CN113286431A - Mini LED PCB模组的制作工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种Mini LED PCB模组的制作工艺，制作工艺如下：开料→钻孔→电镀→真空树脂塞孔→树脂研磨→减铜→内层涂布→LDI曝光→内层蚀刻→AOI→防焊吸气印刷→防焊曝光→防焊显影→文字→化金→无PIN成型→微针测试→成检→包装；本工艺中采用了真空树脂塞孔、内层涂布、LDI曝光、内层蚀刻以及防焊吸气印刷等工艺，可以满足Mini LED的超薄PCB的生产需求。
Description
技术领域
本发明涉及LED模具，具体涉及一种Mini LED PCB模组的制作工艺。
背景技术
Mini LED又名“次毫米发光二极管”，意指晶粒尺寸约在100-500微米的LED。MiniLED是介于传统LED与Micro LED之间，简单来说还是传统LED背光基础上的改良版本。在制程上相较于Micro LED良率高，具有异型切割特性，搭配软性基板亦可达成高曲面背光的形式，采用局部调光设计，拥有更好的演色性，能带给液晶面板更为精细的HDR分区，且厚度也趋近OLED，可省电达80％，故以省电、薄型化、HDR、异型显示器等背光源应用为诉求，适合应用于电视、车用面板及电竞笔记本电脑等产品上。
传统LED PCB的生产工艺如下：开料→钻孔→VCP→干膜→蚀刻→AOI→防焊→化金→文字→成型→测试→FQC→包装，对于常规的长超大尺寸Mini LED显示面板用PCB，其制作工艺于常规PCB相似，仅需要增加部分PTH沉头盲孔特殊工艺；但是对于适用于电竞笔的超薄PCB产品，其成品厚度在0.15mm左右，超出了常规硬板PCB厚度制程能力范围(传统硬板PCB制程极限成品厚度为0.3mm)，故上述工艺生产无法满足Mini LED的超薄PCB生产工艺要求。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供一种Mini RGB LED模组的制作工艺，该工艺中采用了真空树脂塞孔、内层涂布、LDI曝光、内层蚀刻以及防焊吸气印刷等工艺，可以满足MiniLED的超薄PCB的生产需求。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种Mini LED PCB模组的制作工艺，所述Mini LED PCB模组包括PCB基板和多个LED芯片，多个LED芯片排布于PCB基板上，所述制作工艺的具体步骤如下：
步骤一：开料：对PCB基板进行裁剪开料，其中PCB基板包括芯板和铜箔，所述芯板的厚度为0.08mm±0.01mm；
步骤二：钻孔：对PCB基板采用机械钻孔；
步骤三：VCP电镀：在钻孔处进行VCP电镀处理形成电镀铜层，使得层与层之间得以导通；
步骤四：树脂塞孔：将电镀的PCB放置于树脂塞孔机上，通过树脂塞孔机对待树脂塞孔的PCB进行树脂塞孔；
步骤五：树脂研磨：将树脂塞孔后的PCB传输至固化炉进行树脂固化，树脂固化后的PCB传输至研磨机，通过研磨机对PCB进行树脂研磨；
步骤六：减铜：采用化学方式将电镀铜层厚度减至预设厚度；
步骤七：内层涂布：利用内层涂布机对PCB进行内层涂布，制作内层线路；
步骤八：LDI曝光：利用LDI曝光机对内层线路进行曝光；
步骤九：内层蚀刻：对内层线路进行蚀刻，利用药液将显影后露出的铜蚀掉，形成内层线路图形；
步骤十：AOI：利用自动光学检验对内层线路图形进行检修，完成内层线路制作；
