En esta guía completa, exploraremos los diversos aspectos del ENIG, sus ventajas y desventajas, aplicaciones y normas, y lo compararemos con otros acabados superficiales.
¿Qué es ENIG?
El níquel químico con inmersión en oro (ENIG) es un acabado superficial muy utilizado en la fabricación de placas de circuito impreso (PCB). Este recubrimiento metálico de dos capas consiste en una capa de níquel chapada sobre las almohadillas de cobre de una PCB, seguida de una fina capa de oro.
Descripción general del proceso ENIG
El proceso ENIG incluye los siguientes pasos:
Pretratamiento → eliminación de aceite → lavado con agua → lavado con ácido → lavado con agua → micrograbado → lavado con agua → preimpregnado (H2SO4) → activación (catalizador Pd) → lavado con agua → níquel químico (Ni/P) → lavado con agua → chapado en oro por inmersión → recuperación de oro → lavado con agua → secado
Pretratamiento:
El objetivo es eliminar los óxidos de la superficie del cobre mediante cepillado o chorro de arena y dar rugosidad a la superficie del cobre para aumentar la adhesión del níquel y el oro posteriores.
Micrograbado:
Persulfato de sodio/ácido sulfúrico para eliminar la capa de óxido de la superficie del cobre y reducir la profundidad de las marcas causadas por el cepillado durante el pretratamiento. Las marcas de cepillado demasiado profundas suelen favorecer el ataque de la capa de níquel por parte del oro por inmersión.
Activación:
Dado que la superficie de cobre no puede iniciar directamente la reacción de deposición química de níquel, es necesario aplicar primero una capa de paladio (Pd) sobre la superficie de cobre para que actúe como catalizador de la reacción de deposición química de níquel. Aprovechando el principio de que el Cu es más activo que el Pd, el ion de paladio se reduce a paladio metálico y se adhiere a la superficie de cobre.
Níquel químico:
Ni / P, su función principal es bloquear la migración entre el cobre y el oro (migración) y la difusión, y como continuación de la función de soldadura y reacción química del estaño para generar elementos IMC.
Galvanoplastia por inmersión en oro:
El objetivo principal del oro es proteger y prevenir la oxidación de la capa de níquel. El oro no participa en la reacción química durante el proceso de soldadura, y un exceso de oro no perjudica la resistencia de la soldadura, por lo que basta con que haya suficiente oro para cubrir la capa de níquel y evitar que se oxide fácilmente. Si se desea fabricar COB (Chip On Board), hay que tener en cuenta otro aspecto, ya que la capa de oro debe tener un grosor suficiente.
Ventajas y desventajas de ENIG
ENIG y su variante ENEPIG (níquel químico, paladio químico e inmersión de oro) se desarrollaron como alternativas a los recubrimientos de soldadura más convencionales, como el nivelado de soldadura por aire caliente (HASL). Aunque estos acabados son más caros y requieren pasos de procesamiento adicionales, ofrecen varias ventajas con respecto a los recubrimientos tradicionales.
Ventajas
- Excelente planitud de la superficie:
ENIG proporciona una superficie plana, lo cual es crucial para el montaje de componentes como matrices de rejilla de bolas (BGA) y otros componentes de paso fino. - Buena resistencia a la oxidación:
la capa de oro protege el níquel de la oxidación, lo que garantiza una mayor vida útil y un mejor rendimiento eléctrico. - Alta idoneidad para contactos móviles:
debido a su baja resistencia de contacto y sus propiedades antifricción, ENIG es ideal para aplicaciones como interruptores de membrana y conectores enchufables. - Cumplimiento de la normativa RoHS:
ENIG es un acabado superficial respetuoso con el medio ambiente que cumple los requisitos de la normativa RoHS.
Desventajas
- Mayor coste:
ENIG es más caro que los recubrimientos de soldadura tradicionales como HASL. - Pasos de procesamiento complejos:
los múltiples pasos que implica el proceso ENIG pueden aumentar la complejidad de la fabricación de PCB. - Posibilidad de defectos en las almohadillas negras:
los primeros procesos ENIG eran propensos a una mala adhesión al cobre y a la formación de una capa «almohadilla negra» no conductora debido a los compuestos que contienen azufre de la máscara de soldadura que se filtran en el baño de galvanoplastia.
