Confronto tra ENIG ed ENEPIG

Tra le tecnologie applicate nel processo di fabbricazione dei PCB, quelle che contribuiscono alle finiture superficiali svolgono un ruolo cruciale nell’assemblaggio dei PCB e nell’applicazione dei prodotti elettronici in cui vengono utilizzate schede a circuito stampato.

Lo strato di rame sul PCB tende a ossidarsi all’aria, generando ossidazione del rame, il che riduce gravemente la qualità della saldatura. Il trattamento di finitura superficiale, tuttavia, è in grado di impedire l’ossidazione dei pad di rame, in modo che si possano garantire un’eccellente saldabilità e le corrispondenti prestazioni elettriche. Le crescenti richieste del mercato in termini di miniaturizzazione, maggiore funzionalità e affidabilità dei dispositivi elettronici spingono i PCB verso sottigliezza, leggerezza, alta densità e maggiore velocità di trasmissione del segnale. Di conseguenza, le finiture superficiali devono affrontare le nuove sfide in termini di stabilità e affidabilità per essere compatibili con i requisiti di sviluppo sopra menzionati.

Inoltre, sulla base della crescente consapevolezza riguardo allo sviluppo sostenibile e rispettoso dell’ambiente, le problematiche di inquinamento ambientale legate alle finiture superficiali dei PCB stanno attirando sempre più attenzione a livello globale. L’attuazione delle normative RoHS (Restriction of Hazardous Substances) e WEEE (Waste Electrical and Electronic Equipment) emanate dall’UE mira a eliminare sostanze pericolose come piombo e mercurio dai prodotti elettronici, richiedendo soluzioni verdi oproduzione senza piombodel rivestimento superficiale del PCB. In quanto tipi di finitura superficiale, ENIG (electroless nickel immersion gold) ed ENEPIG (electroless nickel electroless palladium immersion gold) non solo possono soddisfare i requisiti tecnologici richiesti dal mercato dei PCB, ma sono anche adattabili alla tendenza alla saldatura senza piombo, con un notevole potenziale di sviluppo futuro.

Tuttavia, per le persone è un po’ difficile distinguere le differenze tra ENIG ed ENEPIG, per non parlare di sapere quando fare affidamento sull’uno o sull’altro. Il contenuto seguente in questo articolo fornirà le definizioni di ENIG ed ENEPIG e i loro processi di produzione, discuterà i vantaggi e gli svantaggi di ciascuno e mirerà a fornire una guida su quando utilizzare ogni finitura in situazioni specifiche.

Considerazioni sulla scelta della finitura superficiale

Fino ad ora, le finiture superficiali prevalenti ampiamente accettate sono HASL (livellamento a saldatura ad aria calda), OSP (preservanti organici per la saldatura), Immersion Tin, Immersion Gold, ENIG ed ENEPIG. Di fronte a diverse finiture superficiali, ognuna con i propri vantaggi e svantaggi, hai sofferto di un forte disagio nel scegliere un tipo compatibile con i tuoi prodotti? In realtà, indipendentemente dal tipo di prodotto PCB o dai requisiti che deve soddisfare, la scelta della finitura superficiale deve basarsi su considerazioni riguardanti costo, ambiente di applicazione per i prodotti finali, componenti a passo fine, con piombo o senza piombo, applicazioni RF (alta probabilità di alta frequenza), durata di conservazione, resistenza agli urti e alle cadute, resistenza termica, volume e produttività.

Pertanto, gli elementi di valutazione menzionati sopra possono essere utilizzati come uno dei tuoi riferimenti per la decisione finale sulla finitura superficiale dei tuoi PCB. Naturalmente, questi elementi NON possono mai avere tutti la stessa importanza con il medesimo grado di rilevanza. Di conseguenza, i gradi di rilevanza di ciascun elemento dovrebbero essere chiariti prima che tu faccia affidamento su questo elenco, tenendo conto delle specifiche condizioni del tuo prodotto.

