在高端光電設(shè)備、智能家居市場，LED燈芯類印制電路板的應(yīng)用越來越廣。為確保光譜均勻無暗影，在高密度的燈珠焊盤區(qū)域內(nèi)均不設(shè)計(jì)過孔，因無內(nèi)定位孔生產(chǎn)廠商不能采用成本更低、效率更高的治具測試去檢測產(chǎn)品的電性能。文章將結(jié)合LED燈芯板、通用治具、成形機(jī)與電測機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)展開實(shí)驗(yàn)，尋找提升生產(chǎn)效益、降低測試成本、確保品質(zhì)的最佳加工方案。

LED及激光二極管與現(xiàn)有普通鹵素光源相比，具有體積小、亮度高、壽命長、響應(yīng)速度快、節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。隨著互聯(lián)網(wǎng)+及工業(yè)4.0的深入推進(jìn)，LED等節(jié)能環(huán)保型光源已逐漸成為高端光電設(shè)備、智能家電等產(chǎn)品的主流配置。作為信號(hào)傳輸?shù)臉蛄海琇ED印制線路板在出貨前必須對(duì)面板上所有焊接點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行電性能檢測，以確保印制電路板正常的電氣性能，杜絕插件后因開短路功能性缺陷導(dǎo)致客戶巨額索賠的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

LED印制線路板焊盤呈矩陣分布，密度高，整個(gè)板面無任何測試孔(如下圖1)。對(duì)焊點(diǎn)少的樣品，業(yè)界只能選擇高耗時(shí)低效率的飛針機(jī)測試；對(duì)于高密度焊點(diǎn)多或批量性的產(chǎn)品，業(yè)界暫無更好的檢測方法。本文將以一款LED燈芯板（H產(chǎn)品）為例，結(jié)合成形與電測設(shè)備的技術(shù)特點(diǎn)，介紹其制作過程中的關(guān)鍵技術(shù)，找出最優(yōu)的成型與電測加工方案，為企業(yè)大規(guī)模自動(dòng)化快速生產(chǎn)高密度的LED印制線路板提供技術(shù)保障。

圖1 無內(nèi)定位LED燈芯板實(shí)物圖

現(xiàn)狀

一、LED燈芯板的技術(shù)特點(diǎn)

1、LED燈芯板工作板設(shè)計(jì)及典型焊盤分布圖（以 H產(chǎn)品為例）

圖2 工作板拼板圖

圖3 1個(gè)單元LED焊盤分布圖

圖4 LED焊盤局部放大圖

H產(chǎn)品工作板生產(chǎn)拼板說明

每個(gè)工作板拼板（單元）數(shù)量（圖2）：3*4=12個(gè)；

每個(gè)單元尺寸（圖3）：115mm*120mm

工作板尺寸（圖2）：550mm（長）*420mm（寬）

焊盤局部放大圖（圖4）：紅色為H產(chǎn)品LED燈芯板測試焊盤，綠色為阻焊。

頂層、底層焊盤分布圖

H產(chǎn)品的GTL頂層（元件面）焊盤數(shù)量為130*140=18200個(gè)，為LED布局焊盤，后續(xù)主要以LED焊盤為參考目標(biāo)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

