In questa guida completa, esploreremo i vari aspetti di ENIG, i suoi vantaggi e svantaggi, le applicazioni e gli standard, nonché lo confronteremo con altre finiture superficiali.
Cos'è ENIG?
L’oro a immersione in nichel inassato (ENIG) è una finitura superficiale popolare utilizzata nella produzione di schede a circuito stampato (PCB). Questo rivestimento metallico a due strati è costituito da uno strato di nichel placcato sui pad in rame su un PCB, seguito da un sottile strato di oro.
Panoramica del processo ENIG
Il processo ENIG include i seguenti passaggi:
Pretrattamento → rimozione dell’olio → lavaggio con acqua → lavaggio acido → lavaggio con acqua → microincisione → lavaggio con acqua → preimpregnazione (H2SO4) → attivazione (catalizzatore Pd) → lavaggio con acqua → nichel chimico (Ni/P) → lavaggio con acqua → placcatura in oro a immersione → recupero dell’oro → lavaggio con acqua → essiccazione
Pretrattamento:
Lo scopo è rimuovere gli ossidi sulla superficie del rame mediante spazzolatura o sabbiatura e rendere ruvida la superficie del rame per aumentare l’adesione del nichel e dell’oro successivi.
Microincisione:
Persolfato di sodio/acido solforico per rimuovere lo strato di ossido sulla superficie del rame e ridurre la profondità delle scanalature causate dalla spazzolatura durante il pretrattamento. Segni di spazzolatura troppo profondi spesso diventano complici dell’attacco dello strato di nichel da parte dell’oro a immersione.
Attivazione:
Poiché la superficie del rame non può avviare direttamente la reazione di deposizione di nichel chimico, è necessario depositare prima uno strato di palladio (Pd) sulla superficie del rame per fungere da catalizzatore per la reazione di deposizione di nichel chimico. Utilizzando il principio che Cu è più attivo di Pd, lo ione palladio viene ridotto a palladio metallico e attaccato alla superficie del rame.
Nichel chimico:
Ni / P, il suo ruolo principale è bloccare la migrazione tra rame e oro (migrazione) e la diffusione, e come ruolo successivo per la saldatura e la reazione chimica dello stagno per generare elementi IMC.
Placcatura in oro a immersione:
Lo scopo principale dell’oro è proteggere e prevenire l’ossidazione dello strato di nichel, l’oro nel processo di saldatura e non parteciperà alla reazione chimica, troppo oro piuttosto che ostacolare la resistenza della saldatura, quindi l’oro finché non è sufficiente per coprire lo strato di nichel in modo che non sia facile ossidarsi può essere, se si desidera realizzare COB (Chip On Board) colpire la linea su un’altra questione, perché lo strato di oro deve avere uno spessore sufficiente.
Vantaggi e svantaggi di ENIG
ENIG e la sua variante ENEPIG (oro a immersione in nichel inassato e palladio) sono stati sviluppati come alternative ai rivestimenti per saldatura più convenzionali, come Livellamento dell’oro caldo (HASL). Sebbene queste finiture siano più costose e richiedano passaggi di elaborazione aggiuntivi, offrono diversi vantaggi rispetto ai rivestimenti tradizionali.
Vantaggi
- Eccellente planarità superficiale:
ENIG fornisce una superficie piatta, fondamentale per il montaggio di componenti come array a griglia di sfere (BGA) e altri componenti a passo fine. - Buona resistenza all’ossidazione:
Lo strato di oro protegge il nichel dall’ossidazione, garantendo una maggiore durata e prestazioni elettriche migliorate. - Elevata idoneità per contatti mobili:
Grazie alla sua bassa resistenza di contatto e alle proprietà antifrizione, ENIG è ideale per applicazioni come interruttori a membrana e connettori plug-in. - Conformità RoHS:
ENIG è una finitura superficiale ecologica che soddisfa i requisiti RoHS.
Svantaggi
- Costo più elevato:
ENIG è più costoso dei rivestimenti saldanti tradizionali come HASL. - Fasi di lavorazione complesse:
Le numerose fasi coinvolte nel processo ENIG possono aumentare la complessità della fabbricazione di PCB. - Potenziale per difetti di pad nero:
I primi processi ENIG erano inclini a una scarsa adesione al rame e alla formazione di uno strato “pad nero” non conduttivo a causa dei composti contenenti zolfo dalla maschera saldante che si infiltravano nel bagno di placcatura.
