PCB de pantalla LED COB

PCB de pantalla LED COB: definición, alcance y a quién va dirigida esta guía

Este manual está diseñado para ingenieros de hardware, líderes de adquisiciones y gerentes de producto encargados de la adquisición de módulos de pantalla de alto rendimiento. Específicamente, aborda los desafíos únicos de la PCB de pantalla LED COB (Chip-on-Board), una tecnología donde los chips LED brutos se montan directamente sobre la placa de circuito impreso en lugar de utilizar componentes SMD encapsulados. Este método de unión directa permite pasos de píxel ultrafinos (inferiores a P1.0), una gestión térmica superior y una durabilidad superficial robusta, pero exige un estándar significativamente más alto de precisión en la fabricación de PCB en comparación con las pantallas tradicionales.

Los lectores encontrarán aquí un marco estructurado para la toma de decisiones, que va más allá de las definiciones básicas para llegar a especificaciones accionables. Cubrimos los requisitos críticos de materiales necesarios para soportar el wire bonding, los riesgos de fabricación que conducen a "píxeles muertos" o a la deformación del módulo, y las pruebas de validación específicas requeridas para aceptar un lote. Ya sea que esté desarrollando una pared de video interior de alta resolución o una pantalla robusta para sala de control, esta guía proporciona los criterios técnicos para evaluar a los proveedores y garantizar la calidad. En APTPCB (Fábrica de PCB APTPCB), entendemos que la PCB ya no es solo un soporte; en la tecnología COB, la PCB es el propio sustrato de encapsulado. Este cambio transfiere la carga de la precisión del encapsulador de LED al fabricante de PCB. Esta guía tiene como objetivo equiparle con la lista de verificación y el conocimiento para navegar ese cambio de manera segura, asegurando que sus productos de visualización cumplan con las rigurosas demandas del mercado visual moderno.

Cuándo usar una PCB para pantalla LED COB (y cuándo un enfoque estándar es mejor)

Comprender la complejidad de fabricación descrita anteriormente ayuda a determinar si los beneficios de rendimiento de la tecnología Chip-on-Board justifican el rigor de ingeniería requerido para su aplicación específica.

Elija una PCB para pantalla LED COB cuando:

El paso de píxel es ultrafino (< P1.2): Las limitaciones físicas del encapsulado SMD dificultan lograr una alta densidad sin comprometer la fiabilidad. COB permite un empaquetado más ajustado de los chips LED.
La durabilidad es crítica: Si la pantalla va a ser tocada, limpiada o expuesta al tráfico público, COB ofrece una superficie lisa y encapsulada que es a prueba de polvo, humedad y resistente a impactos (a diferencia de los frágiles LED SMD).
La gestión térmica es un cuello de botella: La conexión directa del chip a la PCB permite que el calor se disipe más rápidamente a través del sustrato, extendiendo la vida útil de los LED.
Los ángulos de visión importan: La ausencia de máscaras de encapsulado (copas) alrededor de los SMD individuales permite ángulos de visión más amplios (hasta 170°) sin cambio de color.
El contraste visual es prioritario: La superficie puede tratarse con recubrimientos negros mate para lograr relaciones de contraste extremadamente altas para aplicaciones premium de PCB para pantallas LED de interior.

Opte por una PCB de pantalla LED SMD estándar cuando:

El paso de píxel es grande (> P2.0): El beneficio de costo de COB disminuye en pasos más grandes donde los SMD estándar están comoditizados y son suficientes.
La reparabilidad es esencial: Reemplazar un solo LED SMD es sencillo. Reparar un píxel muerto en un módulo COB requiere equipo especializado para quitar la encapsulación y volver a unir el dado.
El presupuesto es la restricción principal: Los procesos SMD estándar tienen una barrera de entrada más baja y costos iniciales de herramientas más bajos en comparación con los requisitos de alta precisión de los sustratos COB.
La tolerancia de uniformidad del color es flexible: Si bien COB es excelente, la clasificación de los dados brutos y la garantía de una encapsulación uniforme en todos los lotes puede ser más compleja que comprar carretes SMD preclasificados.

