CN113905529A - 一种led电路板的gerber设计方法及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及LED显示屏生产技术领域，尤其涉及一种LED电路板的GERBER线路设计方法及其生产工艺，解决因水沟效应导致的蚀刻因子差异而形成的焊盘大小不一致问题，本发明结合蚀刻因子对焊盘的整体补偿后，再根据图形布线的密度及水沟效应，对表贴焊盘靠近空旷区域再次采用本发明所保护的弧形补偿方式。同时，GERBER线路补偿方法先建立Symbol后再统一替换，达到全板焊盘一致性目的；其次，补偿的大小根据空旷区域位置进行调整，空旷区域因药水交换快蚀刻量大而增加补偿，密集区域因药水交换小而减少补偿。再结合生产蚀刻工艺的调整，达到焊盘成品尺寸公差±10％的要求，并使得尺寸整体规则且整面焊盘一致性。

Description

一种LED电路板的GERBER设计方法及其生产工艺

技术领域

本发明涉及LED显示屏生产技术领域，尤其涉及一种LED电路板的GERBER设计方法及其生产工艺。

背景技术

LED显示屏可以说与我们的生活息息相关，大到户外广告牌、红绿灯、指示牌；小到室内演播厅、安防；再到电视、平板等，显示屏越小其清晰度也越高。而LED清晰度我们都以点间距来表示，不同的点间距其使用的环境也各不相同，例如：室外P10.0每平方米共有(1000/10)＝10000个灯珠/平米，而室内如P1.0每平方米共有(1000/1.0)＝1000000个灯珠/平米，点间距越小显示效果越好，但价格和制作工艺难度也将几何增加。

目前,LED灯珠我们可分为直插式和表贴式两大类，在Mini LED中的COB封装属于另一种工艺类型，在此发明中不做阐述。直插式即是将灯珠固定在电路板上的两个导通孔内，而表贴式是将灯珠通过贴片的方式贴于电路板表面焊盘上，前者应用于户外大间距显示屏，后者应用于室内小间距显示屏。同样，LED点间距不一样其灯珠的大小也各不相同。

小间距LED光学显示一致性，是衡量显示屏质量的重要指标，也是LED制造商首要解决的技术难题之一，而影响光学显示效果色差的其中之一就是焊盘尺寸的一致性。众所周知，表贴式灯珠是将灯珠封装后，再将封装电源面与电路板表面焊盘贴合后导通。而封装后的灯珠尺寸与焊盘尺寸均是按比例设计，一般是灯珠比焊盘四周整体大0.05mm左右，其最佳是灯珠封装壳完全盖住表贴焊盘。

然而，因电路板的设计及制造因素导致整面焊盘尺寸差异化，如焊盘尺寸太小，上锡不饱满容易导致虚焊，而焊盘尺寸过大则会露出封装灯珠之外，在显示发光后，其裸露在外的焊盘由于上锡导致反光吃色从而形成局部区域的色差现象。在近距离室内小间距LED显示屏中，属于致命的品质缺陷。而本发明，将通过GERBER设计电路板线路焊盘尺寸，结合工艺生产蚀刻能力，满足表贴灯珠焊盘一致性，属于印制电路板行业技术。

电路板表面焊盘是通过GERBER设计好线路图形后，通过曝光方式进行图形转移后再通过酸性或碱性药水蚀刻掉多余铜箔，最后成型于线路图形和焊盘的过程。因为蚀刻因子的影响，其设计时焊盘尺寸必须要考虑到侧蚀才能满足成品的大小。目前，传统的设计方法是整体补偿图形或挑选独立区域补偿。在现有发明专利《一种改善焊盘尺寸一致性的工艺方法》授权公告号CN106658978B中描述：蚀刻焊盘两侧孤立时则正常补偿；蚀刻焊盘一侧孤立时则不补偿；蚀刻焊盘不规则时将蚀刻焊盘划分为规则的几段，并分段进行补偿。该工艺技术方法在蚀刻过程的水沟效应后会导致蚀刻差异，从而影响焊盘的局部尺寸公差，在行业规范IPC二级标准中可满足大多数蚀刻公差±20％的要求，但在小间距LED焊盘公差±10％以内将无法应用该工艺方案。同时，对于整体补偿焊盘的GERBER设计，在蚀刻后水沟效应下导致的蚀刻因子差异化，表贴的SMD焊盘四角因蚀刻量大将会呈现出椭圆形，从而减少整体的焊盘尺寸。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明结合“水沟效应”导致的“蚀刻因子”变化，通过GERBER线路的动态补偿方式及蚀刻的过程控制，达到整板板面焊盘±10％以内的成品公差，从而解决因焊盘尺寸的差异化导致上锡不良或超出灯珠尺寸而影响色差问题。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种LED电路板的GERBER设计方法，包括以下步骤：