步骤十一：防焊吸气印刷：在线路上通过丝网印刷形成防焊油墨层，其中印刷机台面为真空吸气台面；
步骤十二：防焊曝光和防焊显影：对防焊印刷后的油墨层进行防焊曝光和防焊显影；
步骤十三：文字：根据客户需求，在板内印出客户需求的文字油墨层；
步骤十四：化金：对PCB进行化金形成化金层；
步骤十五：无PIN成型：对PCB表面进行处理，同时根据客户要求分切成不同大小、形状，成型过程中PCS内不设定位PIN孔，定位PIN孔设计在PCS外围区域；
步骤十六：微针测试：对成型后的PCB进行微针测试；
步骤十七：成品检测及包装：对成品件进行检测，合格后包装入库。
优选地，步骤四中的树脂塞孔采用真空树脂塞孔，所述树脂为黑色树脂油墨，塞孔的墨凸＜0.2mm，步骤五中树脂研磨采用八轴磨刷机一次性研磨干净，且固化炉烘烤的温度为140℃、烘烤的时间为30min。
优选地，在步骤三VCP电镀生产时需要关闭喷流，且需要维持整平剂、校正剂和光亮剂相对均衡的状态，步骤六减铜后的电镀铜层厚度为15μm±3μm。
优选地，在步骤十一中形成的防焊油墨层的厚度为10μm～25μm，防焊丝网印刷采用150目网版作业，防焊工艺烘烤的温度为150℃、时间为45min，印刷速度控制在2～2.5m/min，印刷刮刀的角度控制在10～20°，印刷刮刀的压力控制在0.2～0.3MPa，油墨粘度控制在190±30Pa.s。
优选地，在步骤十一防焊吸气印刷中：所述吸气台面上设有矩阵式导气孔且台面内设有真空泵，利用吸气台面将PCB吸附固定。
优选地，在步骤十三中，文字油墨层的加工采用350目网纱作业，文字烘烤的温度为150℃、烘烤时间为15min。
优选地，在步骤二中，采用双槽UC钻头，钻孔参数设置为：转速：180±20kr/min，下刀速度：0.6～1.2kr/min，退刀速度：10～15kr/min，钻孔叠层8～10片，盖板采用覆膜铝片和高密度酚醛垫板。
优选地，所述成品总厚度为0.15mm±0.05mm，所述成品由芯板、铜箔、电镀铜层、阻焊油墨层和文字油墨层构成。
优选地，在步骤十二中：对防焊印刷后的油墨膜进行防焊曝光时，曝光能量8～9格；对防焊曝光后的油墨膜进行防焊显影时，显影点的长度控制在1.8～2m，显影线总长度为5.5m且需关1槽作业，显影线速控制在4.5～4.8m/min，侧蚀控制＜8μm以内。
本发明的有益效果是：本发明中利用真空树脂塞孔、内层涂布、LDI曝光、内层蚀刻以及防焊吸气印刷等工艺，又一次突破了PCB硬板制程极限，利用内层湿墨涂覆工艺对薄板的优势，解决了外层蚀刻板折损及卡板问题，将外层良率提升了30％以上；防焊油墨层厚管控在10～25μm之间，不仅是为了成品板厚的控制，也是为了焊盘开窗的效果；而树脂塞孔工艺不仅是为了解决塞孔透光问题，也是为了确保内层涂覆工艺的可行性。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种Mini LED PCB模组的制作工艺，所述Mini LED PCB模组包括PCB基板和多个LED芯片，多个LED芯片排布于PCB基板上，所述制作工艺的具体步骤如下：
步骤一：开料：对PCB基板进行裁剪开料，其中PCB基板包括芯板和铜箔，所述芯板的厚度为0.08mm±0.01mm；
步骤二：钻孔：对PCB基板采用机械钻孔；
步骤三：VCP电镀：在钻孔处进行VCP电镀处理形成电镀铜层，使得层与层之间得以导通；