Normas ENIG
La calidad y otros aspectos de los recubrimientos ENIG para PCB se rigen por la norma 4552A del IPC (Instituto de Circuitos Impresos), que abarca temas como las especificaciones de espesor y el control de procesos. Además, la norma 7095D del IPC, que se centra en los conectores de matriz de bolas, aborda algunas cuestiones relacionadas con ENIG y su solución.
Especificaciones de espesor ENIG
En un acabado ENIG, la capa de níquel actúa como barrera para la almohadilla de cobre, mientras que la capa de oro protege el níquel durante el almacenamiento y proporciona una baja resistencia de contacto. Normalmente, la capa de níquel tiene un espesor de entre 4 y 7 µm, y la capa de oro tiene un espesor de entre 0,05 y 0,23 µm. Estos espesores están especificados por la norma IPC-4552 para ENIG.
Defectos en la almohadilla negra
Una de las principales preocupaciones con los acabados ENIG es la posibilidad de que se produzcan defectos de almohadilla negra. La almohadilla negra, también conocida como fractura frágil, es el resultado del exceso de fósforo que se forma durante el proceso ENIG. Estos defectos pueden debilitar las uniones metalúrgicas y provocar finalmente el fallo de las juntas de soldadura.
Para evitar los defectos de almohadilla negra, es esencial mantener un control estricto sobre el baño de níquel y supervisar cuidadosamente el nivel de pH. Las mejoras en la tecnología de inmersión en oro también han ayudado a reducir el riesgo de formación de almohadillas negras al minimizar la corrosión de la superficie de níquel.
Comparación de ENIG con otros acabados superficiales
El ENIG se compara a menudo con otros acabados superficiales, como el HASL, el OSP (conservantes orgánicos de soldabilidad), el estaño por inmersión y el ENEPIG. Cada acabado tiene sus ventajas y desventajas, y la elección del acabado superficial depende de factores como el coste, la aplicación del producto, los tipos de componentes y el volumen de producción.
Línea de soldadura a alta temperatura
HASL es un recubrimiento de soldadura convencional que ofrece una excelente soldabilidad y un bajo coste. Sin embargo, tiene algunos inconvenientes, como la irregularidad de la planitud de la superficie y posibles problemas de compatibilidad con la soldadura sin plomo.
OSP
El OSP es un acabado superficial de base orgánica que proporciona una superficie plana y una buena soldabilidad. Sin embargo, su vida útil es limitada y puede que no sea tan fiable como el ENIG en aplicaciones de alta densidad.
Lata de inmersión
El estañado por inmersión es un acabado superficial muy popular que ofrece una excelente soldabilidad y planitud. Sin embargo, tiene una vida útil más corta que el ENIG y no es tan resistente a la oxidación.
ENEPIG
ENEPIG es una versión mejorada de ENIG que añade una fina capa de paladio no electrolítico entre las capas de níquel y oro. Esta capa adicional ayuda a prevenir defectos en las almohadillas negras y mejora el rendimiento general del acabado. Sin embargo, ENEPIG suele ser más caro que ENIG.
Aplicaciones de ENIG
ENIG se utiliza ampliamente en la tecnología de montaje superficial (SMT), la soldadura sin plomo y los paquetes BGA. Es muy adecuado para sectores como el de datos/telecomunicaciones, electrónica de consumo de alta gama, aeroespacial, militar y dispositivos médicos. Además, ENIG suele ser la opción preferida en el mercado de los PCB flexibles debido a su alta fiabilidad y rendimiento.
Conclusión
ENIG es una opción versátil y fiable para el acabado superficial de placas de circuito impreso, que ofrece una excelente resistencia a la oxidación, planitud superficial y soldabilidad. Aunque tiene algunos inconvenientes, como un coste más elevado y la posibilidad de que se produzcan defectos en las almohadillas negras, las ventajas que ofrece lo convierten en una opción muy popular para muchas aplicaciones de placas de circuito impreso. Al comprender las ventajas y limitaciones de ENIG y compararlo con otros acabados superficiales, los diseñadores de placas de circuito impreso pueden tomar decisiones informadas a la hora de seleccionar el mejor acabado superficial para sus proyectos.
