PCB巨量超微小焊盘关键技术

王欣 周刚 陈胜

（江西科翔电子科技有限公司技术研发中心，江西 九江 332100）

0 引言

发光二极管（light emitting diode，LED）是一种把电能转化为光能的半导体二极管。LED 采用半导体制程生产，按照芯片尺寸的大小，可分类为LED、小间距LED（mini light emitting diode，Mini-LED）和微间距LED（micro light emitting diode，Micro-LED）。Mini-LED 芯片尺寸最长边为50～200 μm，Micro-LED 芯片尺寸最长边则在50 μm 以下；分别可实现像素点距离P0.5～P1.0 mm 及P0.5 mm 以下的产品。本项目研究Mini-LED 所用的超微小巨量焊盘印制电路板（printed circuit board，PCB），包括Mini-LED 巨量焊盘PCB 设计与优化、Mini-LED PCB 板厚控制技术、超微小巨量焊盘制作技术、Mini-LED PCB 微小阻焊开窗与油墨平整技术等。

1 产品信息

该款Mini-LED PCB 产品为6 层2 阶HDI 板，如图1 所示。单只焊盘尺寸60 μm×80 μm，成品尺寸168 mm×130 mm，如图2 所示，交货单元如图3 所示。在制板尺寸620 mm×544 mm，拼6 块板（pieces，PCS），成品板厚（2.0±0.1）mm。基材：芯板为S1000-2M，1.60 mmH/H 覆铜板；积层半固化片S1000-2MB，Tg170 ℃，1 080（RC65%）。

图1 Mini-LED PCB产品层压叠构

图2 Mini-LED PCB产品焊盘设计

图3 Mini-LED PCB 产品出货单元设计

2 产品工艺流程

产品工艺流程为：开料→钻孔→电镀→树脂塞孔→磨板→内层线路→自动光学检测（automatic optic inspection，AOI）→次外层压合+裁边→减铜棕化→镭射→电镀→次外层线路→AOI→外层压合+裁边→减铜棕化→镭射→钻孔→电镀→外层线路→阻焊→文字→微小阻焊开窗→化金→控深→成型→飞针测试→压烤→终检→成品出厂检验→包装。

3 关键技术

3.1 Mini-LED巨量焊盘PCB设计优化

Mini-LED 巨量焊盘要求焊盘形状为直角。由于采用独立焊盘设计，蚀刻时会将焊盘蚀刻成圆角形状。因此采用羊角设计。为确立最佳羊角补偿尺寸，试验设计测试采用4 种尺寸羊角补偿：20、30、40、50 μm，面铜（25±5）μm，蚀刻速度4.5 m/min。同时，增加铜点挡墙，以保证焊盘角度，如图4所示。

图4 Mini-LED焊盘设计与实际蚀刻效果

由于焊盘的有效面积决定Mini-LED PCB产品LED面上焊盘有效面积，以及产品可靠性。因此，要求焊盘形状为直角。通过DOE 测试，最终确定50 μm羊角补偿尺寸为最佳参数。

3.2 Mini-LED PCB板厚控制

因Mini-LED PCB产品受装配条件限制，对成品板厚要求控制在（2.0±0.1）mm，但对同一批板要求板厚极差≤50 μm，同一PCS板厚极差≤40 μm。通过对压合叠构设计、电镀铜/镍/金厚度和阻焊厚度的控制，使最终成品板厚达到要求范围以内。控制重点如下：

（1）经过测量发现覆铜板（copper clad laminate，CCL）测量板边50 mm 区域内板厚异常，与供应商一同分析，认为是板材压合时板边流胶导致板边偏薄（板材三级标准要求为：板厚公差为±75 μm），不能满足客户同一块板内厚度公差为±20 μm 的要求。因此，控制工艺使板边≥50 mm。

（2）电镀铜/镍/金厚度控制在要求范围以内，不低于下限，也不高于上限。

（3）阻焊厚度控制在10～30 μm。

3.3 巨量超微小焊盘制作

巨量超微小焊盘制作要求：焊盘尺寸60 μm×80 μm，焊盘间距50～60 μm，采用孔中盘设计原理，在盲孔上将微小焊盘制出。因此，需要盲孔完全填平，线路与盲孔对准度±10 μm，采用微小焊盘蚀刻技术实现。Mini-LED PCB 采用以下方式生产，以保证激光盲孔与焊盘对位精度±10 μm以内：