步骤四：树脂塞孔：将电镀的PCB放置于树脂塞孔机上，通过树脂塞孔机对待树脂塞孔的PCB进行树脂塞孔；
步骤五：树脂研磨：将树脂塞孔后的PCB传输至固化炉进行树脂固化，树脂固化后的PCB传输至研磨机，通过研磨机对PCB进行树脂研磨；
步骤六：减铜：采用化学方式将电镀铜层厚度减至预设厚度；
步骤七：内层涂布：利用内层涂布机对PCB进行内层涂布，制作内层线路；
步骤八：LDI曝光：利用LDI曝光机对内层线路进行曝光；
步骤九：内层蚀刻：对内层线路进行蚀刻，利用药液将显影后露出的铜蚀掉，形成内层线路图形；
步骤十：AOI：利用自动光学检验对内层线路图形进行检修，完成内层线路制作；
步骤十一：防焊吸气印刷：在线路上通过丝网印刷形成防焊油墨层，其中印刷机台面为真空吸气台面；
步骤十二：防焊曝光和防焊显影：对防焊印刷后的油墨层进行防焊曝光和防焊显影；
步骤十三：文字：根据客户需求，在板内印出客户需求的文字油墨层；
步骤十四：化金：对PCB进行化金形成化金层；
步骤十五：无PIN成型：对PCB表面进行处理，同时根据客户要求分切成不同大小、形状，成型过程中PCS内不设定位PIN孔，定位PIN孔设计在PCS外围区域；成型采用A.B两个程式搭配A.B专用盖板，分段作业，对PCB进行PCS内无定位PIN成型生产；
步骤十六：微针测试：对成型后的PCB进行微针测试；
步骤十七：成品检测及包装：对成品件进行检测，合格后包装入库。
在步骤二中，采用双槽UC钻头，钻孔参数设置为：转速：180±20kr/min，下刀速度：0.6～1.2kr/min，退刀速度：10～15kr/min，钻孔叠层8～10片，盖板采用覆膜铝片和高密度酚醛垫板。
在步骤三VCP电镀生产时需要关闭喷流，且需要维持整平剂、校正剂和光亮剂相对均衡的状态，步骤六减铜后的电镀铜层厚度为15μm±3μm；电镀生产时确保镀铜三剂水平中值管控，其中三剂为整平剂、校正剂和光亮剂，分别控制镀铜灌孔率及高电流区域与低电流区镀铜均匀性效果；纵横比较高的产品，需适当调整校正剂，以提升via导通孔的镀铜铜厚均匀性效果，针对本发明内所述超薄PCB板，因其纵横比＜1，不需要特别兼顾via孔导通镀孔铜均匀性而特别调整整平剂与校正剂比例水平，电镀工艺需维持三剂相对均衡的状态，方可确保整面镀铜的均匀性，否则将会适得其反，在发生板子弯曲的时候直接导致镀铜均匀性变差；电镀工艺中必须严格控制镀铜均匀性和厚度。
在步骤四中的树脂塞孔采用真空树脂塞孔，所述树脂为黑色树脂油墨，塞孔的墨凸＜0.2mm，步骤五中树脂研磨采用八轴磨刷机一次性研磨干净，且固化炉烘烤的温度为140℃、烘烤的时间为30min；塞孔的墨凸＜0.2mm亦即油墨凸出于板的高度控制在0.2mm以内，采用真空塞孔主要目的是避免塞孔下墨量过大，导致研磨不净及研磨过度问题；在塞孔的过程中不可漏塞及塞孔透光，因普通树脂研磨后会透光问题，需特别添加黑色色料的树脂油墨生产。且黑色树脂油墨在整个塞孔工艺过程中，更容易观察及判断塞孔的下墨量及研磨后的品质状况。研磨需采用8轴磨刷机一次性研磨干净，不可研磨第2次。
在步骤十一中形成的防焊油墨层的厚度为10μm～25μm，防焊丝网印刷采用150目网版作业，防焊工艺烘烤的温度为150℃、时间为45min，印刷速度控制在2～2.5m/min，印刷刮刀的角度控制在10～20°，印刷刮刀的压力控制在0.2～0.3MPa，油墨粘度控制在190±30Pa.s。
