LED显示屏关键制程浅析
2021年1月第1期
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现有三种LED 显示屏封装技术：传统LED 灯珠SMT 表面贴装、COB 技术和Micro LED 技术，其封装特点如图1所示。三种封装技术依此对应不同点间距的显示效果，且技术难度越来越高。
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
显示屏封装图示
挑的多音字组词表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
怎么看显卡１００
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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
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
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
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周冬雨获金像奖最佳女主角
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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宁波旅游点
图５  ＰＡＤ中心距ＣＰＫ
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
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。
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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　结论美团代金券
(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。

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