Avvento di ENIG ed ENEPIG

Già negli anni ’90, a causa dello sviluppo dei PCB verso linee più fini e micro‑vias, oltre agli evidenti svantaggi di HASL e OSP, come i problemi di planarità del primo e i problemi di rimozione del flussante del secondo, l’ENIG ha iniziato a essere utilizzato come un’altra alternativa perfinitura superficiale nella fabbricazione di PCB.

Per sconfiggere il problema del black nickel board, il principale punto debole dell’ENIG, l’ENEPIG è stato introdotto come versione aggiornata dell’ENIG. Con l’aggiunta di uno strato di palladio tra il nichel chimico e l’oro a immersione, l’ENEPIG presenta un sottile strato di resistenza il cui spessore di solito rientra nell’intervallo da 0,05 μm a 0,1 μm. Lo strato di palladio ha la funzione di impedire alla tecnologia dell’oro a immersione di corrodere lo strato di nichel. Di conseguenza, l’ENEPIG è in grado di eliminare il difetto del black pad presente nell’ENIG. Inoltre, l’ENEPIG è caratterizzato da un’elevata affidabilità nel wire bonding, da un’eccellente capacità di saldatura con rifusione multipla e presenta una superficie di contatto per interruttori, il che gli consente di soddisfare contemporaneamente i rigorosi requisiti dei PCB ad alta densità e con package multipli sulla superficie. Sulla base di questi vantaggi, l’ENEPIG è anche chiamato finitura universale.

Vantaggi e svantaggi di ENIG ed ENEPIG

Negli anni ’90, con la tendenza allo sviluppo di piste fini e micro‑via nei PCB e con i problemi di planarità dell’HASL (livellamento a caldo con aria) e di eliminazione della saldatura dell’OSP (preservanti di saldabilità organici), la tecnologia ENIG ha iniziato a essere ampiamente utilizzata nella fabbricazione di PCB.

Rispetto all’ENIG, la tecnologia ENEPIG è stata applicata nella fabbricazione di PCB già negli anni ’80. Tuttavia, l’ENEPIG non è stato ampiamente utilizzato e diffuso a causa del suo elevato costo e dei bassi requisiti dei prodotti in termini di finitura superficiale. Attualmente, le esigenze di miniaturizzazione, riduzione dello spessore e multifunzionalità offrono maggiori opportunità all’ENEPIG.

I vantaggi di ENIG ed ENEPIG sono mostrati nella seguente tabella.

La tecnologia ENEPIG si sviluppa sulla base della tecnologia ENIG con l’aggiunta di uno strato di palladio, in modo che le sue prestazioni siano state notevolmente migliorate. Le ragioni sono:
a. Lo strato di palladio con una struttura di membrana densa ricopre completamente lo strato di nichel e il contenuto di fosforo nello strato di palladio è inferiore al contenuto ordinario nello strato di nichel, in modo da evitare le condizioni di formazione del nichel nero e far scomparire la possibilità di black pad.
b. Il punto di fusione del palladio è a 1.554 °C, superiore al punto di fusione dell’oro (1.063 °C). Pertanto, la velocità di fusione del palladio ad alta temperatura è relativamente lenta, con tempo sufficiente per la formazione di uno strato di resistenza a protezione dello strato di nichel.
c. Il palladio ha una durezza superiore all’oro, il che migliora l’affidabilità della saldatura, la capacità di wire bonding e le proprietà antifrizione.
d. La lega stagno-palladio ha la più elevata capacità anticorrosiva, in grado di arrestare la corrosione per strisciamento causata dalla corrosione a pila primaria, così da aumentarne la durata.
e. L’uso del palladio consente di ridurre lo spessore dello strato d’oro, riducendo i costi del 60% rispetto all’ENIG.

Ogni moneta ha due facce. Oltre ai vantaggi, ENIG ed ENEPIG presentano anche alcuni svantaggi.

