一種Mini LED用超薄印制電路板工藝研究

陳市偉 周建華 黃 學(xué)

（競陸電子(昆山)有限公司，江蘇 昆山 215335）

1 產(chǎn)品信息

Mini LED（小型發(fā)光二極管）又名“次毫米發(fā)光二極管”，指晶粒芯片尺寸位于50～200 μm的LED（發(fā)光二極管），介于傳統(tǒng)LED與Micro LED之間。Mini LED（微型發(fā)光二極管）具有異型切割特性，搭配軟性基板亦可達成高曲面背光的形式，采用局部調(diào)光設(shè)計，擁有更好的顏色性，應(yīng)用在商用大尺寸顯示屏方面，能帶給液晶面板更為精細的HDR分區(qū)，且厚度也趨近OLED（有機發(fā)光二極管），可省電達80%，故以省電、薄型化、HDR、異型顯示器等背光源應(yīng)用為訴求，適合應(yīng)用于電視、車用面板及電競筆記本電腦等產(chǎn)品上。

項目主要針對電競鍵盤電路板制程工藝的創(chuàng)新突破研究，因其成品厚度僅0.15 mm（疊構(gòu)圖見圖1所示）超出常規(guī)剛性PCB厚度制程能力（厚度為成品0.3 mm），故在傳統(tǒng)剛性PCB工藝無法達到其要求。初期的mini LED產(chǎn)品電路板的加工均由撓性板（FPCB）完成，且在SMT（表面安裝）制程勉強達到50%的良率。

2 產(chǎn)品工藝流程設(shè)計

（1）材料選擇：基板EM-526高Tg0.08 mm T/銅厚12 μm/12 μm（T oz）；阻焊油墨：霧面黑；表面涂飾：ENIG（化學(xué)鎳與浸鍍金）；（2）流程：開料→鉆孔→電鍍→真空樹脂塞孔→樹脂研磨→減銅→內(nèi)層涂布→內(nèi)層曝光→內(nèi)層蝕刻→AOI→防焊吸氣印刷→防焊曝光→防焊顯影→文字→化金→無PIN成型→微針測試→成檢→包裝（見圖1所示）。

圖1 疊構(gòu)各層厚度設(shè)計圖

3 關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1 樹脂塞孔管制

采用真空塞孔主要目的是避免塞孔下墨量過大，導(dǎo)致研磨不凈及研磨過度問題；普通大氣環(huán)境下的常規(guī)塞孔工藝墨凸較高，真空塞孔工藝墨凸較低（見圖2所示），在塞孔的過程中不可漏塞及塞孔透光。因普通樹脂研磨后會透光問題，需用特別添加黑色色料的樹脂油墨生產(chǎn)。且黑色樹脂油墨在整個塞孔工藝過程中，更容易觀察及判斷塞孔的下墨量及研磨后的品質(zhì)狀況。研磨需采用8軸磨刷機一次性研磨干凈，不可研磨第2次。

圖2 雙層嵌入式吸氣導(dǎo)墨板結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 板厚控制

雙面PCB成品總厚度構(gòu)成主要由基板+銅箔+電鍍銅+阻焊油墨+文字油墨5種材料加工后的總厚度。成品厚度嚴格控制在0.15±0.05 mm，其中電鍍銅厚度及阻焊油墨厚度最為關(guān)鍵。電鍍銅須嚴格控制鍍銅均勻性及鍍銅厚度，鍍銅厚度15±3 μm，VCP（垂直連續(xù)電鍍線）電鍍生產(chǎn)需關(guān)閉噴流，并確保鍍銅三劑水平中值管控。阻焊油墨厚度10～25 μm，絲網(wǎng)印刷采用150目網(wǎng)版作業(yè)，印刷機采用抽真空吸附臺面搭配專用雙層嵌入式吸氣導(dǎo)墨板印刷；禁止添加PM（丙二醇甲醚）稀釋劑。文字油墨的加工則采用350目細網(wǎng)紗生產(chǎn)。

3.3 成品尺寸控制

成品尺寸控制4條邊光學(xué)點到光學(xué)點±0.05 mm，因板厚超薄，且經(jīng)過機械加工及熱烘烤，其漲縮變異是非常大的（見圖3所示）。最初為常規(guī)1:1原比例數(shù)據(jù)加工，電鍍后濕制程工藝漲縮比例為1.0001，樹脂研磨后工藝尺寸比例為1.0006，蝕刻后工藝漲縮比例回縮至1.0002，防焊烘烤后工藝漲縮比例進一步收縮至0.9999，文字烘烤后工藝尺寸漲縮比例收縮至0.9997，成型前工藝尺寸漲縮比例最終定格在0.99975，且成品檢修烘烤后尺寸直接超出0.1 mm。經(jīng)過第一次的工藝漲縮數(shù)據(jù)收集，針對性全制程調(diào)整漲縮管控方式，制定第二次漲縮控制方案：以最終成型前漲縮數(shù)據(jù)收縮量，反推鉆孔預(yù)放比例1.00025，中制程漲縮數(shù)據(jù)再次收集，并嚴格控制各烘烤制程參數(shù)，樹塞烘烤140 ℃、30 min，防焊烘烤150 ℃、45 min（常規(guī)隧道式烘烤為75～155 ℃共9段溫度、3 h），文字烘烤參數(shù)150 ℃、15 min（常規(guī)參數(shù)為150 ℃、45 min）。并在成型前測量漲縮申請漲縮撈邊程式。禁止成品檢修采用熱烘烤固化工藝，改為UV光固化油墨修補外觀缺陷。經(jīng)以上工藝調(diào)整，成品尺寸可有效控制在±0.05 mm以內(nèi)。

