Dans ce guide complet, nous explorerons les différents aspects de l'ENIG, ses avantages et ses inconvénients, ses applications et ses normes, et nous le comparerons à d'autres finitions de surface.
Qu'est-ce que l'ENIG ?
Le nickel chimique et l'or par immersion (ENIG) est un revêtement de surface très utilisé dans la fabrication des cartes de circuits imprimés (PCB). Ce revêtement métallique à deux couches se compose d'une couche de nickel plaquée sur les pastilles de cuivre d'une carte PCB, suivie d'une fine couche d'or.
Aperçu du processus ENIG
Le procédé ENIG comprend les étapes suivantes :
Prétraitement → élimination de l'huile → lavage à l'eau → lavage à l'acide → lavage à l'eau → microgravure → lavage à l'eau → préimprégné (H2SO4) → activation (catalyseur Pd) → lavage à l'eau → nickel chimique (Ni/P) → lavage à l'eau → placage à l'or par immersion → récupération de l'or → lavage à l'eau → séchage
Prétraitement :
L'objectif est d'éliminer les oxydes présents à la surface du cuivre par brossage ou sablage et de rendre la surface rugueuse afin d'améliorer l'adhérence du nickel et de l'or appliqués par la suite.
Micro-gravure :
Persulfate de sodium/acide sulfurique pour éliminer la couche d'oxyde à la surface du cuivre et réduire la profondeur des rainures causées par le brossage pendant le prétraitement. Des marques de brossage trop profondes favorisent souvent l'attaque de la couche de nickel par l'or par immersion.
Activation :
Comme la surface en cuivre ne peut pas déclencher directement la réaction de dépôt chimique de nickel, il est nécessaire d'appliquer d'abord une couche de palladium (Pd) sur la surface en cuivre afin qu'elle agisse comme catalyseur pour la réaction de dépôt chimique de nickel. En utilisant le principe selon lequel le Cu est plus actif que le Pd, l'ion palladium est réduit en métal palladium et se fixe à la surface en cuivre.
Nickel chimique :
Ni / P, son rôle principal est de bloquer la migration entre le cuivre et l'or (migration) et la diffusion, et de poursuivre le rôle de la soudure et de la réaction chimique de l'étain pour générer des éléments IMC.
Placage à l'or par immersion :
Le principal objectif de l'or est de protéger et d'empêcher l'oxydation de la couche de nickel. L'or ne participe pas à la réaction chimique lors du processus de soudage. Une quantité excessive d'or peut nuire à la résistance de la soudure. Il suffit donc que l'or recouvre suffisamment la couche de nickel pour empêcher son oxydation. Si vous souhaitez réaliser un COB (Chip On Board), la question est différente, car la couche d'or doit avoir une épaisseur suffisante.
Avantages et inconvénients de l'ENIG
L'ENIG et sa variante ENEPIG (Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold) ont été développés comme alternatives aux revêtements de soudure plus conventionnels, tels que le Hot Air Solder Leveling (HASL). Bien que ces finitions soient plus coûteuses et nécessitent des étapes de traitement supplémentaires, elles offrent plusieurs avantages par rapport aux revêtements traditionnels.
Avantages
- Excellente planéité de surface :
l'ENIG offre une surface plane, ce qui est essentiel pour le montage de composants tels que les matrices à billes (BGA) et autres composants à pas fin. - Bonne résistance à l'oxydation :
la couche d'or protège le nickel de l'oxydation, garantissant une durée de conservation plus longue et de meilleures performances électriques. - Haute adaptabilité aux contacts mobiles :
grâce à sa faible résistance de contact et à ses propriétés anti-friction, l'ENIG est idéal pour des applications telles que les commutateurs à membrane et les connecteurs enfichables. - Conformité RoHS :
l'ENIG est un revêtement de surface respectueux de l'environnement qui répond aux exigences RoHS.
Inconvénients
- Coût plus élevé :
l'ENIG est plus coûteux que les revêtements de soudure traditionnels tels que le HASL. - Étapes de traitement complexes :
les multiples étapes du processus ENIG peuvent augmenter la complexité de la fabrication des circuits imprimés. - Risque de défauts de « black pad » :
les premiers procédés ENIG avaient tendance à présenter une mauvaise adhérence au cuivre et à former une couche « black pad » non conductrice en raison des composés soufrés provenant du masque de soudure qui s'infiltraient dans le bain de placage.