在步骤十一防焊吸气印刷中：所述吸气台面上设有矩阵式导气孔且台面内设有真空泵，利用吸气台面将PCB吸附固定。将印刷机台面改造成带有真空泵台面且设有矩阵式导气孔可吸附PCB固定在台面上，从而正常完成PCB丝网印刷作业。因本发明中板厚较薄，正常丝网印刷油墨粘度190±30Pa.s，将阻焊油墨印刷到板子上，因油墨粘度较大，下墨后网版与板子粘在一起无法脱离；本工艺中利用吸气台面将PCB吸住，而避免网版下面的油墨将板子粘起带走，无法正常完成印刷工艺，在防焊丝网印刷作业时禁止添加PM稀释剂。
在步骤十二中：对防焊印刷后的油墨膜进行防焊曝光时，曝光能量8～9格；对防焊曝光后的油墨膜进行防焊显影时，显影点的长度控制在1.8～2m，显影线总长度为5.5m且需关1槽作业，显影线速控制在4.5～4.8m/min，侧蚀控制＜8μm以内。
在步骤十三中，文字油墨层的加工采用350目网纱作业，文字烘烤的温度为150℃、烘烤时间为15min。
所述成品总厚度为0.15mm±0.05mm，所述成品由芯板、铜箔、电镀铜层、阻焊油墨层和文字油墨层构成；成品总厚度由芯板、铜箔、电镀铜层、阻焊油墨层和文字油墨层的厚度叠加而成，其中电镀铜层厚度以及阻焊油墨层厚度最为关键。
本发明的工艺及关键工艺说明：
芯板选择：EM-526high Tg 0.084mm T/Toz，阻焊油墨：雾面黑；
基板经过如下处理：开料→钻孔→电镀→真空树脂塞孔→树脂研磨→减铜→内层涂布→LDI曝光→内层蚀刻→AOI→防焊吸气印刷→防焊曝光→防焊显影→文字→化金→无PIN成型→微针测试→成检→包装；
其中，真空树脂塞孔：采用真空塞孔主要目的是避免塞孔下墨量过大，导致研磨不净及研磨过度问题；在塞孔的过程中不可漏塞及塞孔透光，因普通树脂研磨后会透光问题，需特别添加黑色色料的树脂油墨生产；且黑色树脂油墨在整个塞孔工艺过程中，更容易观察及判断塞孔的下墨量及研磨后的品质状况；研磨需采用8轴磨刷机一次性研磨干净，不可研磨第2次；
板厚控制：双面PCB工艺设计，其成品总厚度构成主要由芯板+铜箔+电镀铜层+阻焊油墨层+文字油墨层5种材料加工后的厚度。成品厚度严格控制在0.15mm±0.05mm，其中电镀铜层厚度及阻焊油墨层厚度最为关键；电镀铜层须严格控制镀铜均匀性及镀铜厚度，镀铜厚度以15um±3um制作，VCP电镀生产需关闭喷流，并确保镀铜三剂水平中值管控；阻焊油墨层厚度以10μm～25μm制作，丝网印刷采用130目网版作业，禁止添加PM稀释剂；文字油墨的加工则采用350目细网纱生产；
成品尺寸控制：成品尺寸控制4条边光学点到光学点±0.05mm，因板厚超薄，且经过机械加工及热烘烤，其涨缩变异是非常大的。
初次实验时，选择常规1:1原比例数据加工，电镀后湿制程工艺涨缩比例为1.0001，树脂研磨后工艺尺寸比例为1.0006，蚀刻后工艺涨缩比例回缩至1.0002，防焊烘烤后工艺涨缩比例进一步收缩至0.9999，文字烘烤后工艺尺寸涨缩比例收缩至0.9997，成型前工艺尺寸涨缩比例最终定格在0.99975，且成品检修烘烤后尺寸直接超出0.1mm；
经过初次的工艺涨缩数据收集，针对性全制程调整涨缩管控方式，制定第二次涨缩控制方案：以最终成型前涨缩数据收缩量，反推钻孔预放比例1.00025，中制程涨缩数据再次收集，并严格控制各烘烤制程参数，树塞烘烤140℃*30min，防焊烘烤150℃*45min(常规隧道式烘烤为75℃～155℃共9段温度*3H)，文字烘烤参数150℃*15min(常规参数为150℃*45min)，并在成型前量测涨缩申请涨缩捞边程式，禁止成品检修采用热烘烤固化工艺，改为UV光固化油墨修补外观缺陷。经以上工艺调整，成品光到光尺寸可有效控制在±0.05mm以内；