根据蚀刻因子计算出侧蚀量并乘2后，得出整体焊盘补偿系数，运用Edit–Resize–Global命令并对导体及焊盘整体进行补偿Amil，其中，蚀刻因子＝镀铜厚度÷{(W1-W2)÷2}，A的取值范围为1.2mil-2.0mil；

选择一组灯珠根据水沟效应额外增加补偿，补偿规则为焊盘中心向四周斜角延伸补偿，其最大角度区域增加Bmil，补偿后不同网络的各导体间距≥2.6mil，其中，B的取值范围为0.3mil-0.5mil；

以上述补偿后的一组灯珠建立Symbol模板，运用Edit–reate-Symbol用于替换整面其它相同灯珠；

将电路板内其它灯珠，替换成补偿后的灯珠并建立Symbol模板，运用Edit–Reshape–Substitute进行替换；

经过上述步骤后，将靠近LED电路板边四周1mm内灯珠焊盘，再整体多补偿Cmil，其中，C的取值范围为0.3mil-0.5mil。

作为上述技术方案的进一步改进，所述A等于1.5mil。

作为上述技术方案的进一步改进，所述B等于0.5mil。

作为上述技术方案的进一步改进，所述C等于0.5mil。

本发明还提供一种LED电路板的生产工艺，所述生产工艺基于所述的LED电路板的GERBER设计方法，所述生产工艺的步骤包括开料、内光成像、内层蚀刻、一次层压、一次钻孔、沉铜、负片电镀、内光成像、内层蚀刻、二次层压、镭射钻孔、钻孔、沉铜、电镀填孔、外光成像、外层蚀刻、阻焊、字符、沉金、外形、电测、终检和包装；

所述外层蚀刻包括前处理、贴膜、曝光、显影和蚀刻；

作为上述技术方案的进一步改进，在前处理中，选择合适的参数，参数包括盐酸浓度、传送速度和微蚀速率，盐酸浓度管控在10％-15％，传送速度管控在2.0m/min，微蚀速率管控在20u”-40u”。

作为上述技术方案的进一步改进，在贴膜中，选择30μm薄干膜及合适的压膜参数，其中压膜参数包括压膜辘温度、传输速度和压力，压膜辘温度为100±10℃，传输速度为2.0m/min，压力为0.5Mpa。

作为上述技术方案的进一步改进，在曝光中，曝光使用LDI自动曝光机，曝光能量控制在5.0-5.5格之间。

作为上述技术方案的进一步改进，在显影中，显影浓度控制在1.0±0.2％范围。

作为上述技术方案的进一步改进，在蚀刻中，蚀刻前，需先对药水浓度进行化验，确认HCL酸当量、CU+含量和温度，确认后，调整蚀刻速度及压力控制蚀刻因子，同时蚀刻进给LED电路板的方向为灯珠面朝下。

本发明的有益效果为：结合蚀刻因子对焊盘的整体补偿后，再根据图形布线的密度及水沟效应，对表贴焊盘靠近空旷区域再次采用本发明所保护的弧形补偿方式。同时，补偿方法先建立Symbol后再统一替换，避免人为挑选造成的遗漏；其次，补偿的大小根据空旷区域位置进行调整，空旷区域因药水交换快蚀刻量大而增加补偿，密集区域因药水交换小而减少补偿；如此蚀刻后其焊盘公差为成品尺寸的±10％，使得尺寸整体规则且整面焊盘一致性。

附图说明

图1为本实施例成品焊盘的示意图。

其中，第一区域为成品焊盘，第二区域为根据蚀刻因子大小而增加的补偿，第三区域为导致水沟效应区域多增加的补偿。

具体实施方式

现在将参照附图在下文中更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明当前优选的实施方式。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施方式；而是为了透彻性和完整性而提供这些实施方式，并且这些实施方式将本发明的范围充分地传达给技术人员。

