LED燈用印制板阻焊顏色一致性研究

趙宏靜 龍亞山

（通元科技（惠州）有限公司，廣東 惠州 516005）

0 引言

LED（發(fā)光二極管）顯示屏產(chǎn)品目前市場前景一片興旺，各種各樣的LED類型產(chǎn)品百花齊放。正裝、倒裝、Mini LED、Micro LED以及COB等不同類型的LED產(chǎn)品，均存在一個共同的特征，不同拼接屏之間燈珠面的產(chǎn)品外觀決定著最終產(chǎn)品的成品外觀。當(dāng)燈珠間距較大時，可采用貼面罩的方法來確保產(chǎn)品外觀顏色的一致性，但隨著像素與分辨率的不斷提高，燈珠間距不斷減小，已沒有足夠的空間貼面罩。當(dāng)燈珠間距小于1.5 mm時，PCB板的阻焊面將成為顯示屏產(chǎn)品的第一直接外觀面。阻焊油墨厚度及顏色受到PCB制程中各種因素的影響，在實際生產(chǎn)中存在顏色差異，導(dǎo)致產(chǎn)品在拼接成成品后外觀出現(xiàn)顏色深淺不一的色塊。阻焊顏色的一致性已成為LED及COB PCB的關(guān)鍵管控項目。本文研究在LED及COB板阻焊網(wǎng)印到表面處理的各個環(huán)節(jié)中，通過測量色度來定量衡量顏色變化，分析各生產(chǎn)環(huán)節(jié)對顏色的影響，進(jìn)而研究控制顏色一致性的有效方案。

1 顏色指標(biāo)

顏色用L、a、b 3個值表示，并用三維坐標(biāo)來定義。L為Z軸代表亮度，其值從0（黑）～255（白），L 值越大顏色越白，色度越高。

A、b 是X、Y軸，a 值代表綠紅軸上顏色的飽和度，負(fù)值表示綠色，正值表示紅色，a值越大顏色越紅；b值代表藍(lán)黃軸上顏色的飽和度，負(fù)值表示藍(lán)色，正值表示黃色，b值越大顏色越黃。LED產(chǎn)品主要使用啞光黑色油墨，主要考量油墨的色度L值，顏色深淺不做要求，但一致性是關(guān)鍵指標(biāo)。顏色指標(biāo)示意圖見圖1所示。

圖1 顏色指標(biāo)示意圖

2 實驗檢測方案

2.1 制作流程及測量節(jié)點

制作流程參照常規(guī)LED/COB板阻焊絲印流程及表面處理流程，分別在絲印預(yù)烤后、阻焊曝光后及表面處理噴砂后進(jìn)行墨色測量，流程及測量節(jié)點見圖2所示。

圖2 流程及測量節(jié)點示意圖

2.2 檢測儀器

測量儀器為分光測色儀，儀器型號為：TS7700，生產(chǎn)廠家為：深圳市三恩時儀器科技有限公司。

2.3 檢測方案

取某型號生產(chǎn)板200塊，每塊板編號跟蹤識別，對應(yīng)測量和記錄。制作過程中的所有相關(guān)動作依據(jù)編號進(jìn)行記錄，使用色差儀在各測量節(jié)點測量色度，并記錄其色度L值。每塊板固定選取3個測量位置（見圖3），分別如下。

（1）位置A：板邊基材區(qū)（蓋油）。

（2）位置B：板邊模擬焊盤區(qū)（全蓋油）。

（3）位置C：板內(nèi)單元區(qū)。

圖3 測量位置示意圖

2.4 評估項目

（1）墨色亮度L值與油墨厚度對應(yīng)關(guān)系；

（2）對比同一狀態(tài)不同位置色度差異，以及波動區(qū)間；

（3）對比不同狀態(tài)相同位置色度差異，以及波動區(qū)間；

（4）對比相同色度板外觀效果，評估色度量化值L與人眼感知的對應(yīng)關(guān)系。

3 測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計

3.1 油墨厚度（印油次數(shù)）與墨色色度L值的對應(yīng)關(guān)系

在其它條件不變的情況下，對全銅板、黃色及黑色基板分別印一次、二次黑色啞光油墨，對比油墨色度L值，數(shù)據(jù)表明，油墨越厚，顏色越深，L值越小。具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 一次/二次印油墨色度L值數(shù)據(jù)表