Normes ENIG
La qualité et d'autres aspects des revêtements ENIG pour circuits imprimés sont régis par la norme IPC (Institute of Printed Circuits) 4552A, qui couvre des sujets tels que les spécifications d'épaisseur et le contrôle des processus. En outre, la norme IPC 7095D, qui porte sur les connecteurs à billes, traite de certaines questions liées à l'ENIG et de leur résolution.
Spécifications d'épaisseur ENIG
Dans une finition ENIG, la couche de nickel sert de barrière au plot de cuivre, tandis que la couche d'or protège le nickel pendant le stockage et offre une faible résistance de contact. En général, la couche de nickel a une épaisseur de 4 à 7 µm et la couche d'or une épaisseur de 0,05 à 0,23 µm. Ces épaisseurs sont spécifiées par la norme IPC-4552 pour l'ENIG.
Défauts du tampon noir
L'une des principales préoccupations liées aux finitions ENIG est le risque de défauts de type « black pad ». Le « black pad », également appelé fracture fragile, est le résultat d'un excès de phosphore qui se forme pendant le processus ENIG. Ces défauts peuvent entraîner un affaiblissement des liaisons métallurgiques et, à terme, une défaillance des joints de soudure.
Pour éviter les défauts de type « black pad », il est essentiel de contrôler rigoureusement le bain de nickel et de surveiller attentivement le niveau de pH. Les améliorations apportées à la technologie de l'or par immersion ont également contribué à réduire le risque de formation de « black pad » en minimisant la corrosion de la surface du nickel.
Comparaison entre ENIG et d'autres finitions de surface
L'ENIG est souvent comparé à d'autres finitions de surface, telles que le HASL, l'OSP (Organic Solderability Preservatives), l'Immersion Tin et l'ENEPIG. Chaque finition présente des avantages et des inconvénients, et le choix de la finition de surface dépend de facteurs tels que le coût, l'application du produit, les types de composants et le volume de production.
Ligne de soudage à haute température
Le HASL est un revêtement de soudure conventionnel qui offre une excellente soudabilité et un faible coût. Cependant, il présente certains inconvénients, notamment une planéité de surface inégale et des problèmes potentiels de compatibilité avec la soudure sans plomb.
OSP
L'OSP est un revêtement de surface à base organique qui offre une surface plane et une bonne soudabilité. Cependant, sa durée de conservation est limitée et il peut ne pas être aussi fiable que l'ENIG dans les applications à haute densité.
Étain d'immersion
L'étain par immersion est une finition de surface populaire qui offre une excellente soudabilité et une grande planéité. Cependant, sa durée de conservation est plus courte que celle de l'ENIG et il est moins résistant à l'oxydation.
ENEPIG
L'ENEPIG est une version améliorée de l'ENIG qui ajoute une fine couche de palladium chimique entre les couches de nickel et d'or. Cette couche supplémentaire aide à prévenir les défauts de noircissement des pastilles et améliore les performances globales de la finition. Cependant, l'ENEPIG est généralement plus coûteux que l'ENIG.
Applications de l'ENIG
L'ENIG est largement utilisé dans la technologie de montage en surface (SMT), le soudage sans plomb et les boîtiers BGA. Il est particulièrement adapté aux secteurs tels que les données/télécommunications, l'électronique grand public haut de gamme, l'aérospatiale, l'armée et les appareils médicaux. De plus, l'ENIG est souvent préféré sur le marché des circuits imprimés flexibles en raison de sa grande fiabilité et de ses performances élevées.
Conclusion
L'ENIG est une option de finition de surface polyvalente et fiable pour les circuits imprimés, offrant une excellente résistance à l'oxydation, une bonne planéité de surface et une bonne soudabilité. Bien qu'il présente certains inconvénients, tels qu'un coût plus élevé et un risque de défauts au niveau des pastilles noires, ses avantages en font un choix populaire pour de nombreuses applications de circuits imprimés. En comprenant les avantages et les limites de l'ENIG et en le comparant à d'autres finitions de surface, les concepteurs de circuits imprimés peuvent prendre des décisions éclairées lors du choix de la meilleure finition de surface pour leurs projets.