H產(chǎn)品的GBL底層（焊接面）焊盤數(shù)量為14568個(gè)，為常規(guī)普通焊盤。

每個(gè)單元焊盤總數(shù)量18200+14568=32768個(gè)。

每個(gè)工作板測試焊盤總點(diǎn)數(shù)：32768*12=393216個(gè)。

2、產(chǎn)品特征

為確保發(fā)光區(qū)域內(nèi)無暗影，燈珠面板區(qū)域內(nèi)（GTL面）不設(shè)計(jì)過孔；

由于LED發(fā)熱量小的冷光源，H產(chǎn)品為四層板，內(nèi)層不設(shè)計(jì)銅皮層；

為了確保發(fā)光的均勻性，燈珠焊盤每個(gè)燈珠的焊盤均呈矩陣型結(jié)構(gòu)均勻分布

二、LED燈芯板現(xiàn)有測試方案分析

1、電性能測試要求

高密焊盤呈矩陣對(duì)稱均勻分布測試點(diǎn)多，每個(gè)焊盤均為網(wǎng)絡(luò)的端點(diǎn)均需要測試。

內(nèi)層無銅皮層設(shè)計(jì)或內(nèi)層銅皮層小于50%，飛針機(jī)生產(chǎn)不能采用電容法測試。

每塊板無治具內(nèi)定位孔或內(nèi)定位孔少于4個(gè)，不能采用治具測試。

2、測試方法對(duì)比

表1 LED燈芯板飛針與治具測試方法與效率對(duì)比

3、LED燈芯板測試效率分析

LED燈芯板H產(chǎn)品每個(gè)單元測試效率對(duì)比

表2 LED燈芯板H產(chǎn)品測試效率數(shù)據(jù)對(duì)比

飛針機(jī)短路測試說明：印制線路板基板上由2個(gè)端點(diǎn)相連接形成一條網(wǎng)絡(luò)，飛針機(jī)短路測試時(shí)需要測試所有相鄰網(wǎng)絡(luò)間是否存在連接現(xiàn)象，32768個(gè)端點(diǎn)中兩個(gè)端點(diǎn)相連接時(shí)最多可連接成16384條網(wǎng)絡(luò)。依據(jù)數(shù)組排列組合公式（圖a）（其中r、m均為正整數(shù)且r≤m)可知，飛針機(jī)測試16384條網(wǎng)絡(luò)短路的總次數(shù)為（圖b），這也是飛針機(jī)最安全的測試方法，總測試網(wǎng)絡(luò)數(shù)約為端點(diǎn)個(gè)數(shù)的4000倍，因此效率極低。

圖a

圖b

為減少測試網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量提升效率，飛針機(jī)在軟件設(shè)計(jì)時(shí)引入了ADJ值（相鄰網(wǎng)絡(luò)間最小的安全距離）的概念。行業(yè)內(nèi)一般認(rèn)為當(dāng)線距大于1.27mm時(shí)均有蝕刻干凈不形成短路現(xiàn)象的能力，對(duì)于大于此值的兩條線路則不測試短路。在實(shí)際生產(chǎn)中滿足以上條件的總測試網(wǎng)絡(luò)數(shù)約為端點(diǎn)個(gè)數(shù)的50-100倍，從而大幅度減少了飛針機(jī)短路測試網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量。這樣就既可以保證測出的產(chǎn)品質(zhì)量，又兼顧飛針測試的效率。因此，本次飛針機(jī)測試短路測試網(wǎng)絡(luò)數(shù)量按最低50倍計(jì)算。

LED燈芯板H產(chǎn)品每個(gè)工作板（pnl）測試效率對(duì)比

表3LED燈芯板H產(chǎn)品不同工作板飛針與治具測試效率對(duì)比

備注：以上治具測試時(shí)平均每塊板人工上下板設(shè)置為10秒鐘；飛針機(jī)測試一個(gè)工作板需要678個(gè)小時(shí)，上下板時(shí)間20秒左右可忽略不計(jì)。

三、LED燈芯板現(xiàn)有測試方案局限性分析

1、以上在不考慮飛針人工上下板等因素影響條件下，只計(jì)算飛針機(jī)測試與治具測試時(shí)測試點(diǎn)數(shù)與設(shè)備正常的測試速度之間的效率關(guān)系。

2、H產(chǎn)品1個(gè)工作板（pnl）有12個(gè)拼板，飛針測試需要678小時(shí)（即29天）；當(dāng)達(dá)到10塊的時(shí)候，1臺(tái)飛針需要生產(chǎn)6780小時(shí)（即283天）；當(dāng)工作板數(shù)量達(dá)到50塊的時(shí)候，1臺(tái)飛針需要生產(chǎn)33900小時(shí)（即1413天）。從以上數(shù)據(jù)看，高密度的LED燈板類產(chǎn)品飛針機(jī)生產(chǎn)效率非常低下，不僅浪費(fèi)大量的加工時(shí)間，還浪費(fèi)了設(shè)備、工人、電費(fèi)成本，仍不能滿足客戶交期的需求，飛針機(jī)無法實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。

3、采用治具測試，H產(chǎn)品1個(gè)工作板（PNL）12個(gè)拼板測試時(shí)間只需要0.3分鐘；10 個(gè) 工作板治具測試只需要2.6分鐘；當(dāng)工作板達(dá)到50塊時(shí)，治具測試也只需要12.9分鐘。生產(chǎn)效率非常高，即節(jié)省了設(shè)備、人工、電費(fèi)運(yùn)營成本，縮短了加工時(shí)間，又能滿足大規(guī)模快速生產(chǎn)及客戶交期需要。因此，突破治具測試的技術(shù)瓶頸是實(shí)現(xiàn)LED燈芯板類產(chǎn)品批量生產(chǎn)的唯一選擇。

