LED燈用印制板阻焊顏色一致性研究

趙宏靜 龍亞山

（通元科技（惠州）有限公司，廣東 惠州 516005）

0 引言

LED（發(fā)光二極管）顯示屏產(chǎn)品目前市場(chǎng)前景一片興旺，各種各樣的LED類型產(chǎn)品百花齊放。正裝、倒裝、Mini LED、Micro LED以及COB等不同類型的LED產(chǎn)品，均存在一個(gè)共同的特征，不同拼接屏之間燈珠面的產(chǎn)品外觀決定著最終產(chǎn)品的成品外觀。當(dāng)燈珠間距較大時(shí)，可采用貼面罩的方法來(lái)確保產(chǎn)品外觀顏色的一致性，但隨著像素與分辨率的不斷提高，燈珠間距不斷減小，已沒(méi)有足夠的空間貼面罩。當(dāng)燈珠間距小于1.5 mm時(shí)，PCB板的阻焊面將成為顯示屏產(chǎn)品的第一直接外觀面。阻焊油墨厚度及顏色受到PCB制程中各種因素的影響，在實(shí)際生產(chǎn)中存在顏色差異，導(dǎo)致產(chǎn)品在拼接成成品后外觀出現(xiàn)顏色深淺不一的色塊。阻焊顏色的一致性已成為L(zhǎng)ED及COB PCB的關(guān)鍵管控項(xiàng)目。本文研究在LED及COB板阻焊網(wǎng)印到表面處理的各個(gè)環(huán)節(jié)中，通過(guò)測(cè)量色度來(lái)定量衡量顏色變化，分析各生產(chǎn)環(huán)節(jié)對(duì)顏色的影響，進(jìn)而研究控制顏色一致性的有效方案。

1 顏色指標(biāo)

顏色用L、a、b 3個(gè)值表示，并用三維坐標(biāo)來(lái)定義。L為Z軸代表亮度，其值從0（黑）～255（白），L 值越大顏色越白，色度越高。

A、b 是X、Y軸，a 值代表綠紅軸上顏色的飽和度，負(fù)值表示綠色，正值表示紅色，a值越大顏色越紅；b值代表藍(lán)黃軸上顏色的飽和度，負(fù)值表示藍(lán)色，正值表示黃色，b值越大顏色越黃。LED產(chǎn)品主要使用啞光黑色油墨，主要考量油墨的色度L值，顏色深淺不做要求，但一致性是關(guān)鍵指標(biāo)。顏色指標(biāo)示意圖見(jiàn)圖1所示。

圖1 顏色指標(biāo)示意圖

2 實(shí)驗(yàn)檢測(cè)方案

2.1 制作流程及測(cè)量節(jié)點(diǎn)

制作流程參照常規(guī)LED/COB板阻焊絲印流程及表面處理流程，分別在絲印預(yù)烤后、阻焊曝光后及表面處理噴砂后進(jìn)行墨色測(cè)量，流程及測(cè)量節(jié)點(diǎn)見(jiàn)圖2所示。

圖2 流程及測(cè)量節(jié)點(diǎn)示意圖

2.2 檢測(cè)儀器

測(cè)量?jī)x器為分光測(cè)色儀，儀器型號(hào)為：TS7700，生產(chǎn)廠家為：深圳市三恩時(shí)儀器科技有限公司。

2.3 檢測(cè)方案

取某型號(hào)生產(chǎn)板200塊，每塊板編號(hào)跟蹤識(shí)別，對(duì)應(yīng)測(cè)量和記錄。制作過(guò)程中的所有相關(guān)動(dòng)作依據(jù)編號(hào)進(jìn)行記錄，使用色差儀在各測(cè)量節(jié)點(diǎn)測(cè)量色度，并記錄其色度L值。每塊板固定選取3個(gè)測(cè)量位置（見(jiàn)圖3），分別如下。

（1）位置A：板邊基材區(qū)（蓋油）。

（2）位置B：板邊模擬焊盤區(qū)（全蓋油）。

（3）位置C：板內(nèi)單元區(qū)。

圖3 測(cè)量位置示意圖

2.4 評(píng)估項(xiàng)目

（1）墨色亮度L值與油墨厚度對(duì)應(yīng)關(guān)系；

（2）對(duì)比同一狀態(tài)不同位置色度差異，以及波動(dòng)區(qū)間；

（3）對(duì)比不同狀態(tài)相同位置色度差異，以及波動(dòng)區(qū)間；

（4）對(duì)比相同色度板外觀效果，評(píng)估色度量化值L與人眼感知的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

