PCB巨量超微小焊盤關(guān)鍵技術(shù)

王欣 周剛 陳勝

（江西科翔電子科技有限公司技術(shù)研發(fā)中心，江西 九江 332100）

0 引言

發(fā)光二極管（light emitting diode，LED）是一種把電能轉(zhuǎn)化為光能的半導(dǎo)體二極管。LED 采用半導(dǎo)體制程生產(chǎn)，按照芯片尺寸的大小，可分類為L(zhǎng)ED、小間距LED（mini light emitting diode，Mini-LED）和微間距LED（micro light emitting diode，Micro-LED）。Mini-LED 芯片尺寸最長(zhǎng)邊為50～200 μm，Micro-LED 芯片尺寸最長(zhǎng)邊則在50 μm 以下；分別可實(shí)現(xiàn)像素點(diǎn)距離P0.5～P1.0 mm 及P0.5 mm 以下的產(chǎn)品。本項(xiàng)目研究Mini-LED 所用的超微小巨量焊盤印制電路板（printed circuit board，PCB），包括Mini-LED 巨量焊盤PCB 設(shè)計(jì)與優(yōu)化、Mini-LED PCB 板厚控制技術(shù)、超微小巨量焊盤制作技術(shù)、Mini-LED PCB 微小阻焊開窗與油墨平整技術(shù)等。

1 產(chǎn)品信息

該款Mini-LED PCB 產(chǎn)品為6 層2 階HDI 板，如圖1 所示。單只焊盤尺寸60 μm×80 μm，成品尺寸168 mm×130 mm，如圖2 所示，交貨單元如圖3 所示。在制板尺寸620 mm×544 mm，拼6 塊板（pieces，PCS），成品板厚（2.0±0.1）mm。基材：芯板為S1000-2M，1.60 mmH/H 覆銅板；積層半固化片S1000-2MB，Tg170 ℃，1 080（RC65%）。

圖1 Mini-LED PCB產(chǎn)品層壓疊構(gòu)

圖2 Mini-LED PCB產(chǎn)品焊盤設(shè)計(jì)

圖3 Mini-LED PCB 產(chǎn)品出貨單元設(shè)計(jì)

2 產(chǎn)品工藝流程

產(chǎn)品工藝流程為：開料→鉆孔→電鍍→樹脂塞孔→磨板→內(nèi)層線路→自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)（automatic optic inspection，AOI）→次外層壓合+裁邊→減銅棕化→鐳射→電鍍→次外層線路→AOI→外層壓合+裁邊→減銅棕化→鐳射→鉆孔→電鍍→外層線路→阻焊→文字→微小阻焊開窗→化金→控深→成型→飛針測(cè)試→壓烤→終檢→成品出廠檢驗(yàn)→包裝。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 Mini-LED巨量焊盤PCB設(shè)計(jì)優(yōu)化

Mini-LED 巨量焊盤要求焊盤形狀為直角。由于采用獨(dú)立焊盤設(shè)計(jì)，蝕刻時(shí)會(huì)將焊盤蝕刻成圓角形狀。因此采用羊角設(shè)計(jì)。為確立最佳羊角補(bǔ)償尺寸，試驗(yàn)設(shè)計(jì)測(cè)試采用4 種尺寸羊角補(bǔ)償：20、30、40、50 μm，面銅（25±5）μm，蝕刻速度4.5 m/min。同時(shí)，增加銅點(diǎn)擋墻，以保證焊盤角度，如圖4所示。

圖4 Mini-LED焊盤設(shè)計(jì)與實(shí)際蝕刻效果

由于焊盤的有效面積決定Mini-LED PCB產(chǎn)品LED面上焊盤有效面積，以及產(chǎn)品可靠性。因此，要求焊盤形狀為直角。通過DOE 測(cè)試，最終確定50 μm羊角補(bǔ)償尺寸為最佳參數(shù)。

3.2 Mini-LED PCB板厚控制

因Mini-LED PCB產(chǎn)品受裝配條件限制，對(duì)成品板厚要求控制在（2.0±0.1）mm，但對(duì)同一批板要求板厚極差≤50 μm，同一PCS板厚極差≤40 μm。通過對(duì)壓合疊構(gòu)設(shè)計(jì)、電鍍銅/鎳/金厚度和阻焊厚度的控制，使最終成品板厚達(dá)到要求范圍以內(nèi)?？刂浦攸c(diǎn)如下：

（1）經(jīng)過測(cè)量發(fā)現(xiàn)覆銅板（copper clad laminate，CCL）測(cè)量板邊50 mm 區(qū)域內(nèi)板厚異常，與供應(yīng)商一同分析，認(rèn)為是板材壓合時(shí)板邊流膠導(dǎo)致板邊偏?。ò宀娜?jí)標(biāo)準(zhǔn)要求為：板厚公差為±75 μm），不能滿足客戶同一塊板內(nèi)厚度公差為±20 μm 的要求。因此，控制工藝使板邊≥50 mm。

（2）電鍍銅/鎳/金厚度控制在要求范圍以內(nèi)，不低于下限，也不高于上限。

（3）阻焊厚度控制在10～30 μm。

3.3 巨量超微小焊盤制作

巨量超微小焊盤制作要求：焊盤尺寸60 μm×80 μm，焊盤間距50～60 μm，采用孔中盤設(shè)計(jì)原理，在盲孔上將微小焊盤制出。因此，需要盲孔完全填平，線路與盲孔對(duì)準(zhǔn)度±10 μm，采用微小焊盤蝕刻技術(shù)實(shí)現(xiàn)。Mini-LED PCB 采用以下方式生產(chǎn)，以保證激光盲孔與焊盤對(duì)位精度±10 μm以內(nèi)：