Misure per una finitura superficiale economica

Secondo i vantaggi e gli svantaggi di ENIG ed ENEPIG, è naturale scegliere ENEPIG come soluzione migliore quando la priorità è l’affidabilità. Tuttavia, il suo costo più elevato impedisce ad alcune aziende di sacrificare parte dei propri ricavi. Ma è assolutamente possibile ottenere un equilibrio ottimale tra qualità e costo inPCBCartpoiché disponiamo di misure per eliminare il problema del black pad con l’applicazione dell’ENIG.

Il black pad nasce con l’avvento dell’ENIG. Durante il processo di immersione dell’oro nell’ENIG, il black pad tende a essere causato dalla corrosione del nichel in condizioni operative non corrette. Un’eccessiva corrosione del nichel ridurrà drasticamente la bagnabilità e le prestazioni di adesione della saldatura e il materiale saldante dovrà sopportare uno sforzo maggiore quando viene unito a una superficie di nichel corrosa. Infine, lo strato di contatto tra la saldatura e il nichel si romperà, generando una superficie di nichel nera, fenomeno che viene chiamato black pad.

Poiché l’ENIG contiene uno strato di oro chimico, è piuttosto difficile stabilire se sia presente o meno un black pad. Il nichel non sarà esposto finché l’oro non verrà rimosso dalla superficie tramite un metodo chimico. Inoltre, si formerà uno strato di nichel ricco di fosforo al contatto tra nichel e oro (prima della saldatura) e al contatto tra lega saldante e nichel (dopo la saldatura). Si tratta in realtà di un fenomeno naturale che non presenta alcuna correlazione con il black pad.

Le principali cause del fenomeno del black pad riguardano due aspetti. In primo luogo, l’implementazione della tecnologia è soggetta a un controllo così scarso che le particelle cristalline crescono in modo non uniforme e si formano numerose crepe tra le particelle cristalline, generando un film di nichel di bassa qualità. In secondo luogo, il tempo necessario per eseguire l’immersione in oro è così lungo che tende a crearsi corrosione sulla superficie del nichel, con conseguente formazione di crepe.

Tra tutti gli elementi che influenzano il nichel chimico,maschera di saldaturasi distingue per i seguenti motivi:
Motivo n. 1: La solder mask presenta un’insufficiente reticolazione incrociata e rigidità tale che i contaminanti tendono a rimanere sulla superficie di rame, impedendo che avvenga la reazione di attivazione. Nella soluzione calda di nichel chimico, il monomero della solder mask viene rilasciato mentre si genera idrogeno. Di conseguenza, esso inibisce la reazione del nichel chimico e rompe l’equilibrio chimico.
Motivo n. 2: Superficie con maschera di saldatura difettosa che porta al degrado della superficie del pad.
Motivo n. 3: La solder mask riempita nel microvia tende a subire una reazione elettrochimica, impedendo così la formazione di una superficie catalitica uniforme.

Per risolvere con successo il problema del black pad, si possono adottare tre misure:
Misura n. 1Il valore del pH della soluzione di nichel chimico deve essere controllato.
Meaaure#2: Il contenuto di stabilizzante della soluzione di nichel chimico deve essere analizzato.
Misura n. 3La corrosione superficiale del nichel deve essere arrestata durante l’oro a immersione.

Finora, i miglioramenti in termini di tecnologia dell’oro ad immersione hanno prodotto buoni risultati. La tecnologia di oro ad immersione di nuova concezione non solo riduce la corrosione sulla superficie del nichel, ma contribuisce anche a diminuire i costi. Rispetto alla soluzione di oro ad immersione (pH = 4,5-5,5) della generazione precedente, la soluzione di oro ad immersione di nuova generazione è quasi neutra, con un valore di pH compreso tra 7,0 e 7,2. Una soluzione neutra è la più efficace nel prevenire che gli ioni idrogeno corrodano la superficie del nichel. Inoltre, la tecnologia di oro ad immersione di nuova generazione può essere applicata con una concentrazione di oro inferiore, il che riduce il costo delle materie prime iniziali dal 50% all’80% e lascia un’influenza minima sul nichel nello strato sottostante.