圖3 各工藝加工后尺寸變化趨勢

3.4 板彎翹控制

因芯板厚度僅0.084 mm，元件面（C面）線路設(shè)計橫向密集類平行線路設(shè)計，銅箔被整體分割，基板應(yīng)力被釋放，殘銅率64%；焊接面（S面）部分線路縱向稀疏設(shè)計，其余設(shè)計為銅箔，殘銅率為88%。C-S面線路殘銅率差異為：24%；成品線路寬度為0.1 mm。經(jīng)防焊后烘烤及文字烘烤后，成型后板子由S面向C面翹起60°，因板子較薄無法整平。經(jīng)分析，因S面采用多殘留銅箔皮設(shè)計，且線路呈縱向排布，與C面橫向垂直切割，線路分布稀疏，與C面密集橫向線路無法均勻釋放材料蝕刻后的應(yīng)力從而導(dǎo)致板子熱烘烤后板子嚴重翹曲。解決方案：經(jīng)多次驗證，S面銅箔設(shè)計采用網(wǎng)格化設(shè)計，網(wǎng)格銅寬度0.15 mm，間距0.20 mm并旋轉(zhuǎn)45°角，再將網(wǎng)格分割打開，方向同C面布線設(shè)計相同，并保留整體網(wǎng)絡(luò)接地功能不變。經(jīng)試產(chǎn)批驗證，成品平整度可控制在2 mm以內(nèi)。

3.5 LED 連接盤控制

LED連接盤的尺寸管控0.12 mm×0.15 mm，較LED晶粒焊接面積較大，以確保SMT制程錫膏印刷工藝的偏移及可焊性品質(zhì)符合要求。在PCB制程中，0.12 mm焊盤的開窗及電氣導(dǎo)通性測試均已超出常規(guī)制程能力。若以常規(guī)的防焊工藝設(shè)備生產(chǎn)，需搭配超薄的阻焊油墨，及特殊的曝光工藝。墨厚管控10～25 μm不僅是為了確保成品板厚，也是為了焊盤開窗的效果。顯影側(cè)蝕量需控制在12 μm以內(nèi)，且曝光偏移控制在30 μm。為確保防焊開窗連接盤尺寸符合要求且偏移可控，需極限壓縮外層間距，所以選用內(nèi)層濕墨涂覆工藝，而內(nèi)層涂覆無法滿足PTH（金屬化孔）的覆蓋，而樹脂塞孔工藝不僅是為了解決塞孔透光問題，也是為了確保內(nèi)層涂覆工藝的可行性。內(nèi)層極限間距壓縮至工作稿33 μm，蝕刻后管控38 μm，給防焊LED焊點開窗預(yù)留單邊偏移20 μm空間。除此之外，SMT制程錫膏印刷及LED晶粒貼裝對位用定位點設(shè)計需同步采用防焊開窗定位設(shè)計，以確保成品漲縮同步，匹配SMT制程鋼網(wǎng)錫膏印刷對位尺寸控制要求。

4 產(chǎn)品可靠性測試

因產(chǎn)品生產(chǎn)為剛性板工藝，制程的折傷風(fēng)險無法避免。在成品SMT貼片工藝后，需增加彎曲狀態(tài)導(dǎo)通性測試，彎曲弧度R=2.0，檢測彎曲后銅導(dǎo)體的延展性不會有微開路問題。

模擬SMT參數(shù)，空板過IR回流焊爐，檢測IR熱應(yīng)力后PCB平整度及導(dǎo)通性狀況。經(jīng)模擬測試，IR后平整度可控制在2 mm以內(nèi)，尺寸穩(wěn)定性可控制在±0.1 mm以內(nèi)。參數(shù)：120 ℃-150 ℃-180 ℃-210 ℃-230 ℃-275 ℃-200 ℃。

5 總結(jié)

Mini LED PCB產(chǎn)品開發(fā)及產(chǎn)量應(yīng)用，又一次突破PCB制程限制，利用內(nèi)層濕墨涂覆工藝對薄板的優(yōu)勢，解決外層蝕刻板折損及卡板問題，并將外層良率提升30%以上。

工藝關(guān)鍵控制點：（1）樹脂塞孔+研磨尺寸控制，塞孔墨凸＜0.2 mm以內(nèi)，研磨次數(shù)控制在1次以內(nèi)；（2）銅厚的控制22 μm以內(nèi)，是內(nèi)層33 μm小間距蝕刻的基礎(chǔ)，也奠定了防焊開窗連接盤偏移基礎(chǔ)；（3）薄板設(shè)計布線需均衡，以平衡銅箔皮蝕刻后的應(yīng)力釋放以解決板翹問題；（4）成品尺寸的控制，需搭配尺寸穩(wěn)定性較好的材料，并根據(jù)制程漲縮量預(yù)先施加漲縮補償。通過試產(chǎn)批改善及大量產(chǎn)的持續(xù)改進，Mini LED超薄PCB產(chǎn)品的工藝控制已趨成熟且穩(wěn)定。