L’affichage à LED (diode électroluminescente) a été adopté par les industries électroniques en raison de ses avantages allant d’une grande luminosité, d’une faible consommation d’énergie et d’une longue durée de vie à une bonne stabilité. En raison des progrès constants réalisés sur des paramètres techniques tels que le pitch, la stabilité, la luminosité ou la profondeur de couleur (niveaux de gris), les circuits imprimés (PCB) doivent répondre à des exigences de plus en plus élevées en termes de qualité et de fiabilité des produits finis.
Défis de fabrication de circuits imprimés à LED
• Graphiques de circuits
Étant donné que les pistes et les pastilles du circuit sont disposées à haute densité du côté LED, la réduction des rayures est la considération la plus importante pendant la fabrication. Il est recommandé de concevoir la couche de circuit dense en se référant à 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 au cours du polissage de la carte dans le processus de remplissage de vias (VFP) et du polissage de la carte avant l’application du vernis épargne.
• Tolérance de contour
La tolérance actuelle de contour des cartes LED est généralement de ±0,1 mm. Cependant, des tolérances plus rigoureuses comme ±0,08 mm ou ±0,05 mm ont tendance à être requises en fonction des besoins lors de l’assemblage des écrans LED. Par conséquent, la mécaniquefabrication de circuits imprimés à LEDdoivent être confrontés 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. En outre, seules quelques petites vias traversantes sont autorisées sur la carte, au nombre de 3 à 4, avec un diamètre d’environ 0,8 mm. Par conséquent, les vis ne parviennent pas à jouer le rôle de fixation qu’elles devraient assurer lors de l’opération de fraisage, ce qui peut entraîner des problèmes tels que l’asymétrie de la forme, le bombement des angles de la carte et le décollement du vernis épargne. Lorsqu’une carte présente une taille de forme normale, des problèmes surviennent souvent, tels que la non-conformité entre les vias et les marges, ou entre les pastilles et les marges.
• Couleur du vernis épargne
La couleur du vernis épargne est un paramètre important à déterminer avant la fabrication du PCB, et il existe de nombreux choix, allant des couleurs traditionnelles comme le vert, le rouge et le noir à des couleurs inhabituelles telles que le noir mat ou le violet, qui expriment des personnalités. De nos jours, le noir mat est principalement utilisé pour les circuits imprimés à LED, et les différences de couleur du vernis épargne entre les circuits de différents lots sont étroitement liées à la résolution de l’affichage LED. Lorsque les LED présentent un pas suffisamment large entre elles, les différences de couleur du vernis épargne peuvent être compensées par l’abat-jour. Cependant, la réduction du pas des LED entraîne l’échec constant de l’abat-jour, de sorte que le côté LED se retrouve directement exposé vers l’extérieur. En outre, les différences de couleur du vernis épargne peuvent être provoquées par le traitement de la couche de cuivre avant l’application du vernis épargne, par l’épaisseur de ce vernis, par les différences d’exposition et par le temps d’attente nécessaire à la solidification du vernis épargne.
• Test électrique
La conception sans marge du circuit imprimé à LED rend le marquage extrêmement difficile dansessai électriquede même. La taille et le pas des LED d’un circuit imprimé à LED déterminent directement le nombre de LED et de pastilles. Jusqu’à présent, il arrive généralement que le nombre de LED sur la face LED d’un circuit imprimé dépasse plusieurs dizaines de milliers et que celui des pastilles dépasse 60 000. Une densité aussi élevée de disposition des LED entraîne des difficultés extrêmement importantes pour l’exécution et la fin des tests électriques. Par conséquent, il faut recourir à plusieurs tests électriques ou à un test par sonde mobile. Néanmoins, le test par sonde mobile présente l’inconvénient d’être très chronophage.
Techniques de conception de PCB à LED
En dépit des difficultés de fabrication de circuits imprimés (PCB) mentionnées, ainsi que des caractéristiques des PCB à LED telles que de petites pastilles, un grand nombre de pastilles et des circuits à haute densité, certaines méthodes permettent de surmonter ces difficultés grâce à la conception du PCB.
• Argumentaire
Les circuits imprimés utilisés pour les écrans LED, également appelés PCB LED, présentent une conception extérieure hautement symétrique. En ce qui concerne la couche de cuivre des cartes de circuits LED, une face est entièrement recouverte de pastilles disposées en matrice, appelée côté LED. En règle générale, 4 pastilles sont considérées comme une unité sur laquelle une LED est assemblée. Les composants sont assemblés sur l’autre face de la couche de cuivre, appelée côté pilote.
Plus le pas de LED est réduit, meilleur est l’effet d’affichage, et meilleure est également sa résolution. À ce jour, la plage de pas compatible avec la technologie SMT (Surface Mount Technology) actuelle va de 0,45 mm à 1,6 mm, tandis que le pas de LED va de 1,0 mm à 4,0 mm. La conception du PCB LED dépend principalement des spécifications des pastilles de LED. La figure ci-dessous indique la comparaison entre le pas SMT et le pas de LED.
• Perçage laser de vias borgnes
Pour les circuits multicouches comportant au moins 2 couches, la technique de remplissage de vias borgnes par brasage électrique est requise lorsque les vias empilés sont conçus par perçage laser. En conséquence, la complexité du procédé et le coût de fabrication augmentent. Ainsi, pour les circuits multicouches de plus de 2 couches, il est recommandé de concevoir les vias borgnes réalisés par perçage laser sous forme de vias décalés plutôt que de vias empilés. Il convient d’éviter autant que possible les vias empilés réalisés par perçage laser.