原因分析及實(shí)驗(yàn)計(jì)劃

一、原因分析

1、選擇治具測試的條件

為保證治具測試的精度與效率，每塊測試板均需要有4個(gè)對(duì)稱的NPTH定位孔（如圖5），才能讓PCB基板上的焊盤中心與治具下模對(duì)應(yīng)的測試針有相同的物理坐標(biāo)，才能保證在測試下壓時(shí)探針精準(zhǔn)地與測試焊盤中心有良好的接觸從而完成測試。

圖5 治具測試定位孔

2、治具測試的方法

測試效率的高低是衡量能否實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)的重要指標(biāo)。采用治具測試首先考慮測試設(shè)備的針盤與LED燈芯板焊盤的密度必須相匹配，否則無法種針，其實(shí)考慮如何提升測試精度與效率問題。不同的測試方法會(huì)導(dǎo)致焊盤與測試針不同的對(duì)位精度，不同的對(duì)位精度會(huì)形成不同的一次合格率。在每塊測試板上設(shè)計(jì)4個(gè)對(duì)稱的NPTH定位孔，可考慮工具輔助定位和板內(nèi)定位兩種方案。

A、工具輔助定位：

在治具上架設(shè)管位托板定位；

在治具上增設(shè)輔助定位邊框及NPTH管位孔定位；

B、基板定位：

內(nèi)定位：在LED燈芯板的另一面（GBL面）空曠的無銅區(qū)內(nèi)增加沉孔定位

增設(shè)邊條定位（外定位）：在LED燈芯板的板邊先設(shè)計(jì)一組邊條，并在邊條上設(shè)計(jì)四個(gè)NPTH定位孔，利用增設(shè)在邊條的四個(gè)NPTH定位孔進(jìn)行測試，測試完成后再將增設(shè)的邊條銑掉，從而得到LED燈芯產(chǎn)品的技術(shù)方案。此方案中增加了精銑流程，保證板子的外形尺寸滿足生產(chǎn)要求成為技術(shù)成敗的關(guān)鍵。

二、實(shí)驗(yàn)計(jì)劃

1、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

A、實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品信息（H產(chǎn)品）：

最小焊盤寬度：115um； 焊盤間距：75um；端點(diǎn)個(gè)數(shù)：32768點(diǎn)

從以上數(shù)據(jù)看，H產(chǎn)品需要采用6倍密度以上的通用治具生產(chǎn)。本實(shí)驗(yàn)中采用6倍密度短針生產(chǎn)，最小探針直徑為0.12mm。

B、實(shí)驗(yàn)步驟

定位方案：

工具輔助定位2套方案：管位托板定位，輔助邊框定位；

基板定位2套方案：沉孔內(nèi)定位、邊條外定位；

依據(jù)以上方案制作測試架資料及測試資料、組裝治具；

取100片樣板（90片合格板，10片問題板）作為實(shí)驗(yàn)板；

由同一員工測試，每塊板測試1次，記錄測試數(shù)據(jù)；

分析測試效率，尋找最優(yōu)的生產(chǎn)方案。

C、實(shí)驗(yàn)流程

圖6 LED燈芯板典型制板流程

2、實(shí)施方案

表4 LED高密無內(nèi)定位燈芯板改善試驗(yàn)計(jì)劃（表一）

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

一、治具管位輔助定位

1、實(shí)驗(yàn)方法

在測試治具下模板子外形線中間位置每邊設(shè)計(jì)2個(gè)管位，將板子平放在管位中間（如下圖7），讓下模管位卡住基板進(jìn)行定位，依次測試100片LED燈芯板，記錄測試過程數(shù)據(jù)。

圖7 管位輔助定位法平面圖

2、實(shí)驗(yàn)流程

圖8 治具管位輔助定位制板流程

3、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表5 治具管位輔助定位法測試數(shù)據(jù)

4、實(shí)驗(yàn)總結(jié)

首板調(diào)試時(shí)間過長，上板平穩(wěn)性較難把握，在治具下壓板擠壓管位導(dǎo)致管位易水平晃動(dòng)擦花，導(dǎo)致對(duì)位精度差，假點(diǎn)多，一次良率低，不適合LED高密焊盤的批量生產(chǎn)。

二、治具邊框輔助定位

1、實(shí)驗(yàn)方法

在測試治具下模設(shè)計(jì)四個(gè)管位孔，以成品板外形為基礎(chǔ)單邊加大0.2mm，制作定位框（如圖9）。將100片生產(chǎn)板平放入框內(nèi)依次測試。

