Mini LED封裝中，不同PCB表面處理工藝有何應(yīng)用特點？

2023年01月18日 13:08$artinfo.Reprint點擊量：790

　　隨著Mini LED技術(shù)邁入高速發(fā)展期，芯片微縮化趨勢愈發(fā)明顯，LED芯片焊盤尺寸也相應(yīng)縮小，這對Mini LED封裝端提出了挑戰(zhàn)，各大封裝廠不斷提升工藝與設(shè)備精度，技術(shù)路線也是百花齊放。

　　Mini LED應(yīng)用的技術(shù)路線繁多，但眾多廠商都有一個共同的目標(biāo)：降本增效。在Mini LED制程中，鎳金焊盤基板使用廣泛但成本居高不下，因此傳統(tǒng)SMT PCB焊盤鍍層設(shè)計的理念得以進(jìn)入Mini LED玩家的視野范圍內(nèi)。

　　在此背景下，噴錫、Cu OSP、化錫等焊盤應(yīng)用工藝蜂擁而至，本文將介紹不同焊盤鍍層及其特點。

　　什么是PCB表面處理

　　Mini LED PCB工藝難度在于阻焊環(huán)節(jié)與表面處理環(huán)節(jié)，其中，PCB表面處理最基本的目的是保證良好的可焊性或電性能。

　　那么，什么是PCB表面處理？

　　由于銅在空氣中非常容易被氧化，氧化后對焊接效果會產(chǎn)生負(fù)面影響，因此會在焊盤表面涂(鍍)覆有機層或者金屬層來提升焊錫的潤濕結(jié)合能力。如下圖所示：

　　不同焊盤鍍層種類介紹

　　PCB技術(shù)工藝發(fā)展延續(xù)至今，已經(jīng)產(chǎn)生許多PCB表面處理工藝，常見的是熱風(fēng)整平、有機涂覆OSP、化學(xué)鍍鎳/浸金和浸錫等工藝。

　　■ 無鉛噴錫(熱風(fēng)整平HASL)

　　熱風(fēng)整平又名熱風(fēng)焊料整平HASL (Hot Air Solder Leveled)，它是在PCB表面涂覆熔融錫鉛焊料并用加熱壓縮空氣整(吹)平的工藝，使其形成一層既抗銅氧化，又可提供良好的可焊性的涂覆層。

　　可焊性好，熱風(fēng)整平時焊料和銅在結(jié)合處形成銅錫金屬間化合物。

　　■ Cu OSP(Organic Solderability Preservative)

　　有機涂覆工藝OSP不同于其他表面處理工藝，它是在銅和空氣間充當(dāng)阻隔層，防止銅焊盤表面氧化；有機涂覆工藝簡單、成本低廉，這使得它能夠在業(yè)界廣泛使用。

　　■ 化學(xué)鎳金(ENIG)

　　化學(xué)鍍Ni和浸鍍金(ENIG)具有良好的可焊性。Ni作為隔離層和可焊的鍍層，要求厚度≥3um；Au是Ni的保護(hù)層，如果太多的Au溶解到焊點里(無論是Sn-Pb還是Sn-Ag-Cu)都將引起“金脆”。

　　所以一定要限定Au層的厚度，用于焊接的Au層厚度≤1µm (ENIG ：0.05～0.3µm)。

　　■ 浸錫(Immersion Tin)

　　PCB經(jīng)浸錫工藝后易出現(xiàn)錫須，在焊接過程中錫須和錫遷移會帶來可靠性問題。后在浸錫溶液中加入了有機添加劑，使錫層結(jié)構(gòu)呈顆粒狀結(jié)構(gòu)，克服了之前的問題，而且還具有好的熱穩(wěn)定性和可焊性。

　　缺點：浸錫的最大弱點是壽命短，尤其是存放于高溫高濕的環(huán)境下時，Cu/Sn金屬間化合物會不斷增長，直到失去可焊性。因此，浸錫板不可以存儲太久。

　　如何選擇表面處理工藝？

　　■ 焊盤平整度

　　由于HASL熱風(fēng)整平工藝的局限，對焊盤平整度要求較高的應(yīng)用不建議選擇該處理工藝。

　　■ 焊盤表面可焊性&潤濕性排序如下：

　　化學(xué)鎳金>噴錫(HASL)& 浸錫 > Cu OSP 在應(yīng)對Mini LED直顯應(yīng)用的要求下，建議選擇可焊性和潤濕性較好的鎳金焊盤。

　　許多客戶選擇化學(xué)鎳金表面處理工藝后在焊接過程中發(fā)現(xiàn)“黑墊”的現(xiàn)象。如下圖所示：

　　原因分析如下：

　　(a)焊盤金鍍層和鎳鍍層結(jié)構(gòu)不夠致密，表面存在裂縫，空氣中的水份容易進(jìn)入，以及浸金工藝中的酸液容易殘留在鎳鍍層中。在鍍金時，其表面晶粒就會呈現(xiàn)粗糙、稀松、多孔的形貌形成眾多空隙，而鍍液就會透過這些空隙繼續(xù)和Au層下的Ni原子反應(yīng)，使Ni原子繼續(xù)發(fā)生氧化，而未溶走的Ni離子就被困在Au層下面，形成了氧化鎳(NixOy)。當(dāng)鎳層被過度氧化侵蝕時，就形成了所謂的黑焊盤。

　　(b)鎳鍍層磷含量偏高或偏低，導(dǎo)致鍍層耐酸腐蝕性能差，易發(fā)生腐蝕變色，出現(xiàn)“黑盤”現(xiàn)象，使可焊性變差。(PH為3～4較好)

　　(c)鍍金層過薄，焊接時，作為可焊性保護(hù)性涂覆層的薄薄的Au層很快擴散到焊料中，露出已過度氧化、低可焊性的Ni層表面，勢必使得Ni與焊料之間難以形成均勻、連續(xù)的金屬間化合物(IMC)，影響焊點界面結(jié)合強度，并可能引發(fā)沿焊點/鍍層結(jié)合面開裂，嚴(yán)重的可導(dǎo)致表面潤濕不良使元件從PCB上脫落或鎳面發(fā)黑，俗稱“黑鎳”。

　　成本&保質(zhì)期

Mini LED封裝中，不同PCB表面處理工藝有何應(yīng)用特點？

　　總結(jié)：隨著Mini LED產(chǎn)品的應(yīng)用要求越來越高，環(huán)保要求越來越嚴(yán)格，焊盤表面處理工藝種類繁多，百花齊放。而無論是哪種表面處理工藝，首要的都是了解表面工藝特點，選擇適合產(chǎn)品應(yīng)用場景。

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