3 測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

3.1 油墨厚度（印油次數(shù)）與墨色色度L值的對(duì)應(yīng)關(guān)系

在其它條件不變的情況下，對(duì)全銅板、黃色及黑色基板分別印一次、二次黑色啞光油墨，對(duì)比油墨色度L值，數(shù)據(jù)表明，油墨越厚，顏色越深，L值越小。具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 一次/二次印油墨色度L值數(shù)據(jù)表

3.2 預(yù)烤后、曝光后、后烤/噴砂后阻焊油墨色度變化

在預(yù)烤后、曝光后和后烤/噴砂后，對(duì)各編號(hào)板測(cè)量板上ABC位置的L值，統(tǒng)計(jì)總體差異，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。[有附表：原始色度檢測(cè)數(shù)據(jù)，篇幅有限不再詳列]勢(shì)，例如預(yù)烤后的變化趨勢(shì)（見(jiàn)圖4）。

曲線上的數(shù)據(jù)缺失點(diǎn)是由于絲印過(guò)程中因不下油、印油不均等影響導(dǎo)致，為最大程度展示整個(gè)絲印過(guò)程的原貌，特保留這些斷點(diǎn)。變化趨勢(shì)圖中標(biāo)識(shí)了生產(chǎn)過(guò)程中的動(dòng)作。[加油、索紙有原始色度檢測(cè)數(shù)據(jù)，篇幅有限不再詳列]

3.3 A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)阻焊油墨色度變化

相同位置不同工序分析，對(duì)各編號(hào)板不同測(cè)量節(jié)點(diǎn)測(cè)量板上各區(qū)的L值，統(tǒng)計(jì)總體差異，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（見(jiàn)表3）。

依據(jù)制作順序，觀察制作過(guò)程中L值的變化趨勢(shì)，例如基材A區(qū)變化趨勢(shì)（見(jiàn)圖5）。

3.4 阻焊油墨厚度變化

對(duì)同批次不打釘床絲印的LED板，隨機(jī)抽取30 PCS，切取5個(gè)固定位置測(cè)量基材位油墨厚度，不同位置平均油墨厚度35.2 μm～41.8 μm不等。測(cè)量數(shù)據(jù)（見(jiàn)表4）。將各點(diǎn)厚度數(shù)據(jù)使用雷達(dá)圖可以直觀的顯示出差異（見(jiàn)圖6）。

表2 不同工序后L值統(tǒng)計(jì)表

圖4 預(yù)烤后L值數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)圖

表3 相同位置不同工序后L值統(tǒng)計(jì)表

圖5 基材A區(qū)L值數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)圖

表4 不同位置基材油墨厚度切片數(shù)據(jù)表 （單位：μm）

圖6 基材油墨厚度分布圖

當(dāng)色度偏差在1.0以內(nèi)，人眼觀察不到明顯色差。當(dāng)色度偏差達(dá)到1.2以上時(shí)，人眼比對(duì)能發(fā)現(xiàn)輕微色差，色度數(shù)值越大，油墨顏色越淺，對(duì)比圖見(jiàn)圖7所示。

圖7 不同色度板對(duì)比圖（偏差≥1.2）

4 測(cè)試數(shù)據(jù)分析

4.1 不同位置、不同模塊、不同狀態(tài)跟蹤對(duì)比分析

對(duì)不同位置、不同模塊、不同狀態(tài)跟蹤測(cè)量阻焊油墨的色度，橫向、縱向進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比圖見(jiàn)圖8。

圖8 不同位置、不同模塊、不同狀態(tài)阻焊油墨的色度對(duì)比圖

（2）相同位置曝光后比曝光前色度稍小（約0.2以內(nèi)），曝光時(shí)，油墨發(fā)生光聚合反應(yīng)，導(dǎo)致顏色輕微變深。

（3）后烤噴砂后色度L降幅明顯變大，達(dá)到0.9～1.35，噴砂工藝導(dǎo)致油墨粗糙度增大、顏色也變化。

4.2 制作過(guò)程中L值的變化趨勢(shì)分析

依據(jù)制作順序，對(duì)比生產(chǎn)動(dòng)作與L值變化，對(duì)變化趨勢(shì)進(jìn)行對(duì)比，有以下關(guān)系：

（1）網(wǎng)印過(guò)程中一個(gè)添加油墨或索紙的周期內(nèi)，色度呈現(xiàn)逐漸下降趨勢(shì)，油墨在印刷過(guò)程中，因環(huán)境抽風(fēng)與油墨稀釋劑揮發(fā)，導(dǎo)致粘度逐漸升高，油厚逐漸變厚。

