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(jī)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(jī)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,??珊感院茫瑹犸L(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(jī)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(jī)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≤1?m (ENIG :0.05~0.3?m),。
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(jī)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(kuò)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(qiáng)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
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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