• Trous d’installation des LED
Les trous d’installation des LED sont des trous non traversants avec une tolérance de diamètre recommandée de ±0,05 mm ; profondeur (H) ne doit pas dépasser la valeur de l’épaisseur de la planche (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 de montage de LED.
Si la zone sans cuivre autour des trous non traversants (NP) présente une distance insuffisante, les trous NP risquent d’être métallisés comme des trous traversants ou le cuivre risque d’être exposé au bord des vias. Pour les trous NP nécessitant une ouverture de vernis épargne laissant un pad à la surface des vias, une zone de séparation sans cuivre supérieure à 0,15 mm doit être prévue entre les vias NP et les pads. Lorsque les vias NP n’ont pas besoin de pads, le pad entier peut être supprimé.
• Distance entre le bloc et les marges extérieures
Un espace suffisant doit être conservé entre les pastilles de marge et les marges extérieures. Si l’espace est insuffisant, des problèmes tels que des défauts de fraisage et une exposition du cuivre se produiront.
• Pastille d’ouverture de vernis épargne
Il est recommandé de définir les pastilles en cuivre, ce qui permet d’empêcher efficacement le décollement du vernis épargne. Lorsque l’entraxe de marge SMT est correctement adapté à la fabrication, une définition par vernis épargne peut être envisagée. Ainsi, les pastilles présenteront un niveau élevé de conformité.
8 Méthodes pour Surmonter les Défauts de PCB à LED
• Circuit Scratch
Des pastilles à haute densité sur le côté des LED font qu’une légère rayure devient un défaut critique. Il est recommandé d’appliquer un volume relativement important de feuille de cuivre afin de réduire de manière certaine les rebuts dus aux circuits ouverts et aux courts-circuits causés par ces rayures.
En plus des caractéristiques des techniques à fenêtre plus large, les pastilles en haute densité entraînent des défauts récessifs d’exposition du cuivre sur le côté du circuit. Ce type de défaut est rarement observé avant la fin de la procédure SMT. Ce problème peut être partiellement résolu en réduisant relativement le pas de ligne afin d’augmenter l’intervalle entre la ligne et la pastille.
• Décollement du vernis épargne
Le vernis épargne noir impose des exigences élevées en matière d’énergie d’exposition et, même avec une épaisseur légèrement supérieure du vernis épargne, il est facile d’obtenir une exposition incomplète du vernis épargne sur la couche inférieure, ce qui finit par provoquer le décollement du vernis épargne. Une exposition secondaire peut être appliquée pour résoudre efficacement ce problème. Bien entendu, la capacité de traitement du vernis épargne sera également mise à l’épreuve.
• Non-conformité de la couleur de l’encre du vernis épargne
Contrairement à la plupart des circuits imprimés, la face LED d’un circuit imprimé à LED présente des exigences élevées en matière de non-conformité de couleur. Jusqu’à présent, il n’existe aucune norme d’évaluation reconnue par le public et il est extrêmement difficile de la quantifier. La conformité de la couleur de l’encre résulte d’un grand nombre de facteurs. En outre, elle dépend de conditions de fabrication plus strictes que celles des circuits imprimés ordinaires. Par conséquent, la conformité de la couleur de l’encre ne peut être obtenue qu’en recherchant les paramètres et méthodes de contrôle les plus appropriés, ce qui exige des technologies de fabrication rigoureuses et des années d’expérience de production dans ce secteur.
• Mauvais contour de carte
Pour les cartes plus petites sans marges, les trous de fixation des LED entraînent un mauvais effet de repérage et les vis de repérage ont tendance à se desserrer et à se déplacer, provoquant des défauts tels que le déplacement du contour et le bombement des angles de la carte. Des marges d’assistance de procédé appropriées peuvent être choisies comme méthode d’amélioration.
• Défauts d’angle de carte
Lorsqu’il s’agit de circuits imprimés d’une épaisseur relativement élevée, les angles latéraux fragiles sur le circuit imprimé à LED doivent faire l’objet d’une attention particulière de la part des opérateurs. Afin d’éviter les défauts au cours du transport, il est nécessaire d’ajouter une plaque de base pour la protection en tant que mesure de protection. De plus, la taille de la plaque de base doit être légèrement supérieure à celle des bords individuels.
• Voilage
Le côté LED d’un circuit imprimé à LED contient un grand nombre de pastilles à haute densité, tandis que de larges zones de cuivre sont disposées sur le côté pilote. Ce type de contrainte asymétrique est considéré comme la principale cause de gauchissement de la carte. Afin de maintenir une planéité raisonnable, le gauchissement de la carte LED doit être rigoureusement contrôlé en dessous de 0,5 %.
• Contour du pad
La disposition des pastilles en matrice entraîne facilement la fatigue visuelle de l’inspecteur, ce qui provoque un taux d’omission élevé. Néanmoins, l’inspection par contour présente des problèmes tels qu’un temps d’inspection long et un faible taux de conformité. Par conséquent, ces problèmes ne peuvent pas être efficacement réduits sans des efforts consacrés au contrôle des procédures.
• Fonctions dégradantes
Les distinctions entre les autres types de circuits imprimés et les circuits imprimés à LED, ainsi que le vernis épargne noir et les pastilles en haute densité, entraînent des difficultés pour l’analyse des erreurs de l’assemblage de circuits imprimés (PCBA). Lorsque des dysfonctionnements surviennent, le PCBA ne fait que les décrire et ne parvient pas à indiquer quelle pastille spécifique est en cause. Ce problème se manifeste généralement par la défaillance de toute une rangée de LED. Face à ce type de problème, le point de réseau spécifique doit être déterminé après de nombreux efforts. La méthode optimale pour y parvenir doit reposer sur la dépose des composants concernés et le retrait du vernis épargne.
