Méthodes contribuant à l'optimisation de la conception et du contrôle qualité des PCB LED

L'affichage à LED (diode électroluminescente) a été adopté par les industries électroniques en raison de ses mérites allant de la grande légèreté, de la faible consommation d'énergie, de la longue durée de vie à la stabilité. En raison des progrès constants sur les indices techniques tels que le pitch, la stabilité, la luminosité ou la profondeur de couleur (niveaux de gris), les cartes de circuits imprimés (PCB) doivent répondre à des exigences de plus en plus élevées en termes de qualité et de fiabilité des produits finaux.

Reculs de fabrication de PCB LED

• Graphiques de circuits

Étant donné que les lignes de circuit et les pastilles sont disposées en haute densité du côté LED, la réduction des rayures est la considération la plus importante lors de la fabrication. Il est suggéré de concevoir une couche de circuit dense en fonction de l'image de référence lors de la mise en œuvre de l'exposition. Des efforts doivent être faits pour réduire les rayures de polissage et les défauts d'image dans le processus de polissage de la carte via le processus de remplissage (VFP) et le polissage de la carte avant l'application du masque de soudure.

• Tolérance de contour

La tolérance de contour actuelle des cartes LED est généralement de ± 0,1 mm. Cependant, des tolérances plus rigoureuses telles que ± 0,08 mm ou ± 0,05 mm ont tendance à être requises en fonction de la nécessité lors de l'assemblage de l'écran LED. Par conséquent, la fabrication mécanique de circuits imprimés à LED doit être confrontée à de grands défis.

De plus, la recherche d'une utilisation élevée des panneaux conduit à des marges techniques limitées dans le processus de fabrication des PCB. De plus, seuls quelques petits trous traversants sont autorisés dans la carte avec un nombre de 3 à 4 et un diamètre d'environ 0,8 mm. En conséquence, les vis ne jouent pas le rôle de fixation qui devrait jouer dans la procédure de fraisage, de sorte qu'il est possible que des problèmes se produisent, notamment l'asymétrie de la figure, le renflement de l'angle de la carte et le décollement de l'huile du masque de soudure. Lorsqu'un tableau présente une taille de figure normale, des problèmes sont souvent causés, tels que la non-conformité entre le via et les marges, le pad et les marges.

• Couleur du masque de soudure

La couleur du masque de soudure est un paramètre important à déterminer avant la fabrication du PCB et il existe de nombreuses sélections allant des couleurs traditionnelles, notamment le vert, le rouge et le noir, aux couleurs inhabituelles telles que le noir mat ou le violet représentant des personnalités. De nos jours, le noir mat est principalement appliqué par les circuits imprimés à LED et les différenciations de couleur des masques de soudure entre les circuits imprimés de différents lots sont étroitement associées à la résolution de l'affichage à LED. Lorsque les LED présentent un pas suffisamment grand entre elles, les différenciations de couleur du masque de soudure peuvent être compensées par l'abat-jour. Cependant, la réduction du pas des LED entraîne une défaillance constante de l'abat-jour, de sorte que le côté LED sera directement exposé à l'extérieur. De plus, les différenciations de couleur du masque de soudure peuvent être suscitées par le traitement de la couche de cuivre avant le masque de soudure, l'épaisseur du masque de soudure, la différenciation d'exposition et le temps d'attente pour que le masque de soudure se solidifie.

• Test électrique

La conception sans marge du circuit imprimé LED pose également un défi considérable au balisage lors des tests électriques. La taille et le pas des LED d'un circuit imprimé LED déterminent directement le nombre de LED et de pastilles. Jusqu'à présent, il arrive généralement que le nombre de LED sur le côté LED d'un circuit imprimé dépasse des décennies de milliers et que celui des pastilles dépasse 60 000. Une telle densité élevée d'agencement de LED apporte des difficultés extrêmement lourdes au fonctionnement et à la fin du test électrique. Par conséquent, plusieurs tests électriques ou tests de sonde volante doivent être utilisés. Néanmoins, le test de la sonde volante présente l'inconvénient de prendre beaucoup de temps.