Quando si tratta di finitura superficiale perPCB flessibili, se l'attuale ENIG viene applicato direttamente ai circuiti stampati flessibili, il film di nichel a strati subirà delle crepe quando il substrato viene piegato, il che porterà ulteriormente a crepe del rame nello strato inferiore. Per soddisfare le esigenze di finitura superficiale delle schede flessibili, la nuova tecnologia di nichelatura chimica è in grado di generare un film di nichel con una struttura colonnare. Si possono formare solo microfessure sulla superficie quando il substrato viene piegato e le crepe non si propagano nel rame dello strato inferiore.

Tutte le analisi e le misure elencate sopra funzionano solo per ENIG, mentre ENEPIG, in quanto versione aggiornata di ENIG, non ne ha bisogno.

In effetti, le misure di cui sopra sono state accumulate e testate da PCBCart per soddisfare le esigenze dei clienti in termini di elevata affidabilità e basso costo. Una volta scelto l’ENIG, è nostra responsabilità garantirne la qualità, anche se presenta un difetto “fatale”, in virtù del nostro principio orientato al cliente.

Confronto delle applicazioni tra ENIG ed ENEPIG

I campi di applicazione di ENIG ed ENEPIG sono diversi in base ai loro vantaggi distintivi. ENIG è adatto per la saldatura senza piombo, SMT (tecnologia a montaggio superficiale),Package BGA (ball grid array)ecc. I settori e i prodotti che l’ENIG è in grado di servire includono dati/telecomunicazioni, elettronica di consumo di fascia alta, aerospaziale, militare e dispositivi ad alte prestazioni e industrie medicali. Inoltre, l’ENIG è particolarmente utilizzato nel mercato dei circuiti flessibili grazie alla sua elevata affidabilità.

L’ENEPIG è in grado di soddisfare requisiti più stringenti per molteplici tipi di package, inclusi THT (through-hole technology), SMT, BGA, wire bonding, press-fit ecc. Inoltre, l’ENEPIG è adatto anche a PCB con diverse tecnologie di packaging. Di conseguenza, i campi di applicazione in cui l’ENEPIG può essere impiegato includono l’aerospaziale, il militare, i dispositivi ad alte prestazioni e le industrie medicali, che richiedono maggiore densità e affidabilità.

In realtà, èProduttore di schede PCBè compito di fornire prodotti di altissima qualità ai propri clienti. Come fase significativa durante la produzione di PCB, l’alta qualità della finitura superficiale determina sicuramente l’alta qualità dei circuiti stampati. Pertanto, i produttori di PCB devono garantire che la finitura superficiale sia in grado di soddisfare i requisiti richiesti dai circuiti stampati e dai prodotti finali a cui saranno destinati.

Tecnologie e processi di produzione

Prendere familiarità con le tecnologie e i processi di produzione di ENIG ed ENEPIG può essere un po’ noioso, ma ti permette di sapere esattamente cosa accade in queste due finiture superficiali.

1) Tecnologia e processo di produzione dell’ENIG

Lo standard ENIG riguarda tre strati di struttura metallica: rame, nichel e oro. Il processo include principalmente: attivazione del rame, ENP (placcatura di nichel chimico) e oro ad immersione.

• Attivazione del rame

L'attivazione del rame è il privilegio della deposizione selettiva che ha luogo nell'ENP. È necessaria una reazione di spostamento affinché possa essere generato un sottile strato di palladio sullo strato di rame che funge da superficie catalitica. Durante la produzione di PCB, PdSO₄e PdCl₂sono spesso utilizzati come attivatori con la seguente formula di reazione:

Cu + Pd²⁺→ A te²⁺+ Pd

• ENP

Nella tecnologia ENIG, lo strato di nichel ha due funzioni. Come strato barriera, può impedire la mutua interdiffusione di rame e oro. D’altra parte, reagirà con lo stagno, con la formazione di un eccellente IMC (composto intermetallico) Ni₃Sn₄in modo da garantire una buona saldabilità in fase di assemblaggio. Sotto l’azione della superficie catalitica, l’ENP porta alla deposizione di uno strato di nichel tramite una reazione redox con NaH₂PO₂come agente riducente. Non appena lo strato di nichel è completamente ricoperto dalla superficie catalitica di palladio, il nichel elementare fa sì che la deposizione di nichel prosegua come catalizzatore dell’ENP.