（1）采用杜邦9325干膜配合奥宝80F曝光机，最小焊盘间距工程补偿后为25 μm；曝光时，采用16 mJ 能量，显影后干膜间距为（20±3）μm；为保证蚀刻均匀性，PCB 方向采用垂直放板；LED面向下，保证蚀刻药水交换均匀性。

（2）盲孔间距≤100 μm，采用沉铜速度为≤3.5 m/min，电镀线速0.5 m/min，电流密度≤1.5 ASD制作。填孔后进行盲孔AOI检测。

（3）采用6分割或9分割进行曝光，每个单元有4 个对位孔；次外层采用激光烧成的反射靶，外层采用复合靶标对位，如图5 所示。梅花靶外围激光孔径为400 μm。

图5 焊盘制作中分割曝光

3.4 Mini-LED PCB 微小阻焊开窗与油墨平整

Mini-LED PCB 阻焊开窗尺寸60 μm×80 μm，而常规LED 产品的阻焊开窗尺寸要求一般≥250 μm×250 μm。为达到此要求，采用LED 面机械阻焊开窗工艺。其具体流程为：Mini-LED PCB→阻焊前处理（超粗化不开磨刷，LED 面向下）→43T 印阻焊黑油→集成电路（integrated circuit，IC）面正常曝光显影→LED 面固化不进行曝光显影→切片确认油墨厚度→LED 面阻焊机械开窗→LED 面等离子清洗→完成开窗（如图6所示）。

图6 机械开窗后焊盘纵向切片与焊盘

Mini-LED PCB 采用LED 面机械开窗，可保证油墨与焊盘面完全高度一致，进而保证油墨不会遮挡LED 面发光。同时，焊盘之间有阻焊桥（40～50 μm），可实现小间距沉金工艺。

4 产品可靠性测试

4.1 焊锡性测试

测试方法为浸锡，测试条件见表1。测试结果：3片测试板均合格。

表1 Mini-LED PCB产品焊锡性测试条件

4.2 冷热冲击测试

测试设备：冷热冲击测试机；测试标准：IPC-TM-650 标准2.6.7 条或客户规格；测试条件：-40 ℃/15 min和125 ℃/15 min，100次循环。判定标准：无爆板、无起泡、无变色、无掉油，则判定合格。

4.3 耐热冲击测试

测试条件和结果见表2。

表2 Mini-LED PCB耐热冲击测试记录

Mini-LED PCB 产品通过焊锡性、冷热冲击和耐热冲击测试，测试结果为合格。

5 结论

Mini-LED PCB 产品通过设计优化，跟进样板完成全流程生产，成品检测及检验合格；焊锡性、冷热冲击及耐热冲击测试合格，客户端已认证完成。

对特殊流程管控、板厚控制、焊盘设计优化与制作、微小焊盘阻焊开窗等关键控制点进行总结，为后续批量导入，提供经验指导。关键控制点要求如下：

（1）Mini-LED 巨量超微小焊盘PCB 设计与优化，要求焊盘形状为直角。由于采用独立焊盘的设计，蚀刻时会将焊盘蚀刻成圆角形状，因此采用羊角设计。通过DOE 测试，最终确认50 μm 为最佳羊角补偿参数。

（2）Mini-LED PCB 板厚控制。由于Mini-LED PCB 产品受装配条件限制，对成品板厚要求控制在（2.0±0.1）mm，但对同一批板要求板厚极差≤50 μm，同一PCS 板厚极差≤40 μm。通过对工艺验证、压合叠构设计、电镀铜/镍/金厚度和阻焊厚度的控制，最终控制成品板厚在要求范围以内。

（3）超微小巨量焊盘制作。制作要求：焊盘尺寸60 μm×80 μm，焊盘间距50～60 μm。采用孔中盘制作技术和线路分割曝光技术，实现盲孔与线路焊盘的高对准度与微小焊盘的制作。

（4）Mini-LED PCB 微小阻焊开窗与油墨平整。阻焊开窗尺寸60 μm×80 μm，采用LED 面机械阻焊开窗工艺，实现阻焊微小焊盘开窗、油墨与焊盘完全平整、阻焊开窗与焊盘的高对准度。