Techniques de conception de circuits imprimés LED

Malgré les revers de fabrication de PCB répertoriés, ainsi que les attributs des PCB LED comme les petits pads, le grand nombre de circuits de pads à haute densité, certaines méthodes sont disponibles pour surmonter ces revers grâce à la conception de PCB.

• Emplacement

Les PCB appliqués pour l'affichage LED, également appelés PCB LED, sont très symétriques dans la conception extérieure. En ce qui concerne la couche de cuivre des circuits imprimés à LED, un côté est entièrement recouvert de pastilles disposées en matrice, appelées côté LED. D'une manière générale, 4 plots sont considérés comme une unité sur laquelle une LED est assemblée. Les composants sont assemblés de l'autre côté de la couche de cuivre, appelée côté conducteur.

Plus le pas de la LED est petit, meilleur sera l'effet d'affichage, de même que sa résolution. Jusqu'à présent, la plage de pas en harmonie avec la technologie SMT (Surface Mount Technology) actuelle est de 0,45 mm à 1,6 mm tandis que le pas de LED est de 1,0 mm à 4,0 mm. La conception des PCB LED dépend principalement des spécifications des pastilles LED. La figure ci-dessous indique la comparaison entre le pas SMT et le pas LED.

• Perçage laser de vias aveugles

Comme pour les cartes empilées contenant au moins 2 couches, la technique de remplissage par soudage électrique à l'aveugle est requise lorsque l'empilement via est conçu comme un perçage laser. Finalement, la complexité de la procédure et le coût de fabrication augmenteront. Ainsi, lorsqu'il s'agit d'empiler des cartes avec plus de 2 couches, il est suggéré de concevoir des vias aveugles à perçage laser comme des vias décalés au lieu de vias empilés. Les vias de pile de perçage au laser doivent essayer d'être évités.

• Trous d'installation de LED

Les trous d'installation de LED sont des trous non pénétrants avec une tolérance de diamètre conseillée à ± 0,05 mm ; la profondeur (H) ne doit pas être supérieure à la valeur de l'épaisseur du panneau (T) moins 0,5 mm avec la formule :H ≤ T - 0,5 mm. La tolérance de profondeur doit être supérieure à ± 0,2 mm tandis que l'angle de perçage conventionnel (θ) est de 130°. La figure 3 montre les paramètres d'un trou d'installation de LED.

Si la zone sans cuivre autour des trous non pénétrants (NP) présente une distance insuffisante, les trous NP seront éventuellement plaqués de trous traversants ou le cuivre sera exposé à la marge des vias. En ce qui concerne les trous NP nécessitant que le tampon d'ouverture du masque de soudure reste à la surface des vias, une zone de séparation sans cuivre supérieure à 0,15 mm doit être conçue entre les vias NP et les pastilles. Lorsque les vias NP n'ont pas besoin de pads, tout le pad peut être annulé.

• Distance entre le bloc-notes et les marges extérieures

Un espace suffisant doit être conservé entre les coussins de marge et les marges extérieures. Si l'espace est insuffisant, des problèmes tels que la détection de fraisage et l'exposition au cuivre se produiront.

• Tampon d'ouverture du masque de soudure

La définition du cuivre est suggérée sur les pastilles, ce qui est capable d'arrêter efficacement le pelage du masque de soudure. Lorsque le pas de marge SMT est correctement adapté à la fabrication, la définition SM peut être envisagée. En conséquence, les coussinets partageront un haut niveau de conformité.

8 méthodes pour surmonter les défauts de PCB LED

• Égratignure du circuit

Les coussinets à haute densité sur le côté des LED entraînent une légère rayure pour être un défaut mortel. Il est suggéré qu'un volume relativement élevé de feuille de cuivre soit appliqué afin que les déchets de circuit ouvert et de court-circuit soient définitivement réduits en raison des rayures.