具体地，本发明的具体工艺方法包括：

结合蚀刻因子对焊盘的整体补偿后，再根据图形布线的密度及水沟效应，对表贴焊盘靠近空旷区域再次采用本发明所保护的弧形补偿方式。同时，补偿方法先建立Symbol后再统一替换，避免人为挑选造成的遗漏，同时达到整板焊盘一致性的效果。其次，补偿的大小根据空旷区域位置进行调整，空旷区域因药水交换快蚀刻量大而增加补偿，密集区域因药水交换小而减少补偿，如此蚀刻后其焊盘尺寸将整体规则且整面焊盘一致性。

GERBER设计完成后，线路使用30μm干膜贴合，并采用LDI曝光，其曝光能量使用但不限于5-5.5格，通过化验蚀刻药水浓度后调整蚀刻参数达到可控制的蚀刻因子，并完成线路图形的制作。

GERBER设计具体实施的步骤如下：

根据：镀铜厚度÷{(W1-W2)÷2}＝蚀刻因子，计算出侧蚀量并乘2后，得出整体焊盘补偿系数，运用Edit–Resize–Global命令并对导体及焊盘整体进行补偿1.5mil。

进一步的，选择一组灯珠根据水沟效应额外增加补偿，补偿规则为靠近空旷面因药水流动交换快而蚀刻量增加，靠近导体区域蚀刻量低为补偿参考。以焊盘中心向四周斜角延伸补偿，其最大角度区域增加0.5mil。补偿后不同网络的各导体间距≥2.6mil，以此做为图形转移工作稿。

进一步的，将做好的一组灯珠建立Symbol模板，运用Edit–reate-Symbol用于进一步的替换掉整面其它相同灯珠，以便达到整体一致性。

进一步的，将电路板内其它灯珠，替换成补偿后并建立Symbol模板，运用Edit–Reshape–Substitute进行替换，如此整面灯珠达到一致性。

进一步的，因电路板拼板后，板与板之间存在的锣刀间隙，从而导致电路板四周焊盘蚀刻因子的增大。为避免板内灯珠与板四周整体焊盘尺寸的差异，将靠近板边四周1mm内灯珠焊盘，在上述步骤后，再整体多补偿0.5mil。

通过上述GERBER中的线路设计，解决了焊盘因水沟效应导致的尺寸公差差异问题，同时，通过模板的建立，促使整面灯珠的一致性。该发明中补偿参数，相对于不同公司的蚀刻参数与镀铜的厚度而进行相应调整，但整体的工艺流程步骤均可适应。

线路GERBER设计完成后，进一步的为生产制作流程，本发明涉及的是小间距LED电路板领域，其具体生产工艺流程如下：

开料–内光成像–内层蚀刻–一次层压–一次钻孔-沉铜–负片电镀–内光成像–内层蚀刻–二次层压–镭射钻孔–钻孔–沉铜–电镀填孔–外光成像–外层蚀刻–阻焊–字符–沉金–外形–电测–终检–包装。

流程说明

上述流程为HDI类型的小间距LED电路板一阶流程，本发明中所述灯珠面导通孔均采用镭射盲孔方式，灯珠面只保留用于贴灯珠的焊盘，未设计导通线。因此，灯珠面不做阻焊油墨，蚀刻后的线路焊盘将是成品的焊盘尺寸，流程中的阻焊只是单面印刷驱动面。

同时，本发明所涉及的流程为上述中的外光成像和外层蚀刻工序，其它流程均为常规制作工艺，在此将不再重复描述。

外层线路的制作流程主要包括：前处理–贴膜–曝光–显影–蚀刻。

前处理主要清洁铜面氧化并粗糙铜面，便于提高干膜的附着力，其主要参数为：盐酸浓度管控在10％-15％，；速度2.0m；微蚀速率20u”-40u”，保证其铜面结合力。

进一步的；对于小间距LED产品，选择30μm薄干膜，便于调整其曝光能力及显影参数。其主要参数为：压膜辘温度100±10℃；传输速度2.0m/min；压力0.5Mpa；

进一步的；曝光使用LDI自动曝光机，曝光能量控制在5.0-5.5格之间，其曝光参数需要根据实际显影后的图形测量后进行调整。曝光能量是干膜厚度结合本发明中动态补偿参数相对应的关键控制点，其曝光能量过大会导致蚀刻因子的增加，曝光能量过小则会导致蚀刻不净风险。因此需要根据补偿值及蚀刻量调整曝光能量，该技术点是本发明的重要参数管控点，也是考量品质的重要指标。在本发明中，其补偿值整体1.5mil,镀层铜厚35μm，结合干膜厚度曝光能量设定为5.2格，即可满足成品尺寸要求。

