慧聪led屏网

Mini LED封装中,不同PCB表面处理工艺有何应用特点?

2023-01-09 11:53 来源:行家说新闻中心

随着Mini LED技术迈入高速发展期,芯片微缩化趋势愈发明显,LED芯片焊盘尺寸也相应缩小,这对Mini LED封装端提出了挑战,各大封装厂不断提升工艺与设备精度,技术路线也是百花齐放。

Mini LED应用的技术路线繁多,但众多厂商都有一个共同的目标:降本增效。在Mini LED制程中,镍金焊盘基板使用广泛但成本居高不下,因此传统SMT PCB焊盘镀层设计的理念得以进入Mini LED玩家的视野范围内。

在此背景下,喷锡、Cu OSP、化锡等焊盘应用工艺蜂拥而至,本文将介绍不同焊盘镀层及其特点。

什么是PCB表面处理

Mini LED PCB工艺难度在于阻焊环节与表面处理环节,其中,PCB表面处理最基本的目的是保证良好的可焊性或电性能。

那么,什么是PCB表面处理?

由于铜在空气中非常容易被氧化,氧化后对焊接效果会产生负面影响,因此会在焊盘表面涂(镀)覆有机层或者金属层来提升焊锡的润湿结合能力。如下图所示:

Mini LED封装中,不同PCB表面处理工艺有何应用特点?


不同焊盘镀层种类介绍

PCB技术工艺发展延续至今,已经产生许多PCB表面处理工艺,常见的是热风整平、有机涂覆OSP、化学镀镍/浸金和浸锡等工艺。

■  无铅喷锡(热风整平HASL)

热风整平又名热风焊料整平HASL (Hot Air Solder Leveled),它是在PCB表面涂覆熔融锡铅焊料并用加热压缩空气整(吹)平的工艺,使其形成一层既抗铜氧化,又可提供良好的可焊性的涂覆层。

可焊性好,热风整平时焊料和铜在结合处形成铜锡金属间化合物。

■ Cu OSP(Organic Solderability Preservative)

有机涂覆工艺OSP不同于其他表面处理工艺,它是在铜和空气间充当阻隔层,防止铜焊盘表面氧化;有机涂覆工艺简单、成本低廉,这使得它能够在业界广泛使用。

■  化学镍金(ENIG)

化学镀Ni和浸镀金(ENIG)具有良好的可焊性。Ni作为隔离层和可焊的镀层,要求厚度≥3um;Au是Ni的保护层 ,如果太多的Au溶解到焊点里(无论是Sn-Pb还是Sn-Ag-Cu)都将引起“金脆”。

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

■  浸锡(Immersion Tin)

PCB经浸锡工艺后易出现锡须,在焊接过程中锡须和锡迁移会带来可靠性问题。后在浸锡溶液中加入了有机添加剂,使锡层结构呈颗粒状结构,克服了之前的问题,而且还具有好的热稳定性和可焊性。

缺点:浸锡的最大弱点是寿命短,尤其是存放于高温高湿的环境下时,Cu/Sn金属间化合物会不断增长,直到失去可焊性。因此,浸锡板不可以存储太久。

如何选择表面处理工艺?

■  焊盘平整度

由于HASL热风整平工艺的局限,对焊盘平整度要求较高的应用不建议选择该处理工艺。

■  焊盘表面可焊性&润湿性排序如下:

化学镍金>喷锡(HASL)& 浸锡 > Cu OSP  在应对Mini LED直显应用的要求下,建议选择可焊性和润湿性较好的镍金焊盘。

许多客户选择化学镍金表面处理工艺后在焊接过程中发现“黑垫”的现象。如下图所示:

Mini LED封装中,不同PCB表面处理工艺有何应用特点?


原因分析如下:

(a)焊盘金镀层和镍镀层结构不够致密,表面存在裂缝,空气中的水份容易进入,以及浸金工艺中的酸液容易残留在镍镀层中。在镀金时,其表面晶粒就会呈现粗糙、稀松、多孔的形貌形成众多空隙,而镀液就会透过这些空隙继续和Au层下的Ni原子反应,使Ni原子继续发生氧化,而未溶走的Ni离子就被困在Au层下面,形成了氧化镍(NixOy)。当镍层被过度氧化侵蚀时,就形成了所谓的黑焊盘。

(b)镍镀层磷含量偏高或偏低,导致镀层耐酸腐蚀性能差,易发生腐蚀变色,出现“黑盘”现象,使可焊性变差。(PH为3~4较好)

(c)镀金层过薄,焊接时,作为可焊性保护性涂覆层的薄薄的Au层很快扩散到焊料中,露出已过度氧化、低可焊性的Ni层表面,势必使得Ni与焊料之间难以形成均匀、连续的金属间化合物(IMC),影响焊点界面结合强度,并可能引发沿焊点/镀层结合面开裂,严重的可导致表面润湿不良使元件从PCB上脱落或镍面发黑,俗称“黑镍”。

成本&保质期

Mini LED封装中,不同PCB表面处理工艺有何应用特点?


总结:随着Mini LED产品的应用要求越来越高,环保要求越来越严格,焊盘表面处理工艺种类繁多,百花齐放。而无论是哪种表面处理工艺,首要的都是了解表面工艺特点,选择适合产品应用场景。

免责声明:凡注明来源本网的所有作品,均为本网合法拥有版权或有权使用的作品,欢迎转载,注明出处。非本网作品均来自互联网,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。

慧聪LED屏公众号
慧聪LED屏网公众号

更多资讯!欢迎扫码关注慧聪LED屏网微信公众账号