Especificaciones de PCB para pantallas LED COB (materiales, apilamiento, tolerancias)

Una vez que haya determinado que COB es el camino correcto, el siguiente paso es definir una hoja de especificaciones rígida que no deje lugar a ambigüedades con respecto a la planitud de la superficie y la calidad de la almohadilla de unión.

Material base (Núcleo): El FR4 de alta Tg (Tg > 170°C) es el estándar mínimo para prevenir la formación de cráteres en las almohadillas durante la unión de cables. Para aplicaciones de alto brillo, considere las PCB de núcleo metálico (MCPCB) o los sustratos con respaldo de aluminio para una disipación de calor superior.
Acabado superficial: ENEPIG (Níquel Electrolítico Paladio Electrolítico Oro por Inmersión) u Oro por Inmersión (ENIG) con un espesor mínimo de oro de 2-3µin. Esto no es negociable para una unión de alambre fiable (alambre de oro o alambre de cobre). HASL no es aceptable debido a la irregularidad.
Tolerancia de espesor de la placa: ±5% o mejor. El ±10% estándar es a menudo demasiado holgado para un mosaico sin fisuras de los módulos de visualización.
Alabeo / Flexión y Torsión: < 0,5% (diagonal). Los módulos COB deben ser perfectamente planos para asegurar que la capa de encapsulación cure uniformemente y que los módulos se coloquen sin costuras visibles.
Peso del cobre: Típicamente 1oz o 2oz. Un mayor peso de cobre ayuda en la dispersión térmica, pero requiere un control cuidadoso del grabado para mantener anchos de línea finos para interconexiones de alta densidad.
Máscara de soldadura: Negro mate o blanco especializado de alta reflectividad, según los requisitos de contraste. La máscara debe estar libre de halógenos y ser capaz de soportar las temperaturas de curado de la encapsulación sin decolorarse.
Rugosidad de la almohadilla: Ra < 0,3µm. Las almohadillas de unión deben ser extremadamente lisas para asegurar que la unión del alambre se adhiera correctamente.
Espacio/Traza mínima: A menudo hasta 3mil/3mil (0,075mm) para aplicaciones Mini-LED. Esto requiere capacidades HDI (Interconexión de Alta Densidad).
Estructura de las vías: Se prefieren las vías tapadas y cubiertas (Tipo VII) para evitar que el material de encapsulación se filtre en los orificios y cree vacíos.
Estabilidad dimensional: El material no debe encogerse ni expandirse significativamente durante el proceso de reflujo o curado, ya que esto desalinearía los chips LED.
Limpieza: La contaminación iónica debe controlarse estrictamente (< 1,0 µg/cm² equivalente de NaCl) para prevenir la corrosión bajo la capa de encapsulación.
Marcas fiduciales: Se requieren marcas fiduciales metálicas expuestas de alto contraste para que el sistema de visión del die bonder se alinee con precisión.

Riesgos de fabricación de PCB para pantallas LED COB (causas raíz y prevención)

Con las especificaciones ya definidas, debe anticipar los modos de falla comunes inherentes a la producción de PCB para pantallas LED COB para implementar controles de calidad efectivos.