进一步的；显影是通过显影药水分解掉未曝光的干膜，从而露出电镀铜的化学过程，其显影主要参数是控制显影液浓度，本发明中针对上述中的干膜厚度显影浓度控制在1.0±0.2％范围。

进一步的；蚀刻是本发明保证焊盘一致性的过程关键控制点，蚀刻前，需先对药水浓度进行化验，其HCL酸当量1.5N-2.0N；CU²+含量140±10g/L；温度50±5℃；确认完如上参数后，通过调整蚀刻速度及压力控制蚀刻因子，蚀刻速度5.5m/min；蚀刻上压力调整到2.5±0.5kg/cm2、蚀刻下压力调整到2.0±0.5kg/cm2。同时蚀刻进板方向为灯珠面朝下，减少药水聚集后形成的蚀刻过度。因镀铜均匀性的差异，因此参数范围内进行微调即可。

进一步的；通过上述参数对首件进行确认，其焊盘公差为成品尺寸的±10％；且焊盘四角呈垂直(部分成品焊盘的结构参考图1)；同时确认板四角及中心五组数据，通过首件确认后按上一步骤调整蚀刻因子控制结果。

以上所述实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，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、改进及替代，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 (10)

1.一种LED电路板的GERBER设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据蚀刻因子计算出侧蚀量并乘2后，得出整体焊盘补偿系数，运用Edit–Resize–Global命令并对导体及焊盘整体进行补偿Amil，其中，蚀刻因子＝镀铜厚度÷{(W1-W2)÷2}，A的取值范围为1.2mil-2.0mil；

选择一组灯珠根据水沟效应额外增加补偿，补偿规则为焊盘中心向四周斜角延伸补偿，其最大角度区域增加Bmil，补偿后不同网络的各导体间距≥2.6mil，其中，B的取值范围为0.3mil-0.5mil；

以上述补偿后的一组灯珠建立Symbol模板，运用Edit–reate-Symbol用于替换整面其它相同灯珠；

将电路板内其它灯珠，替换成补偿后的灯珠并建立Symbol模板，运用Edit–Reshape–Substitute进行替换；

经过上述步骤后，将靠近LED电路板边四周1mm内灯珠焊盘，再整体多补偿Cmil，其中，C的取值范围为0.3mil-0.5mil。

2.根据权利要求1所述的一种LED电路板的GERBER设计方法，其特征在于：

所述A等于1.5mil。

3.根据权利要求1所述的一种LED电路板的GERBER设计方法，其特征在于：

所述B等于0.5mil。

4.根据权利要求1所述的一种LED电路板的GERBER设计方法，其特征在于：

所述C等于0.5mil。

5.一种LED电路板的生产工艺，所述生产工艺基于权利要求1-4任一项所述的LED电路板的GERBER设计方法，其特征在于：

所述生产工艺的步骤包括开料、内光成像、内层蚀刻、一次层压、一次钻孔、沉铜、负片电镀、内光成像、内层蚀刻、二次层压、镭射钻孔、钻孔、沉铜、电镀填孔、外光成像、外层蚀刻、阻焊、字符、沉金、外形、电测、终检和包装；

所述外层蚀刻包括前处理、贴膜、曝光、显影和蚀刻。

6.根据权利要求5所述的一种LED电路板的生产工艺，其特征在于：

在前处理中，选择合适的参数，参数包括盐酸浓度、传送速度和微蚀速率，盐酸浓度管控在10％-15％，传送速度管控在2.0m/min，微蚀速率管控在20u”-40u”。

7.根据权利要求5所述的一种LED电路板的生产工艺，其特征在于：

在贴膜中，选择30μm薄干膜及合适的压膜参数，其中压膜参数包括压膜辘温度、传输速度和压力，压膜辘温度为100±10℃，传输速度为2.0m/min，压力为0.5Mpa。

8.根据权利要求5所述的一种LED电路板的生产工艺，其特征在于：

在曝光中，曝光使用LDI自动曝光机，曝光能量控制在5.0-5.5格之间。

9.根据权利要求5所述的一种LED电路板的生产工艺，其特征在于：

在显影中，显影浓度控制在1.0±0.2％范围。

10.根据权利要求5所述的一种LED电路板的生产工艺，其特征在于：

在蚀刻中，蚀刻前，需先对药水浓度进行化验，确认HCL酸当量、CU+含量和温度，确认后，调整蚀刻速度及压力控制蚀刻因子，同时蚀刻进给LED电路板的方向为灯珠面朝下。

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