在高端光电设备、智能家居市场，LED灯芯类印制电路板的应用越来越广。为确保光谱均匀无暗影，在高密度的灯珠焊盘区域内均不设计过孔，因无内定位孔生产厂商不能采用成本更低、效率更高的治具测试去检测产品的电性能。文章将结合LED灯芯板、通用治具、成形机与电测机的技术特点展开实验，寻找提升生产效益、降低测试成本、确保品质的最佳加工方案。
LED及激光二极管与现有普通卤素光源相比，具有体积小、亮度高、寿命长、响应速度快、节能环保的优点。随着互联网＋及工业4．0的深入推进，LED等节能环保型光源已逐渐成为高端光电设备、智能家电等产品的主流配置。作为信号传输的桥梁，LED印制线路板在出货前必须对面板上所有焊接点的网络结构进行电性能检测，以确保印制电路板正常的电气性能，杜绝插件后因开短路功能性缺陷导致客户巨额索赔的质量风险。
LED印制线路板焊盘呈矩阵分布，密度高，整个板面无任何测试孔（如下图1）。对焊点少的样品，业界只能选择高耗时低效率的飞针机测试；对于高密度焊点多或批量性的产品，业界暂无更好的检测方法。本文将以一款LED灯芯板（H产品）为例，结合成形与电测设备的技术特点，介绍其制作过程中的关键技术，找出最优的成型与电测加工方案，为企业大规模自动化快速生产高密度的LED印制线路板提供技术保障。
图1 无内定位LED灯芯板实物图
现状
一、LED灯芯板的技术特点
1、LED灯芯板工作板设计及典型焊盘分布图（以 H产品为例）
图2 工作板拼板图
图3 1个单元LED焊盘分布图
图4 LED焊盘局部放大图
H产品工作板生产拼板说明
每个工作板拼板（单元）数量（图2）：3＊4＝12个；
每个单元尺寸（图3）：115mm＊120mm
工作板尺寸（图2）：550mm（长）＊420mm（宽）
焊盘局部放大图（图4）：红色为H产品LED灯芯板测试焊盘，绿色为阻焊。
顶层、底层焊盘分布图
H产品的GTL顶层（元件面）焊盘数量为130＊140＝18200个，为LED布局焊盘，后续主要以LED焊盘为参考目标进行实验设计。
H产品的GBL底层（焊接面）焊盘数量为14568个，为常规普通焊盘。
每个单元焊盘总数量18200＋14568＝32768个。
每个工作板测试焊盘总点数：32768＊12＝393216个。
2、产品特征
为确保发光区域内无暗影，灯珠面板区域内（GTL面）不设计过孔；
由于LED发热量小的冷光源，H产品为四层板，内层不设计铜皮层；
为了确保发光的均匀性，灯珠焊盘每个灯珠的焊盘均呈矩阵型结构均匀分布
二、LED灯芯板现有测试方案分析
1、电性能测试要求
高密焊盘呈矩阵对称均匀分布测试点多，每个焊盘均为网络的端点均需要测试。
内层无铜皮层设计或内层铜皮层小于50％，飞针机生产不能采用电容法测试。
每块板无治具内定位孔或内定位孔少于4个，不能采用治具测试。
2、测试方法对比
表1 LED灯芯板飞针与治具测试方法与效率对比
3、LED灯芯板测试效率分析
LED灯芯板H产品每个单元测试效率对比
表2 LED灯芯板H产品测试效率数据对比
飞针机短路测试说明：印制线路板基板上由2个端点相连接形成一条网络，飞针机短路测试时需要测试所有相邻网络间是否存在连接现象，32768个端点中两个端点相连接时最多可连接成16384条网络。依据数组排列组合公式（图a）（其中r、m均为正整数且r≤m）可知，飞针机测试16384条网络短路的总次数为（图b），这也是飞针机最安全的测试方法，总测试网络数约为端点个数的4000倍，因此效率极低。
图a
图b
为减少测试网络的数量提升效率，飞针机在软件设计时引入了ADJ值（相邻网络间最小的安全距离）的概念。行业内一般认为当线距大于1．27mm时均有蚀刻干净不形成短路现象的能力，对于大于此值的两条线路则不测试短路。在实际生产中满足以上条件的总测试网络数约为端点个数的50－100倍，从而大幅度减少了飞针机短路测试网络的数量。这样就既可以保证测出的产品质量，又兼顾飞针测试的效率。因此，本次飞针机测试短路测试网络数量按最低50倍计算。
LED灯芯板H产品每个工作板（pnl）测试效率对比
表3 LED灯芯板H产品不同工作板飞针与治具测试效率对比
备注：以上治具测试时平均每块板人工上下板设置为10秒钟；飞针机测试一个工作板需要678个小时，上下板时间20秒左右可忽略不计。
三、LED灯芯板现有测试方案局限性分析
1、以上在不考虑飞针人工上下板等因素影响条件下，只计算飞针机测试与治具测试时测试点数与设备正常的测试速度之间的效率关系。
2、H产品1个工作板（pnl）有12个拼板，飞针测试需要678小时（即29天）；当达到10块的时候，1台飞针需要生产6780小时（即283天）；当工作板数量达到50块的时候，1台飞针需要生产33900小时（即1413天）。从以上数据看，高密度的LED灯板类产品飞针机生产效率非常低下，不仅浪费大量的加工时间，还浪费了设备、工人、电费成本，仍不能满足客户交期的需求，飞针机无法实现批量生产。
3、采用治具测试，H产品1个工作板（PNL）12个拼板测试时间只需要0．3分钟；10 个 工作板治具测试只需要2．6分钟；当工作板达到50块时，治具测试也只需要12．9分钟。生产效率非常高，即节省了设备、人工、电费运营成本，缩短了加工时间，又能满足大规模快速生产及客户交期需要。因此，突破治具测试的技术瓶颈是实现LED灯芯板类产品批量生产的唯一选择。
原因分析及实验计划
一、原因分析
1、选择治具测试的条件
为保证治具测试的精度与效率，每块测试板均需要有4个对称的NPTH定位孔（如图5），才能让PCB基板上的焊盘中心与治具下模对应的测试针有相同的物理坐标，才能保证在测试下压时探针精准地与测试焊盘中心有良好的接触从而完成测试。
图5 治具测试定位孔
2、治具测试的方法
测试效率的高低是衡量能否实现批量生产的重要指标。采用治具测试首先考虑测试设备的针盘与LED灯芯板焊盘的密度必须相匹配，否则无法种针，其实考虑如何提升测试精度与效率问题。不同的测试方法会导致焊盘与测试针不同的对位精度，不同的对位精度会形成不同的一次合格率。在每块测试板上设计4个对称的NPTH定位孔，可考虑工具辅助定位和板内定位两种方案。
A、工具辅助定位：
在治具上架设管位托板定位；
在治具上增设辅助定位边框及NPTH管位孔定位；
B、基板定位：
内定位：在LED灯芯板的另一面（GBL面）空旷的无铜区内增加沉孔定位
增设边条定位（外定位）：在LED灯芯板的板边先设计一组边条，并在边条上设计四个NPTH定位孔，利用增设在边条的四个NPTH定位孔进行测试，测试完成后再将增设的边条铣掉，从而得到LED灯芯产品的技术方案。此方案中增加了精铣流程，保证板子的外形尺寸满足生产要求成为技术成败的关键。