Riesgo: Levantamiento del hilo de unión (circuito abierto)
- Causa raíz: Superficie de la almohadilla contaminada (oxidación, residuos orgánicos) o espesor de oro insuficiente.
- Detección: Prueba de tracción durante la configuración; prueba de continuidad eléctrica después de la unión.
- Prevención: Requerir limpieza con plasma antes de la unión; especificar ENEPIG o ENIG grueso; aplicar reglas estrictas de vida útil de almacenamiento.
Riesgo: Alabeo del módulo (problemas de mosaico)
- Causa raíz: Desajuste del CTE (Coeficiente de Expansión Térmica) entre el sustrato de la PCB, las capas de cobre y la resina epoxi de encapsulación.
- Detección: Perfilometría láser o medidores de planitud en módulos terminados.
- Prevención: Usar apilamientos equilibrados (balance de cobre); seleccionar materiales de encapsulación con CTE que coincida con el PCB; utilizar perfiles de curado de bajo estrés.
Riesgo: Efecto "Oruga" o Bandas Visuales
- Causa Raíz: Espesor inconsistente de la máscara de soldadura o variaciones de color entre lotes.
- Detección: Inspección visual bajo iluminación controlada; medición con colorímetro.
- Prevención: Suministrar la tinta de la máscara de soldadura de un solo lote para todo el proyecto; controlar el espesor de la tinta a ±5µm.
Riesgo: Desplazamiento / Desalineación del Chip
- Causa Raíz: Inestabilidad dimensional del PCB o reconocimiento deficiente de los puntos de referencia (fiduciales).
- Detección: AOI (Inspección Óptica Automatizada) después de la colocación del chip, antes del encapsulado.
- Prevención: Usar materiales High-Tg con baja expansión en el eje Z; asegurar que los puntos de referencia estén libres de invasión de la máscara de soldadura.
Riesgo: Delaminación del Encapsulado
- Causa Raíz: Humedad atrapada en el PCB o mala adhesión entre la máscara y el epoxi.
- Detección: Pruebas de choque térmico; microscopía acústica (C-SAM).
- Prevención: Hornear los PCB para eliminar la humedad antes de la unión; asegurar que la energía superficial de la máscara de soldadura sea compatible con el compuesto de encapsulado.
Riesgo: Cortocircuito Eléctrico (Migración)
- Causa Raíz: Crecimiento dendrítico entre pads de paso fino debido a contaminación iónica y humedad.
- Detección: Pruebas de polarización de temperatura y humedad (THB).
- Prevención: Procesos de lavado estrictos; pruebas de contaminación iónica (prueba Rose) en placas desnudas.
Riesgo: Píxeles Muertos después del Envejecimiento
- Causa Raíz: Microfisuras en las trazas debido a la flexión o al estrés térmico.
Detección: Prueba de quemado (72+ horas).
Prevención: Usar lágrimas más grandes en las uniones de las almohadillas; evitar ángulos agudos en el enrutamiento; verificar la flexibilidad si se utilizan sustratos de PCB de pantalla LED flexible.
Riesgo: Disipación de calor deficiente
- Causa raíz: Vías térmicas insuficientes o capa dieléctrica con baja conductividad térmica.
- Detección: Imágenes térmicas del módulo en funcionamiento.
- Prevención: Maximizar el número de vías térmicas; usar materiales dieléctricos conductores; considerar opciones de núcleo metálico.

Validación y aceptación de PCB de pantalla LED COB (pruebas y criterios de aprobación)

Para mitigar los riesgos descritos anteriormente, se debe ejecutar un plan de validación robusto antes de que comience la producción en masa del PCB de pantalla LED COB.

Objetivo: Verificar la capacidad de unión
- Método: Prueba de tracción de hilo y prueba de cizallamiento de bola.
- Criterios: Resistencia a la tracción del hilo > 5g (para hilo de 1mil); Resistencia al cizallamiento > 30g. El modo de falla debe ser la rotura del hilo, no el levantamiento.
Objetivo: Verificar la planitud de la superficie
- Método: Colocar el PCB en una placa de superficie de granito y medir el alabeo/torsión con galgas de espesores o un escáner láser.
- Criterios: Alabeo/torsión máximo < 0,5% de la dimensión diagonal. Para el teselado, la desviación de planitud del borde < 0,1mm.
Objetivo: Verificar la adhesión de la máscara de soldadura
- Método: Prueba de cinta de corte en cuadrícula (ASTM D3359).
- Criterios: Clasificación 5B (0% de eliminación). Crítico para asegurar que la encapsulación no se desprenda de la máscara.
Objetivo: Verificar la fiabilidad térmica
Método: Ciclos térmicos (de -40°C a +125°C, 500 ciclos).
Criterios: Cambio de resistencia < 10%; sin delaminación; sin grietas en la máscara de soldadura o en las vías.
Objetivo: Verificar la limpieza iónica
- Método: Cromatografía iónica o prueba ROSE.
- Criterios: < 1,56 µg/cm² equivalente de NaCl (requisito IPC-6012 Clase 3 recomendado para alta fiabilidad).
Objetivo: Verificar el espesor del chapado
- Método: Fluorescencia de rayos X (XRF).
- Criterios: Níquel: 118-236µin; Oro: 2-5µin (para ENIG). La adhesión a la especificación es vital para el wire bonding.
Objetivo: Verificar la rigidez dieléctrica
- Método: Prueba Hi-Pot entre circuitos independientes y tierra/sustrato (para núcleo metálico).
- Criterios: Sin ruptura a 1000V DC + 2x tensión nominal.
Objetivo: Verificar la consistencia visual
- Método: Medición colorimétrica de la máscara de soldadura (espacio de color Lab*).
- Criterios: Delta E < 1,0 entre placas del mismo lote.

