Mini LED封装中，不同PCB表面处理工艺有何应用特点？

2023-01-10 10:00

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。FeciAir（屏定视界）——显示屏，要定制，找厦门视界物联

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？

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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：

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：

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