圖9 治具邊框輔助定位平面圖

2、實(shí)驗(yàn)流程

圖10：治具邊框輔助定位制板流程

3、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表6 治具邊框輔助定位法測試數(shù)據(jù)

4、實(shí)驗(yàn)總結(jié)

采用治具邊框輔助定位的方法放板比管位平穩(wěn)，無擦花。取放板比管位定位差，受內(nèi)框精度的影響，下模探針與板面焊盤接觸有一定的偏離，假點(diǎn)較多，一次良率為32% 。

三、基板GBL面沉孔定位

1、實(shí)驗(yàn)方法

與客戶溝通，在GBL面客戶允許的無銅區(qū)設(shè)計(jì)4個(gè)1-3.175MM的定位孔（如下圖11）,孔深為板厚的一半（H產(chǎn)品定位孔客戶允許直徑為1.5mm，孔深1mm），然后沉孔作業(yè)。將GBL作為下模，制作治具并鉆出定位孔，將100片生產(chǎn)板放入設(shè)備內(nèi)依次測試 。

a

b

c

d

圖11 基板GBL面沉孔定位

2、實(shí)驗(yàn)流程

圖12 基板GBL面沉孔定位定位制板流程

3、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表7 LED燈芯板基板GBL面沉孔定位法測試數(shù)據(jù)

4、實(shí)驗(yàn)總結(jié)

平衡比管位及邊框定位好，對(duì)位時(shí)由于下模治具定位孔與管位處于盲區(qū)，員工不能用眼睛看到，只能憑感覺對(duì)位困難，共造成焊盤和阻焊面與測試針摩擦擦花21片。

四、板邊增設(shè)邊條及NPTH孔定位

1、實(shí)驗(yàn)方法

由工程在每個(gè)單元對(duì)邊設(shè)計(jì)一組5-10mm的邊條，并在邊條上設(shè)計(jì)4個(gè)1-3.175mm的定位孔（如下圖13），按正常流程生產(chǎn)至外形工序暫停；制作銑外形資料，銑第1次外形（圖13紅色線條部分），保留增設(shè)的邊條。制作通用治具，下模需要增加4個(gè)管位孔后測試100片板，統(tǒng)計(jì)測試時(shí)間。制作第2次外形資料（圖13內(nèi)框黑色線條），設(shè)計(jì)無內(nèi)定位精銑的特殊控制程序銑掉增設(shè)的邊條。測量外形尺寸首件合格后批量生產(chǎn)，洗板轉(zhuǎn)下工序正常生產(chǎn)。

圖13板邊增設(shè)邊條及NPTH孔定位平面圖

新增邊條后工作板物料損耗說明：以上H產(chǎn)品每個(gè)工作板總面積：550*420=231000mm2；在短邊增加邊條的面積為420*5*8=16800mm2，工作板損耗率16800/231000=7.3%；在長邊增加邊條的面積為550*6*5=16500mm2，工作板損耗率16500/231000=7.1%；客戶不同尺寸要求LED燈芯板增加邊條后工作板損耗率不同，尺寸越小增加的邊條越多損耗越大，需在報(bào)價(jià)時(shí)與客戶協(xié)商。

2、實(shí)驗(yàn)流程

圖14板邊增設(shè)邊條及NPTH孔定位制板流程

3、外形生產(chǎn)流程

第1次外形生產(chǎn)流程

第1次外形鑼帶需要設(shè)計(jì)長邊的鑼帶、將4個(gè)定位作為內(nèi)定位，按圖13紅線圖形制作外圍的鑼帶，按常規(guī)作業(yè)方式完成第1次外形生產(chǎn)，洗板烘干后送電測檢測。

圖15 LED燈芯板第1次外形

第2次外形生產(chǎn)流程（原則：內(nèi)順外逆）

第1步：以邊條上的定位孔定位讓收刀點(diǎn)位于邊條區(qū)，按外逆的原則精銑左側(cè)邊條。

圖16 LED燈芯板第1次外形

第2步：關(guān)閉吸塵停機(jī)，用膠帶將LED燈芯板粘貼在機(jī)臺(tái)上，按內(nèi)順的原則銑掉右側(cè)邊條，檢驗(yàn)查看邊沿是否有突起或毛剌現(xiàn)象，除去膠帶即得到客戶所需的LED燈芯板。