（2）每一次人工加油或索紙，都引起色度的跳躍變化，加油后油墨粘度下降，索紙后網(wǎng)板上油墨被粘走，導(dǎo)致印到板件上的油墨厚度變薄。

（3）按網(wǎng)印順序測(cè)量的色度數(shù)據(jù)體現(xiàn)，在絲印過(guò)程中，操作人員添加油墨、索紙的時(shí)機(jī)有所滯后，往往是色度急劇下降的時(shí)候才被動(dòng)加油墨或索紙，對(duì)應(yīng)油墨越來(lái)越干，下油困難，在印板過(guò)程中已能被操作員明顯感知到或在板上呈現(xiàn)出油墨不均。而加油或索紙動(dòng)作對(duì)原有的粘度、下油量的影響過(guò)大，導(dǎo)致板件上油厚波動(dòng)較大，分析認(rèn)為是引起同批板油墨色差大的根本原因。

4.3 油墨厚度差異、后制程影響、檢測(cè)儀器與人眼感知對(duì)比分析

（1）從同批次板基材位油厚實(shí)測(cè)情況分析，網(wǎng)印油厚介于30.3～48.5 μm以內(nèi)，批次極差達(dá)到18.2 μm，同一片板極差最大11.5 μm，且10 μm以上占比10%，極差5 μm以上占比70%。數(shù)據(jù)表明，除不同板的厚度有差異外，同一片板不同位置油厚也存在一定差異，此差異與刮刀平整度、機(jī)臺(tái)網(wǎng)印手臂水平度，網(wǎng)印壓力、網(wǎng)印過(guò)程中刮刀位置重復(fù)精度（氣缸氣壓調(diào)節(jié)）等均有關(guān)系，以上因素是引起同塊板不同單元油墨色差的根本原因。

（2）不同位置油墨在不同制程狀態(tài)下，色度極差范圍均在2.0左右，即網(wǎng)印處產(chǎn)生的色度波動(dòng)范圍，在后制程處理后無(wú)明顯變化。

（3）測(cè)色儀所測(cè)油墨色度與人眼感觀無(wú)法很好匹配，當(dāng)色度測(cè)量值偏差在1.0以內(nèi)時(shí)，人眼感覺(jué)不出顏色差異。色度偏差達(dá)到1.0以上時(shí)，可以看出輕微顏色差異，數(shù)值越大，顏色越淺，但僅限于阻焊顯影前測(cè)量。焊盤高亮色混雜將嚴(yán)重影響顏色的判斷。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)墨色的專項(xiàng)研究，探討了以分光測(cè)色儀測(cè)量油墨表面色度來(lái)定量評(píng)價(jià)墨色和追蹤墨色變化的可行性。從測(cè)試數(shù)據(jù)分析來(lái)看，網(wǎng)印環(huán)節(jié)不同板件產(chǎn)生了2.0左右的色度偏差，主要源自于生產(chǎn)過(guò)程中的黏度自然變化以及添加油墨、索紙等帶來(lái)的黏度的突變。同時(shí)，網(wǎng)印設(shè)備精度帶來(lái)同一片板不同位置的油厚偏差（約12 μm以內(nèi)）及色度的偏差（約0.6左右）。

由于色度測(cè)量值與人眼感觀無(wú)法精確匹配，且測(cè)量結(jié)果易受到高亮度焊盤的干擾，此方法僅局限于純油墨表面的測(cè)量。盡管色度測(cè)量不失為一種有效的追蹤過(guò)程變異的方法，但不適用于成品油墨顏色的分揀。

結(jié)合測(cè)試結(jié)果，建議采用以下方案進(jìn)一步改善墨色一致性：

（1）網(wǎng)印設(shè)備增加自動(dòng)加油裝置，將間歇式加油升級(jí)為連續(xù)性加油，減少絲印過(guò)程中油墨粘度的逐步變化及突變（開(kāi)油劑揮發(fā)產(chǎn)生的漸變與加油、索紙產(chǎn)生的突變）。

（2）改進(jìn)設(shè)備設(shè)計(jì)，啟用伺服馬達(dá)控制刮刀位置的四柱網(wǎng)印機(jī)以及大尺寸網(wǎng)版，精確管控網(wǎng)印離網(wǎng)高度、刮刀位置、平整度，改善不同區(qū)域油厚及色度的差異。

（3）適當(dāng)提高油墨粘度，使用低揮發(fā)性開(kāi)油水，減小環(huán)境抽風(fēng)，降低網(wǎng)印過(guò)程中油墨粘度變化。

（4）網(wǎng)印過(guò)程中提高索紙、加油頻率以及索紙/加油動(dòng)作后印假板緩沖油墨粘度的突變。