Lista de verificación de calificación de proveedores de PCB para pantallas LED COB (RFQ, auditoría, trazabilidad)

Al seleccionar un socio como APTPCB, utilice esta lista de verificación para asegurarse de que el fabricante tenga las capacidades específicas requeridas para la producción de PCB para pantallas LED COB, en lugar de solo experiencia general en PCB.

Grupo 1: Entradas de RFQ (Lo que debe proporcionar)

Archivos Gerber: Formato RS-274X con contorno claro y marcas fiduciales.
Dibujo de fabricación: Especificando la Clase IPC (2 o 3), el Tg del material y las tolerancias dimensionales.
Diagrama de apilamiento: Definición de los pesos de cobre, el espesor dieléctrico y los requisitos de impedancia.
Plano de panelización: Crítico para el ensamblaje; incluir orificios de herramientas y marcas fiduciales en los rieles.
Especificación de acabado superficial: Indicar explícitamente "ENIG soldable con hilo" o "ENEPIG".
Especificación de máscara de soldadura: Código de color, nivel mate/brillo y preferencia de marca (por ejemplo, Taiyo).
Criterios de aceptación: Referenciar las pruebas de validación enumeradas en la sección anterior.
Proyecciones de volumen: EAU (Uso Anual Estimado) para determinar la estrategia de herramientas.

Grupo 2: Prueba de capacidad (Lo que deben demostrar)

Línea/Espacio mínimo: ¿Pueden grabar de forma fiable 3mil/3mil o más fino?
Control de acabado superficial: ¿Disponen de XRF interno para verificar el espesor del oro en cada lote?
Precisión de la máscara de soldadura: ¿Pueden lograr los anchos de presa requeridos entre las almohadillas sin invasión?
Tapado de vías: ¿Ofrecen tapado y recubrimiento con resina (VIPPO) para superficies planas?
Stock de materiales: ¿Disponen de materiales High-Tg y de núcleo metálico adecuados para aplicaciones LED?
Equipo de imagen: ¿Utilizan LDI (Laser Direct Imaging) para un registro de alta precisión?

Grupo 3: Sistema de calidad y trazabilidad

Certificaciones: ISO 9001 es el mínimo; IATF 16949 es preferido para un control de proceso estricto.
Capacidad AOI: ¿Se realiza AOI en capas internas y externas?
Prueba eléctrica: ¿Disponen de probadores de sonda volante o de accesorios capaces de paso fino?
Análisis de sección transversal: ¿Pueden proporcionar microsecciones para probar la calidad de las vías y la integridad del chapado?
Trazabilidad: ¿Pueden rastrear una placa específica hasta el lote de material y los datos del baño de chapado?
Sala limpia: ¿La inspección final y el embalaje se realizan en un ambiente controlado para evitar el polvo?

Grupo 4: Control de cambios y entrega

Política de PCN: ¿Le notificarán antes de cambiar de proveedores de materiales o de marcas de tinta de máscara?
Embalaje: ¿Utilizan bolsas selladas al vacío, con barrera de humedad (MBB) y tarjetas indicadoras de humedad (HIC)?
Protección contra la deformación: ¿Envían con refuerzos o bandejas especializadas para evitar la deformación durante el tránsito?
Tiempo de entrega: ¿El tiempo de entrega es consistente con la complejidad (típicamente más largo para ENEPIG/COB)?