LED焊垫控制：LED焊盘的尺寸管控长*宽为0.12*0.15mm，较LED晶粒焊接面积较大，以确保SMT制程锡膏印刷工艺的偏移及可焊性品质符合要求；在PCB硬板制程中，0.12mm焊盘的开窗及电气导通性测试均已超出常规制程能力，若以常规的硬板防焊工艺设备生产，需搭配超薄的阻焊油墨，及特殊的曝光工艺；
阻焊油墨层厚管控10～25μm不仅是为了成品板厚的控制，也是为了焊盘开窗的效果，显影under-cut需控制在0.5mil以内，且曝光偏移控制在30μm，为确保防焊开窗焊垫尺寸符合要求且偏移可控，需极限压缩外层间距，所以选用内层湿墨涂覆工艺也是这个原因，而内层涂覆无法满足PTH via孔的覆盖，而树脂塞孔工艺不仅是为了解决塞孔透光问题，也是为了确保内层涂覆工艺的可行性；内层极限间距压缩至工作稿33μm，蚀刻后管控38μm，给防焊LED焊点开窗预留单边on pad 20μm的偏移空间；除此之外，SMT制程锡膏印刷及LED晶粒贴装对位用mark点设计需同步采用防焊on PAD开窗设计，以确保pcs内成品pad涨缩同步，匹配SMT制程钢网锡膏印刷对位尺寸管控。
对采用上述工艺制得的产品进行可靠性测试
1、耐折性信赖性测试
因产品生产为硬板工艺，制程的折伤风险无法彻底避免，在成品SMT贴片工艺后，需增加弯曲状态导通性测试，弯曲弧度R＝2.0，经检测，弯曲后铜导体的延展性不会有微开路问题。
2、IR回炉焊模拟测试
模拟SMT参数，空板过IR炉，检测IR热应力后PCB板平整度及导通性状况；
参数：120℃-150℃-180℃-210℃-210℃-230℃-275℃-275℃-275℃-200℃
经模拟测试，IR后平整度可控制在2mm以内，尺寸稳定性可控制在±0.1mm以内。
本发明Mini LED PCB产品NPI可量化工艺的开发，又一次突破PCB硬板制程极限，利用内层湿墨涂覆工艺对薄板的优势，解决外层蚀刻板折损及卡板问题，并将外层良率提升30％以上。其中，工艺关键控制点如下：
1.树塞+研磨尺寸控制，塞孔墨凸＜0.2mm以内，研磨次数控制在1次以内；
2.铜厚的控制22μm以内，是内层33μm小间距蚀刻的基础，也奠定了防焊开窗焊垫偏移基础；
3.薄板设计布线需均衡，以平衡蚀刻铜皮蚀刻后的应力释放方可解决板翘问题；
4.成品尺寸的控制，需搭配尺寸安定性较好的材料，并根据制程涨缩量预先施加涨缩补偿；通过试产批改善及大量产的持续改进，Mini LED超薄PCB产品的工艺控制已成熟且稳定。
应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种Mini LED PCB模组的制作工艺，所述Mini LED PCB模组包括PCB基板和多个LED芯片，多个LED芯片排布于PCB基板上，其特征在于：所述制作工艺的具体步骤如下：
步骤一：开料：对PCB基板进行裁剪开料，其中PCB基板包括芯板和铜箔，所述芯板的厚度为0.08mm±0.01mm；
步骤二：钻孔：对PCB基板采用机械钻孔；
步骤三：VCP电镀：在钻孔处进行VCP电镀处理形成电镀铜层，使得层与层之间得以导通；
步骤四：树脂塞孔：将电镀的PCB放置于树脂塞孔机上，通过树脂塞孔机对待树脂塞孔的PCB进行树脂塞孔；
步骤五：树脂研磨：将树脂塞孔后的PCB传输至固化炉进行树脂固化，树脂固化后的PCB传输至研磨机，通过研磨机对PCB进行树脂研磨；