È importante sottolineare che l’idrogeno attivo in stato atomico emesso dall’idrolisi dell’agente riducente NaH₂PO₂rende Ni²⁺ridotto alla sostanza elementare di nichel mentre H₂PO₂^-alla sostanza elementare del fosforo. Pertanto, lo strato ENP nella tecnologia ENIG è in realtà uno strato di lega nichel-fosforo. La formula di reazione di questo passaggio è mostrata come segue:

H₂PO₂^-+ H₂O → H⁺+ HPO₃^2-+ 2H

Ni²⁺+ 2H → Ni↓ + 2H⁺

H₂PO₂^-+ H → P↓ + OH^-+ H₂O

H₂PO₂^-+ H₂O → H₂↑ + H⁺+ HPO₃^2-

• Oro immersione

Nella tecnologia ENIG, lo strato d’oro presenta i vantaggi di una bassa resistenza di contatto, poche possibilità di ossidazione, elevata resistenza meccanica e proprietà antifrizione, risultando in grado di soddisfare i requisiti di conducibilità del circuito e di proteggere lo strato di rame e lo strato di nichel dall’ossidazione, in modo che la saldabilità dello strato di nichel possa essere garantita. L’oro a immersione si riferisce alla formazione di uno strato d’oro sulla superficie dello strato di nichel tramite una reazione di spostamento che non si arresta finché lo strato d’oro generato non ricopre completamente lo strato di nichel. Per questo motivo lo strato d’oro è relativamente sottile. La formula di reazione che descrive questo passaggio è mostrata di seguito:

2Au(CN)₂^-+ Ni → 2Au + Ni²⁺+ 4CN^-

2) Tecnologia e processo di produzione ENEPIG

Diversamente dall’ENIG, l’ENEPIG adotta una struttura metallica a quattro strati che include rame, nichel, palladio e oro. Il processo dell’ENEPIG è lo stesso di quello dell’ENIG, tranne per il fatto che tra l’ENP e l’oro a immersione viene aggiunta la placcatura autocatalitica di palladio.

Lo strato di palladio viene aggiunto alla tecnologia ENEPIG come strato barriera, impedendo la corrosione dello strato di nichel causata dalla soluzione nel processo di deposizione dell’oro e dalla diffusione dallo strato di nichel allo strato d’oro. Allo stesso tempo, lo strato di palladio può essere considerato come strato anti-ossidazione e anti-corrosione grazie alla sua caratteristica di compattezza, che aumenta la saldabilità. Similmente alla placcatura di nichel chimico, la placcatura di palladio chimico porta alla deposizione dello strato di palladio tramite reazione redox con NaH₂PO₂come agente riducente. La formula di reazione che indica questo passaggio è mostrata come segue:

H₂PO₂^-+ H₂O → H⁺+ HPO₃^2-+ 2H

Pd²⁺+ 2H → Pd↓ + 2H⁺

H₂PO₂^-+ H → P↓ + OH^-+ H₂O

H₂PO₂^-+ H₂O → H₂↑ + H⁺+ HPO₃^2-

PCBCart è in grado di produrre circuiti stampati con diverse opzioni di finitura superficiale, tra cui ENIG ed ENEPIGOffriamo una garanzia di qualità al 100% sui nostri circuiti stampati, e tuttavia i nostri prezzi sono piuttosto economici. Puoi fare clic sul pulsante seguente per ottenere un prezzo immediato per qualsiasi finitura superficiale di cui tu abbia bisogno.

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