3.2 預(yù)烤后、曝光后、后烤/噴砂后阻焊油墨色度變化

在預(yù)烤后、曝光后和后烤/噴砂后，對各編號板測量板上ABC位置的L值，統(tǒng)計總體差異，統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表2。[有附表：原始色度檢測數(shù)據(jù)，篇幅有限不再詳列]勢，例如預(yù)烤后的變化趨勢（見圖4）。

曲線上的數(shù)據(jù)缺失點是由于絲印過程中因不下油、印油不均等影響導(dǎo)致，為最大程度展示整個絲印過程的原貌，特保留這些斷點。變化趨勢圖中標(biāo)識了生產(chǎn)過程中的動作。[加油、索紙有原始色度檢測數(shù)據(jù)，篇幅有限不再詳列]

3.3 A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)阻焊油墨色度變化

相同位置不同工序分析，對各編號板不同測量節(jié)點測量板上各區(qū)的L值，統(tǒng)計總體差異，統(tǒng)計數(shù)據(jù)（見表3）。

依據(jù)制作順序，觀察制作過程中L值的變化趨勢，例如基材A區(qū)變化趨勢（見圖5）。

3.4 阻焊油墨厚度變化

對同批次不打釘床絲印的LED板，隨機(jī)抽取30 PCS，切取5個固定位置測量基材位油墨厚度，不同位置平均油墨厚度35.2 μm～41.8 μm不等。測量數(shù)據(jù)（見表4）。將各點厚度數(shù)據(jù)使用雷達(dá)圖可以直觀的顯示出差異（見圖6）。

表2 不同工序后L值統(tǒng)計表

圖4 預(yù)烤后L值數(shù)據(jù)變化趨勢圖

表3 相同位置不同工序后L值統(tǒng)計表

圖5 基材A區(qū)L值數(shù)據(jù)變化趨勢圖

表4 不同位置基材油墨厚度切片數(shù)據(jù)表 （單位：μm）

圖6 基材油墨厚度分布圖

當(dāng)色度偏差在1.0以內(nèi)，人眼觀察不到明顯色差。當(dāng)色度偏差達(dá)到1.2以上時，人眼比對能發(fā)現(xiàn)輕微色差，色度數(shù)值越大，油墨顏色越淺，對比圖見圖7所示。

圖7 不同色度板對比圖（偏差≥1.2）

4 測試數(shù)據(jù)分析

4.1 不同位置、不同模塊、不同狀態(tài)跟蹤對比分析

對不同位置、不同模塊、不同狀態(tài)跟蹤測量阻焊油墨的色度，橫向、縱向進(jìn)行對比，對比圖見圖8。

圖8 不同位置、不同模塊、不同狀態(tài)阻焊油墨的色度對比圖

（2）相同位置曝光后比曝光前色度稍?。s0.2以內(nèi)），曝光時，油墨發(fā)生光聚合反應(yīng)，導(dǎo)致顏色輕微變深。

（3）后烤噴砂后色度L降幅明顯變大，達(dá)到0.9～1.35，噴砂工藝導(dǎo)致油墨粗糙度增大、顏色也變化。

4.2 制作過程中L值的變化趨勢分析

依據(jù)制作順序，對比生產(chǎn)動作與L值變化，對變化趨勢進(jìn)行對比，有以下關(guān)系：

（1）網(wǎng)印過程中一個添加油墨或索紙的周期內(nèi)，色度呈現(xiàn)逐漸下降趨勢，油墨在印刷過程中，因環(huán)境抽風(fēng)與油墨稀釋劑揮發(fā)，導(dǎo)致粘度逐漸升高，油厚逐漸變厚。