圖17 LED燈芯板第2次外形

圖18 成型的LED燈芯板

H產(chǎn)品外形長邊尺寸數(shù)據(jù)分析

表8長邊二次元測量尺寸數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

圖19 H產(chǎn)品長邊尺寸測量數(shù)據(jù)控制圖

H產(chǎn)品外形短邊尺寸數(shù)據(jù)分析

表9 短邊二次元測量尺寸數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

圖20 H產(chǎn)品短邊尺寸測量數(shù)據(jù)控制圖

4、測試效率數(shù)據(jù)

表10 板邊增設(shè)邊條及NPTH孔定位測試數(shù)據(jù)

5、實(shí)驗(yàn)總結(jié)

生產(chǎn)效益的提升

在板邊增設(shè)邊條及NPTH孔定位測試方案，依據(jù)高密無定位孔LED燈芯板的特點(diǎn)，結(jié)合成形機(jī)與測試機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)，全新設(shè)計(jì)LED燈芯產(chǎn)品在外形與測試新的制作工藝和控制方法，讓常規(guī)快速的通用測試代替?zhèn)鹘y(tǒng)的飛針機(jī)電阻法測試LED燈板產(chǎn)品，提升了LED燈芯產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，為LED燈芯產(chǎn)品自動(dòng)化大批量快速生產(chǎn)、滿足客戶交付的需要提供了技術(shù)保障，必將成為各生產(chǎn)企業(yè)新的利潤增漲點(diǎn)。

成本的大幅度降低

采用飛針機(jī)測試，不僅效率低，而且測試時(shí)間長（飛針機(jī)測試H產(chǎn)品一個(gè)工作板需要29天），對(duì)飛針機(jī)的設(shè)備、電費(fèi)及人工成本是極大的浪費(fèi)。采用以上通用測試方案測試H產(chǎn)品一個(gè)工作板只需要0.3分鐘，雖然增加了測試邊條（損耗約7.4%）及第二次外形的成本，但通用測試速度快，在成本上遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于飛針機(jī)。

質(zhì)量滿足生產(chǎn)要求

在板邊增設(shè)邊條及NPTH孔定位測試方案，將無內(nèi)定位的LED板轉(zhuǎn)化為有4個(gè)NPTH定位孔常規(guī)產(chǎn)品測試，提升了對(duì)位精度，確保產(chǎn)品生產(chǎn)過程無擦花等品質(zhì)問題；在第二次外形采用無定位孔外形精銑工藝，保證板子成形后收刀點(diǎn)處平滑無凸點(diǎn)、無毛刺，外觀滿足品質(zhì)要求；經(jīng)二次元全測數(shù)據(jù)分析，外形尺寸滿足外形加工的要求。

6、按板邊增設(shè)邊條及NPTH孔定位方案批量加工的其它高密無內(nèi)定位LED板展示

LED沉錫產(chǎn)品

LED化金產(chǎn)品

LED OSP產(chǎn)品

LED化金產(chǎn)品

大尺寸LED噴錫產(chǎn)品（250mm*250mm）

圖21 已批量加工的各類LED燈芯產(chǎn)品

五、質(zhì)量、效率、成本數(shù)據(jù)分析與選擇方案建議

1、質(zhì)量、效率、成本數(shù)據(jù)分析

表11各測試方案生產(chǎn)流程變化成本數(shù)據(jù)分析

表12 各測試方案質(zhì)量數(shù)據(jù)總結(jié)

表13各測試方案生產(chǎn)效率分析

2、選擇方案建議

從以上數(shù)據(jù)看，四種測試中板邊增設(shè)邊條及NPTH定位的方案在生產(chǎn)效率、成本控制、及品質(zhì)方面均最優(yōu)，建議將此方案作為檢測高密無內(nèi)定位LED燈芯板電性功能的第一選擇。

LED燈芯PCB產(chǎn)品已經(jīng)發(fā)展了一段時(shí)間，主要以焊盤點(diǎn)數(shù)少、燈板面積小的樣品為主，PCB生產(chǎn)企業(yè)一般安排多臺(tái)飛針機(jī)同時(shí)加工。但隨著焊盤密度、客戶需求數(shù)量的增加，已超出了普通飛針機(jī)的加工能力范圍，近期電刷式飛針機(jī)的研發(fā)與應(yīng)用，會(huì)對(duì)此類定單有一定的改善作用。文章僅針對(duì)LED板制程中點(diǎn)數(shù)較多、中、高難度的LED燈板類批量產(chǎn)品進(jìn)行分析，并提出了幾點(diǎn)建議供各位參考，為完善LED燈芯PCB產(chǎn)品的工藝制程盡一份力。