（1）采用杜邦9325干膜配合奧寶80F曝光機(jī)，最小焊盤間距工程補(bǔ)償后為25 μm；曝光時(shí)，采用16 mJ 能量，顯影后干膜間距為（20±3）μm；為保證蝕刻均勻性，PCB 方向采用垂直放板；LED面向下，保證蝕刻藥水交換均勻性。

（2）盲孔間距≤100 μm，采用沉銅速度為≤3.5 m/min，電鍍線速0.5 m/min，電流密度≤1.5 ASD制作。填孔后進(jìn)行盲孔AOI檢測(cè)。

（3）采用6分割或9分割進(jìn)行曝光，每個(gè)單元有4 個(gè)對(duì)位孔；次外層采用激光燒成的反射靶，外層采用復(fù)合靶標(biāo)對(duì)位，如圖5 所示。梅花靶外圍激光孔徑為400 μm。

圖5 焊盤制作中分割曝光

3.4 Mini-LED PCB 微小阻焊開窗與油墨平整

Mini-LED PCB 阻焊開窗尺寸60 μm×80 μm，而常規(guī)LED 產(chǎn)品的阻焊開窗尺寸要求一般≥250 μm×250 μm。為達(dá)到此要求，采用LED 面機(jī)械阻焊開窗工藝。其具體流程為：Mini-LED PCB→阻焊前處理（超粗化不開磨刷，LED 面向下）→43T 印阻焊黑油→集成電路（integrated circuit，IC）面正常曝光顯影→LED 面固化不進(jìn)行曝光顯影→切片確認(rèn)油墨厚度→LED 面阻焊機(jī)械開窗→LED 面等離子清洗→完成開窗（如圖6所示）。

圖6 機(jī)械開窗后焊盤縱向切片與焊盤

Mini-LED PCB 采用LED 面機(jī)械開窗，可保證油墨與焊盤面完全高度一致，進(jìn)而保證油墨不會(huì)遮擋LED 面發(fā)光。同時(shí)，焊盤之間有阻焊橋（40～50 μm），可實(shí)現(xiàn)小間距沉金工藝。

4 產(chǎn)品可靠性測(cè)試

4.1 焊錫性測(cè)試

測(cè)試方法為浸錫，測(cè)試條件見表1。測(cè)試結(jié)果：3片測(cè)試板均合格。

表1 Mini-LED PCB產(chǎn)品焊錫性測(cè)試條件

4.2 冷熱沖擊測(cè)試

測(cè)試設(shè)備：冷熱沖擊測(cè)試機(jī)；測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：IPC-TM-650 標(biāo)準(zhǔn)2.6.7 條或客戶規(guī)格；測(cè)試條件：-40 ℃/15 min和125 ℃/15 min，100次循環(huán)。判定標(biāo)準(zhǔn)：無爆板、無起泡、無變色、無掉油，則判定合格。

4.3 耐熱沖擊測(cè)試

測(cè)試條件和結(jié)果見表2。

表2 Mini-LED PCB耐熱沖擊測(cè)試記錄

Mini-LED PCB 產(chǎn)品通過焊錫性、冷熱沖擊和耐熱沖擊測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為合格。

5 結(jié)論

Mini-LED PCB 產(chǎn)品通過設(shè)計(jì)優(yōu)化，跟進(jìn)樣板完成全流程生產(chǎn)，成品檢測(cè)及檢驗(yàn)合格；焊錫性、冷熱沖擊及耐熱沖擊測(cè)試合格，客戶端已認(rèn)證完成。

對(duì)特殊流程管控、板厚控制、焊盤設(shè)計(jì)優(yōu)化與制作、微小焊盤阻焊開窗等關(guān)鍵控制點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，為后續(xù)批量導(dǎo)入，提供經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)。關(guān)鍵控制點(diǎn)要求如下：

（1）Mini-LED 巨量超微小焊盤PCB 設(shè)計(jì)與優(yōu)化，要求焊盤形狀為直角。由于采用獨(dú)立焊盤的設(shè)計(jì)，蝕刻時(shí)會(huì)將焊盤蝕刻成圓角形狀，因此采用羊角設(shè)計(jì)。通過DOE 測(cè)試，最終確認(rèn)50 μm 為最佳羊角補(bǔ)償參數(shù)。

（2）Mini-LED PCB 板厚控制。由于Mini-LED PCB 產(chǎn)品受裝配條件限制，對(duì)成品板厚要求控制在（2.0±0.1）mm，但對(duì)同一批板要求板厚極差≤50 μm，同一PCS 板厚極差≤40 μm。通過對(duì)工藝驗(yàn)證、壓合疊構(gòu)設(shè)計(jì)、電鍍銅/鎳/金厚度和阻焊厚度的控制，最終控制成品板厚在要求范圍以內(nèi)。

（3）超微小巨量焊盤制作。制作要求：焊盤尺寸60 μm×80 μm，焊盤間距50～60 μm。采用孔中盤制作技術(shù)和線路分割曝光技術(shù)，實(shí)現(xiàn)盲孔與線路焊盤的高對(duì)準(zhǔn)度與微小焊盤的制作。

（4）Mini-LED PCB 微小阻焊開窗與油墨平整。阻焊開窗尺寸60 μm×80 μm，采用LED 面機(jī)械阻焊開窗工藝，實(shí)現(xiàn)阻焊微小焊盤開窗、油墨與焊盤完全平整、阻焊開窗與焊盤的高對(duì)準(zhǔn)度。