（2）每一次人工加油或索紙，都引起色度的跳躍變化，加油后油墨粘度下降，索紙后網(wǎng)板上油墨被粘走，導(dǎo)致印到板件上的油墨厚度變薄。

（3）按網(wǎng)印順序測量的色度數(shù)據(jù)體現(xiàn)，在絲印過程中，操作人員添加油墨、索紙的時機(jī)有所滯后，往往是色度急劇下降的時候才被動加油墨或索紙，對應(yīng)油墨越來越干，下油困難，在印板過程中已能被操作員明顯感知到或在板上呈現(xiàn)出油墨不均。而加油或索紙動作對原有的粘度、下油量的影響過大，導(dǎo)致板件上油厚波動較大，分析認(rèn)為是引起同批板油墨色差大的根本原因。

4.3 油墨厚度差異、后制程影響、檢測儀器與人眼感知對比分析

（1）從同批次板基材位油厚實測情況分析，網(wǎng)印油厚介于30.3～48.5 μm以內(nèi)，批次極差達(dá)到18.2 μm，同一片板極差最大11.5 μm，且10 μm以上占比10%，極差5 μm以上占比70%。數(shù)據(jù)表明，除不同板的厚度有差異外，同一片板不同位置油厚也存在一定差異，此差異與刮刀平整度、機(jī)臺網(wǎng)印手臂水平度，網(wǎng)印壓力、網(wǎng)印過程中刮刀位置重復(fù)精度（氣缸氣壓調(diào)節(jié)）等均有關(guān)系，以上因素是引起同塊板不同單元油墨色差的根本原因。

（2）不同位置油墨在不同制程狀態(tài)下，色度極差范圍均在2.0左右，即網(wǎng)印處產(chǎn)生的色度波動范圍，在后制程處理后無明顯變化。

（3）測色儀所測油墨色度與人眼感觀無法很好匹配，當(dāng)色度測量值偏差在1.0以內(nèi)時，人眼感覺不出顏色差異。色度偏差達(dá)到1.0以上時，可以看出輕微顏色差異，數(shù)值越大，顏色越淺，但僅限于阻焊顯影前測量。焊盤高亮色混雜將嚴(yán)重影響顏色的判斷。

5 結(jié)束語

本文通過對墨色的專項研究，探討了以分光測色儀測量油墨表面色度來定量評價墨色和追蹤墨色變化的可行性。從測試數(shù)據(jù)分析來看，網(wǎng)印環(huán)節(jié)不同板件產(chǎn)生了2.0左右的色度偏差，主要源自于生產(chǎn)過程中的黏度自然變化以及添加油墨、索紙等帶來的黏度的突變。同時，網(wǎng)印設(shè)備精度帶來同一片板不同位置的油厚偏差（約12 μm以內(nèi)）及色度的偏差（約0.6左右）。

由于色度測量值與人眼感觀無法精確匹配，且測量結(jié)果易受到高亮度焊盤的干擾，此方法僅局限于純油墨表面的測量。盡管色度測量不失為一種有效的追蹤過程變異的方法，但不適用于成品油墨顏色的分揀。

結(jié)合測試結(jié)果，建議采用以下方案進(jìn)一步改善墨色一致性：

（1）網(wǎng)印設(shè)備增加自動加油裝置，將間歇式加油升級為連續(xù)性加油，減少絲印過程中油墨粘度的逐步變化及突變（開油劑揮發(fā)產(chǎn)生的漸變與加油、索紙產(chǎn)生的突變）。

（2）改進(jìn)設(shè)備設(shè)計，啟用伺服馬達(dá)控制刮刀位置的四柱網(wǎng)印機(jī)以及大尺寸網(wǎng)版，精確管控網(wǎng)印離網(wǎng)高度、刮刀位置、平整度，改善不同區(qū)域油厚及色度的差異。

（3）適當(dāng)提高油墨粘度，使用低揮發(fā)性開油水，減小環(huán)境抽風(fēng)，降低網(wǎng)印過程中油墨粘度變化。

（4）網(wǎng)印過程中提高索紙、加油頻率以及索紙/加油動作后印假板緩沖油墨粘度的突變。