Standard ENIG
La qualità e altri aspetti dei rivestimenti ENIG per PCB sono regolati dallo Standard IPC (Institute of Printed Circuits) 4552A, che copre argomenti come le specifiche di spessore e il controllo del processo. Inoltre, lo Standard IPC 7095D, che si concentra sui connettori a matrice di sfere, affronta alcuni problemi relativi a ENIG e la loro risoluzione.
Specifiche di spessore ENIG
In una finitura ENIG, lo strato di nichel funge da barriera per il pad di rame, mentre lo strato di oro protegge il nichel durante lo stoccaggio e fornisce una bassa resistenza di contatto. In genere, lo strato di nichel ha uno spessore compreso tra 4 e 7 µm, e lo strato di oro ha uno spessore compreso tra 0,05 e 0,23 µm. Questi spessori sono specificati da IPC-4552 per ENIG.
Difetti di pad nero
Una delle principali preoccupazioni con le finiture ENIG è il potenziale per difetti di pad nero. Il pad nero, noto anche come frattura fragile, è il risultato di un eccesso di fosforo che si forma durante il processo ENIG. Questi difetti possono portare a legami metallurgici indeboliti e al successivo guasto delle giunzioni saldate.
Per prevenire i difetti di pad nero, è essenziale mantenere uno stretto controllo sul bagno di nichel e monitorare attentamente il livello di pH. I miglioramenti nella tecnologia dell’immersione in oro hanno anche contribuito a ridurre il rischio di formazione di pad nero minimizzando la corrosione superficiale del nichel.
Confronto tra ENIG e altre finiture superficiali
ENIG è spesso confrontato con altre finiture superficiali, come HASL, OSP (Preservativi di saldabilità organici), Stagno per immersione ed ENEPIG. Ogni finitura ha i suoi vantaggi e svantaggi, e la scelta della finitura superficiale dipende da fattori come costo, applicazione del prodotto, tipi di componenti e volume di produzione.
HASL
HASL è un rivestimento saldante convenzionale che offre un’eccellente saldabilità e un basso costo. Tuttavia, presenta alcuni svantaggi, tra cui una superficie planare irregolare e potenziali problemi di compatibilità con la saldatura senza piombo.
OSP
OSP è una finitura superficiale a base organica che fornisce una superficie piatta e una buona saldabilità. Tuttavia, la sua durata di conservazione è limitata e potrebbe non essere affidabile come ENIG nelle applicazioni ad alta densità.
Stagno per immersione
Lo stagno per immersione è una finitura superficiale popolare che offre un’eccellente saldabilità e planarità. Tuttavia, ha una durata di conservazione inferiore a ENIG e non è resistente all’ossidazione.
ENEPIG
ENEPIG è una versione aggiornata di ENIG che aggiunge un sottile strato di palladio amorfo tra gli strati di nichel e oro. Questo strato aggiuntivo aiuta a prevenire i difetti di pad nero e a migliorare le prestazioni complessive della finitura. Tuttavia, ENEPIG è generalmente più costoso di ENIG.
Applicazioni di ENIG
ENIG è ampiamente utilizzato nella Tecnologia di Montaggio Superficiale (SMT), nella saldatura senza piombo e nei package BGA. È ben adatto a settori come quello dei dati/telecomunicazioni, dell’elettronica di consumo di fascia alta, aerospaziale, militare e dispositivi medici. Inoltre, ENIG è spesso preferito nel mercato dei PCB flessibili grazie alla sua elevata affidabilità e prestazioni.
Conclusione
ENIG è un’opzione di finitura superficiale versatile e affidabile per i PCB, che offre un’eccellente resistenza all’ossidazione, planarità superficiale e saldabilità. Sebbene abbia alcuni svantaggi, come un costo più elevato e il potenziale per difetti di pad neri, i vantaggi che offre lo rendono una scelta popolare per molte applicazioni PCB. Comprendendo i vantaggi e i limiti di ENIG e confrontandolo con altre finiture superficiali, i progettisti di PCB possono prendere decisioni informate quando selezionano la finitura superficiale migliore per i loro progetti.
