表3 再生子液及新配子液参数控制范围
表4 SES 线退锡段参数控制范围
管控项目
再生子液 新配子液 酸度（ｍｏｌ／Ｌ）５．０￣５．６ ５．０￣５．６ 铁离子（ｇ／Ｌ）
１６￣２０ １６￣２０ Ｓ．Ｇ １．２１０￣１．２１６ １．２１０￣１．２１４
外观
黄褐
黄
操作参数 再生子液 新配子液 波美度 ＜３５ ＜３５ 温度／℃ ２５￣３５ ２５￣３５ 接触时间／ｓｅｃ
４０￣６０
４０￣６０
为进一步验证退锡废液循环再生利用项目的可行性，选择在湖南某线路板厂进行分析验证。药水及蚀刻线参数如表3和表4。
３ 中试验证
４ 结论
按表3及表4参数控制生产，使用退锡再生子液得到的废液中锡含量能够达到6~7%，同时未改变SES 线的生产速度及保养周期，生产的板件在光学扫描器和后制程表面处理中均未发现异常。该项目在客户端已稳定运营一年多，为客户带来很好的收益，同时实
２．９阻焊颜一致性
A.同批次板集中生产，减少不同机台、不同人员操作所带来的制程变异。
B.针对LED 板，后续油墨厚度从之前的25~ 40μm，改为30±5μm，且粘度统一按200dpa.s 管控。
发布评论