步骤六：减铜：采用化学方式将电镀铜层厚度减至预设厚度；
步骤七：内层涂布：利用内层涂布机对PCB进行内层涂布，制作内层线路；
步骤八：LDI曝光：利用LDI曝光机对内层线路进行曝光；
步骤九：内层蚀刻：对内层线路进行蚀刻，利用药液将显影后露出的铜蚀掉，形成内层线路图形；
步骤十：AOI：利用自动光学检验对内层线路图形进行检修，完成内层线路制作；
步骤十一：防焊吸气印刷：在线路上通过丝网印刷形成防焊油墨层，其中印刷机台面为真空吸气台面；
步骤十二：防焊曝光和防焊显影：对防焊印刷后的油墨层进行防焊曝光和防焊显影；
步骤十三：文字：根据客户需求，在板内印出客户需求的文字油墨层；
步骤十四：化金：对PCB进行化金形成化金层；
步骤十五：无PIN成型：对PCB表面进行处理，同时根据客户要求分切成不同大小、形状，成型过程中PCS内不设定位PIN孔，定位PIN孔设计在PCS外围区域；
步骤十六：微针测试：对成型后的PCB进行微针测试；
步骤十七：成品检测及包装：对成品件进行检测，合格后包装入库。
2.根据权利要求1所述的Mini LED PCB模组的制作工艺，其特征在于：步骤四中的树脂塞孔采用真空树脂塞孔，所述树脂为黑色树脂油墨，塞孔的墨凸＜0.2mm，步骤五中树脂研磨采用八轴磨刷机一次性研磨干净，且固化炉烘烤的温度为140℃、烘烤的时间为30min。
3.根据权利要求1所述的Mini LED PCB模组的制作工艺，其特征在于：在步骤三VCP电镀生产时需要关闭喷流，且需要维持整平剂、校正剂和光亮剂相对均衡的状态，步骤六减铜后的电镀铜层厚度为15μm±3μm。
4.根据权利要求1所述的Mini LED PCB模组的制作工艺，其特征在于：在步骤十一中形成的防焊油墨层的厚度为10μm～25μm，防焊丝网印刷采用150目网版作业，防焊工艺烘烤的温度为150℃、时间为45min，印刷速度控制在2～2.5m/min，印刷刮刀的角度控制在10～20°，印刷刮刀的压力控制在0.2～0.3MPa，油墨粘度控制在190±30Pa.s。
5.根据权利要求4所述的Mini LED PCB模组的制作工艺，其特征在于：在步骤十一防焊吸气印刷中：所述吸气台面上设有矩阵式导气孔且台面内设有真空泵，利用吸气台面将PCB吸附固定。
6.根据权利要求1所述的Mini LED PCB模组的制作工艺，其特征在于：在步骤十三中，文字油墨层的加工采用350目网纱作业，文字烘烤的温度为150℃、烘烤时间为15min。
7.根据权利要求1所述的Mini LED PCB模组的制作工艺，其特征在于：在步骤二中，采用双槽UC钻头，钻孔参数设置为：转速：180±20kr/min，下刀速度：0.6～1.2kr/min，退刀速度：10～15kr/min，钻孔叠层8～10片，盖板采用覆膜铝片和高密度酚醛垫板。
8.根据权利要求1所述的Mini LED PCB模组的制作工艺，其特征在于：所述成品总厚度为0.15mm±0.05mm，所述成品由芯板、铜箔、电镀铜层、阻焊油墨层和文字油墨层构成。
9.根据权利要求1所述的Mini LED PCB模组的制作工艺，其特征在于：在步骤十二中：对防焊印刷后的油墨膜进行防焊曝光时，曝光能量8～9格；对防焊曝光后的油墨膜进行防焊显影时，显影点的长度控制在1.8～2m，显影线总长度为5.5m且需关1槽作业，显影线速控制在4.5～4.8m/min，侧蚀控制＜8μm以内。
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