Outre les caractéristiques des techniques de fenêtres plus grandes, les pastilles à haute densité entraînent des défauts récessifs d'exposition du cuivre sur le côté du circuit. Ce type de défauts est rarement observé tant que la procédure SMT n'est pas terminée. Ce problème peut être partiellement résolu en réduisant relativement le pas de ligne pour améliorer le pas entre la ligne et le pad.

• Peeling à l'huile de masque de soudure

Le masque de soudure noir exige une énergie d'exposition élevée et même une huile de masque de soudure légèrement plus épaisse peut facilement conduire à une exposition incomplète de l'huile de masque de soudure au niveau de la couche inférieure, provoquant finalement le pelage de l'huile de masque de soudure. Une exposition secondaire peut être appliquée pour résoudre efficacement ce problème. Bien sûr, la capacité de consignation des masques de soudure sera également mise à l'épreuve.

• Inconformité de la couleur de l'huile du masque de soudure

Distinct de la plupart des cartes de circuits imprimés, le côté LED d'une carte de circuit imprimé à LED présente une exigence élevée en matière d'inconformité des couleurs. Jusqu'à présent, il n'y a pas de normes de jugement acceptées par le public et il est extrêmement difficile de le juger dans les quantifications. La conformité de la couleur à l'huile résulte d'un grand nombre d'éléments. De plus, cela dépend de conditions de fabrication plus strictes que les circuits imprimés ordinaires. Par conséquent, la conformité de la couleur à l'huile peut être obtenue en explorant les paramètres et les méthodes de contrôle les plus appropriés, ce qui nécessite des technologies de fabrication rigoureuses et des années d'expérience de fabrication dans cette industrie.

• Mauvais contour du tableau

En ce qui concerne les cartes plus petites sans marges, les trous d'installation de LED entraînent un mauvais effet de marquage et les vis de marquage ont tendance à être desserrées et à se déplacer, provoquant des défauts tels que le déplacement du contour et le renflement de l'angle de la carte. Des marges d'assistance au processus appropriées peuvent être sélectionnées comme méthode d'amélioration.

• Défauts d'angle de planche

Lorsqu'il s'agit de cartes de circuits imprimés d'épaisseur relativement élevée, les angles latéraux fragiles sur les cartes de circuits imprimés à LED doivent faire l'objet d'une attention particulière de la part des opérateurs. Afin d'éviter les défauts dans le processus de transport, il est nécessaire d'ajouter une plaque de base pour la protection comme mesure de protection. De plus, la taille de la plaque de base doit être un peu plus grande que celle des marges simples.

• Déformation

Le côté LED d'une carte de circuit imprimé LED contient un grand nombre de pastilles à haute densité tandis que de gros blocs de cuivre sont disposés du côté conducteur. Ce type de contrainte asymétrique est considéré comme la principale raison contribuant au gauchissement de la carte. Afin de maintenir une planéité raisonnable, le gauchissement de la carte LED doit être rigoureusement contrôlé à moins de 0,5 %.

• Contour du coussin

La disposition des tampons de type matriciel entraîne facilement une fatigue visuelle de l'inspecteur visuel, ce qui entraîne un taux d'omission élevé. Néanmoins, l'inspecteur de contour présente des problèmes tels qu'un long temps d'inspection et un faible taux de réussite. Par conséquent, ces problèmes ne peuvent être efficacement réduits que si des efforts sont faits sur le contrôle des procédures.

• Fonctions dégradantes

Les distinctions entre les autres types de PCB et les PCB à LED, le masque de soudure noir et les pastilles à haute densité entraînent des difficultés d'analyse des erreurs de l'assemblage de la carte de circuit imprimé (PCBA). Lorsque de mauvaises fonctions se produisent, PCBA ne fait que les décrire et n'indique pas quel pad spécifique. Ce problème se traduit généralement par une défaillance de toute la rangée de LED. Face à un tel problème, un point réseau spécifique doit être déterminé après de nombreux efforts. La méthode optimale pour le rendre vrai devrait dépendre de la démolition des composants et de l'élimination de l'huile du masque de soudure.

Ressources utiles :
• Les principales règles de conception de PCB que vous devez connaître
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