Neste guia completo, exploraremos os vários aspectos do ENIG, suas vantagens e desvantagens, aplicações e padrões, além de compará-lo com outros acabamentos de superfície.
O que é ENIG?
O níquel químico com imersão em ouro (ENIG) é um acabamento superficial popular utilizado na fabricação de placas de circuito impresso (PCBs). Este revestimento metálico de duas camadas consiste numa camada de níquel revestida sobre as almofadas de cobre numa PCB, seguida por uma fina camada de ouro.
Visão geral do processo ENIG
O processo ENIG inclui as seguintes etapas:
Pré-tratamento → remoção de óleo → lavagem com água → lavagem com ácido → lavagem com água → microgravação → lavagem com água → pré-impregnado (H2SO4) → ativação (catalisador Pd) → lavagem com água → níquel químico (Ni/P) → lavagem com água → galvanização por imersão em ouro → recuperação de ouro → lavagem com água → secagem
Pré-tratamento:
O objetivo é remover os óxidos da superfície do cobre por meio de escovagem ou jateamento de areia e tornar a superfície do cobre mais rugosa para aumentar a adesão do níquel e do ouro aplicados posteriormente.
Microgravação:
Persulfato de sódio/ácido sulfúrico para remover a camada de óxido da superfície do cobre e reduzir a profundidade dos sulcos causados pela escovagem durante o pré-tratamento. Marcas de escovagem muito profundas tornam-se frequentemente um fator que contribui para o ataque da camada de níquel pelo ouro por imersão.
Ativação:
Como a superfície de cobre não pode iniciar diretamente a reação de deposição química de níquel, é necessário primeiro aplicar uma camada de paládio (Pd) na superfície de cobre para atuar como catalisador da reação de deposição química de níquel. Utilizando o princípio de que o Cu é mais ativo que o Pd, o íon paládio é reduzido a paládio metálico e fixado à superfície de cobre.
Níquel químico:
Ni / P, sua principal função é bloquear a migração entre o cobre e o ouro (migração) e a difusão, e como continuação da função da soldagem e da reação química do estanho para gerar elementos IMC.
Galvanização por imersão em ouro:
O principal objetivo do ouro é proteger e prevenir a oxidação da camada de níquel. O ouro não participa da reação química durante o processo de soldagem e, em excesso, pode prejudicar a resistência da solda. Portanto, basta que o ouro seja suficiente para cobrir a camada de níquel, de modo que não seja fácil oxidar. Se você quiser fazer COB (Chip On Board), é outra questão, pois a camada de ouro deve ter espessura suficiente.
Vantagens e desvantagens do ENIG
O ENIG e sua variante ENEPIG (Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold) foram desenvolvidos como alternativas aos revestimentos de solda mais convencionais, como o Hot Air Solder Leveling (HASL). Embora esses acabamentos sejam mais caros e exijam etapas de processamento adicionais, eles oferecem várias vantagens em relação aos revestimentos tradicionais.
Vantagens
- Excelente planicidade da superfície:
O ENIG proporciona uma superfície plana, o que é crucial para a montagem de componentes como Ball Grid Arrays (BGAs) e outros componentes de passo fino. - Boa resistência à oxidação:
A camada de ouro protege o níquel da oxidação, garantindo uma vida útil mais longa e melhor desempenho elétrico. - Alta adequação para contatos móveis:
devido à sua baixa resistência de contato e propriedades antifricção, o ENIG é ideal para aplicações como interruptores de membrana e conectores plug-in. - Conformidade com a RoHS:
O ENIG é um acabamento de superfície ecológico que cumpre os requisitos da RoHS.
Desvantagens
- Custo mais elevado:
O ENIG é mais caro do que os revestimentos de solda tradicionais, como o HASL. - Etapas de processamento complexas:
as várias etapas envolvidas no processo ENIG podem aumentar a complexidade da fabricação de PCBs. - Potencial para defeitos de almofada preta:
Os primeiros processos ENIG eram propensos a uma má adesão ao cobre e à formação de uma camada "almofada preta" não condutora devido aos compostos contendo enxofre da máscara de solda que se infiltravam no banho de galvanização.