Cómo elegir una PCB para pantalla LED COB (compromisos y reglas de decisión)

Navegar por las especificaciones a menudo implica compromisos. Utilice estas reglas de decisión para equilibrar el rendimiento con el costo y la fabricabilidad de su PCB para pantalla LED COB.

Si prioriza la uniformidad visual: Elija una PCB rígida con enrutamiento de alta precisión y tolerancias de planitud estrictas (<0,3%). Evite los sustratos flexibles a menos que la aplicación exija curvatura, ya que los circuitos flexibles son más difíciles de unir perfectamente.
Si prioriza el brillo y la vida útil térmica: Elija PCB de núcleo metálico (MCPCB) o FR4 con respaldo de aluminio. La conductividad térmica es superior a la del FR4 estándar, lo que permite que los LED funcionen con mayor brillo y menor temperatura.
Si prioriza factores de forma creativos: Elija PCB de pantalla LED flexible o PCB de pantalla LED curva. Prepárese para costos más altos y una fijación más compleja durante el proceso de unión para mantener la planitud.
Si prioriza la resistencia al impacto: Elija PCB de pantalla LED GOB (Glue-on-Board) como término medio. Utiliza LED SMD pero añade una capa protectora de pegamento. Es más barato que el COB completo pero ofrece una protección superficial similar, aunque con un potencial de densidad de píxeles ligeramente inferior.
Si prioriza el costo en paso medio (P1.5 - P2.5): Manténgase en el SMD estándar sobre FR4. La prima por los sustratos COB (acabado ENEPIG, máscara de alta gama) no se justifica si la densidad de píxeles no lo exige.
Si prioriza la fiabilidad de la unión por hilo: Elija ENEPIG sobre ENIG. La capa de paladio previene el síndrome de la "almohadilla negra" y ofrece una ventana de proceso más amplia para la unión por hilo, reduciendo el riesgo de circuitos abiertos.
Si prioriza el contraste: Elija una máscara de soldadura negra con un acabado mate. Sin embargo, asegúrese de que el fabricante pueda manejar las tolerancias de exposición más estrictas requeridas para la máscara negra (que absorbe la luz UV durante el curado).

Preguntas frecuentes sobre PCB de pantalla LED COB (costo, tiempo de entrega, archivos DFM, materiales, pruebas)

P: ¿Cuál es el principal factor de costo para las PCB de pantallas LED COB en comparación con las placas LED estándar? El acabado superficial y el material base son los mayores impulsores. Las PCB de pantallas LED COB requieren ENEPIG de alta calidad o ENIG grueso para la unión de cables (wire bonding), lo que es significativamente más caro que HASL. Además, se necesitan materiales FR4 de alta Tg o con núcleo metálico para la estabilidad y la gestión térmica.

P: ¿Cómo se compara el tiempo de entrega de las PCB de pantallas LED COB con el de las PCB estándar? Espere un aumento en el tiempo de entrega de 3 a 5 días en comparación con las placas estándar. Los requisitos estrictos de planitud de la superficie, el chapado especializado (ENEPIG) y el riguroso control de calidad (100% AOI, seccionamiento transversal) añaden tiempo al proceso de fabricación de PCB de producción en masa.

P: ¿Qué archivos DFM específicos para PCB de pantallas LED COB debo enviar para revisión? Además de los Gerbers estándar, envíe un dibujo detallado de panelización y un "mapa de unión" si está disponible. Es crucial definir las zonas de "exclusión" para la presa de encapsulación. Nuestras directrices DFM pueden ayudarle a estructurar estos archivos para evitar demoras.