Normas ENIG
A qualidade e outros aspectos dos revestimentos ENIG para PCBs são regidos pela Norma 4552A do IPC (Instituto de Circuitos Impressos), que abrange tópicos como especificações de espessura e controle de processos. Além disso, a Norma 7095D do IPC, que se concentra em conectores de matriz de esferas, aborda algumas questões relacionadas ao ENIG e suas soluções.
Especificações de espessura ENIG
Em um acabamento ENIG, a camada de níquel serve como uma barreira para a almofada de cobre, enquanto a camada de ouro protege o níquel durante o armazenamento e proporciona baixa resistência de contato. Normalmente, a camada de níquel tem uma espessura de 4 a 7 µm, e a camada de ouro tem uma espessura de 0,05 a 0,23 µm. Essas espessuras são especificadas pela IPC-4552 para ENIG.
Defeitos na almofada preta
Uma das principais preocupações com os acabamentos ENIG é a possibilidade de defeitos de almofada preta. A almofada preta, também conhecida como fratura frágil, é resultado do excesso de fósforo que se forma durante o processo ENIG. Esses defeitos podem levar ao enfraquecimento das ligações metalúrgicas e à eventual falha das juntas de solda.
Para evitar defeitos de almofada preta, é essencial manter um controle rigoroso sobre o banho de níquel e monitorar cuidadosamente o nível de pH. Melhorias na tecnologia de imersão em ouro também ajudaram a reduzir o risco de formação de almofada preta, minimizando a corrosão da superfície de níquel.
Comparando ENIG com outros acabamentos de superfície
O ENIG é frequentemente comparado com outros acabamentos de superfície, como HASL, OSP (Organic Solderability Preservatives), Immersion Tin e ENEPIG. Cada acabamento tem suas vantagens e desvantagens, e a escolha do acabamento de superfície depende de fatores como custo, aplicação do produto, tipos de componentes e volume de produção.
Linha de soldagem de alta temperatura
HASL é um revestimento de solda convencional que oferece excelente soldabilidade e baixo custo. No entanto, ele tem algumas desvantagens, incluindo planaridade irregular da superfície e possíveis problemas de compatibilidade com soldagem sem chumbo.
OSP
OSP é um acabamento de superfície à base de orgânicos que proporciona uma superfície plana e boa soldabilidade. No entanto, sua vida útil é limitada e pode não ser tão confiável quanto o ENIG em aplicações de alta densidade.
Lata de imersão
O estanho por imersão é um acabamento superficial popular que oferece excelente soldabilidade e planicidade. No entanto, tem uma vida útil mais curta do que o ENIG e não é tão resistente à oxidação.
ENEPIG
ENEPIG é uma versão atualizada do ENIG que adiciona uma fina camada de paládio não eletrolítico entre as camadas de níquel e ouro. Essa camada adicional ajuda a prevenir defeitos nas almofadas pretas e melhora o desempenho geral do acabamento. No entanto, o ENEPIG é geralmente mais caro que o ENIG.
Aplicações do ENIG
O ENIG é amplamente utilizado na tecnologia de montagem em superfície (SMT), soldagem sem chumbo e pacotes BGA. É adequado para setores como dados/telecomunicações, eletrônicos de consumo de alta tecnologia, aeroespacial, militar e dispositivos médicos. Além disso, o ENIG é frequentemente preferido no mercado de PCB flexível devido à sua alta confiabilidade e desempenho.
Conclusão
O ENIG é uma opção versátil e confiável de acabamento de superfície para PCBs, oferecendo excelente resistência à oxidação, planaridade da superfície e soldabilidade. Embora tenha algumas desvantagens, como um custo mais alto e potencial para defeitos na almofada preta, os benefícios que oferece o tornam uma escolha popular para muitas aplicações de PCB. Ao compreender as vantagens e limitações do ENIG e compará-lo com outros acabamentos de superfície, os projetistas de PCB podem tomar decisões informadas ao selecionar o melhor acabamento de superfície para seus projetos.