P: ¿Puedo usar FR4 estándar para PCB de pantallas LED COB? Es arriesgado. El FR4 estándar (Tg 130-140°C) puede ablandarse demasiado durante las temperaturas de unión de cables y curado de encapsulación, lo que lleva a inestabilidad de las almohadillas o deformación. Recomendamos encarecidamente materiales FR4 de alta Tg (Tg >170°C) o PCB con núcleo metálico. P: ¿Cuáles son los criterios de aceptación para la planitud de los PCB de pantallas LED COB? Para pantallas de gama alta, nuestro objetivo es una curvatura/torsión de <0,5%. El estándar IPC Clase 2 permite un 0,75%, pero esto a menudo es demasiado laxo para un mosaico sin fisuras de módulos COB. Especifique la tolerancia más estricta en sus notas de fabricación.

P: ¿Cómo prueban la fiabilidad de las almohadillas de unión de cables? Realizamos pruebas de cizallamiento y pruebas de tracción de cables en cupones de prueba incluidos en el panel de producción. Esto asegura que la adhesión y la dureza del chapado cumplen los requisitos para una unión fiable sin destruir las placas de producción.

P: ¿Es el PCB de pantalla LED GOB lo mismo que COB? No. GOB (Glue on Board) utiliza componentes SMD estándar que se sueldan y luego se cubren con una capa protectora de pegamento. COB monta el chip LED crudo directamente en el PCB. COB permite pasos más finos, mientras que GOB es una mejora de robustez para pasos estándar.

P: ¿Apoyan la fabricación de PCB flexibles para pantallas LED COB? Sí, fabricamos sustratos de PCB flexibles para COB. Sin embargo, estos requieren herramientas especializadas para mantener la placa flexible perfectamente plana durante el proceso de unión de chips y encapsulación.

P: ¿Qué acabado superficial es el mejor para los PCB de pantallas LED COB? ENEPIG es el estándar de oro. Ofrece la mejor soldabilidad para los componentes y la mejor capacidad de unión para cables de oro/cobre. El ENIG grueso es una opción secundaria, pero conlleva un mayor riesgo de "black pad" si no se controla estrictamente.

Recursos para PCB de pantallas LED COB (páginas y herramientas relacionadas)

PCB de núcleo metálico: Explore sustratos a base de aluminio y cobre esenciales para gestionar la alta densidad térmica de las pantallas COB.
PCB HDI: Aprenda sobre la tecnología de interconexión de alta densidad (HDI), que a menudo se requiere para enrutar las señales de paso fino en las placas COB de Mini-LED y Micro-LED.
Acabados de superficie de PCB: Compare ENEPIG, ENIG y otros acabados para comprender por qué los chapados específicos son críticos para la fiabilidad de la unión por hilo.
PCB Flexibles: Comprenda las capacidades y limitaciones si está diseñando un módulo de pantalla COB flexible o curvo.
Calidad de PCB: Revise nuestros sistemas de control de calidad, incluidas las certificaciones y el equipo de inspección, para verificar que cumplimos con sus requisitos de validación.

Solicite un presupuesto para PCB de pantallas LED COB (revisión DFM + precios)

¿Listo para avanzar? Solicite un presupuesto hoy mismo, y nuestro equipo de ingeniería realizará una revisión DFM exhaustiva para identificar posibles problemas de unión o planitud antes de la fijación de precios.

Para obtener el presupuesto y la retroalimentación DFM más precisos, incluya:

Archivos Gerber: formato RS-274X.
Detalles del apilamiento: Peso del cobre, espesor del dieléctrico y espesor total.
Especificaciones del material: Clasificación Tg o requisitos de núcleo metálico.
Acabado superficial: Especificar ENEPIG o ENIG apto para unión por hilo.
Volumen: Cantidad de prototipos vs. objetivos de producción en masa.

Conclusión: Próximos pasos para los PCB de pantallas LED COB

La transición a la tecnología de PCB de pantallas LED COB representa un salto significativo en el rendimiento visual y la durabilidad, pero traslada la complejidad de fabricación directamente al sustrato del PCB. El éxito depende de una selección rigurosa de materiales, un control preciso de la planitud y una estrategia de validación que anticipe los riesgos únicos de la unión de chips (die bonding) y la encapsulación. Siguiendo las especificaciones y la lista de verificación descritas en este manual, puede calificar con confianza a los proveedores y ejecutar una producción que entregue módulos de pantalla sin interrupciones y de alta fiabilidad.