Perbandingan antara ENIG dan ENEPIG

Dalam kalangan teknologi yang digunakan dalam proses pembuatan PCB, teknologi yang menyumbang kepada kemasan permukaan memainkan peranan penting dalam pemasangan PCB dan penggunaan produk elektronik yang menggunakan papan litar.

Lapisan kuprum pada PCB cenderung teroksida di udara sehingga pengoksidaan kuprum mudah terbentuk, yang akan menurunkan kualiti pematerian dengan serius. Namun, kemasan permukaan mampu menghalang pad kuprum daripada teroksida supaya kebolehpatrian yang sangat baik dan prestasi elektrik yang sepadan dapat dijamin. Permintaan pasaran yang semakin meningkat terhadap pengecilan saiz, fungsi yang lebih tinggi dan kebolehpercayaan bagi peranti elektronik mendorong PCB ke arah ketipisan, ringan, ketumpatan tinggi dan kelajuan penghantaran isyarat yang lebih tinggi. Sejajar dengan itu, kemasan permukaan perlu menghadapi cabaran akan datang dari segi kestabilan dan kebolehpercayaan supaya serasi dengan keperluan pembangunan yang disebutkan di atas.

Selain itu, berdasarkan kesedaran yang semakin meningkat tentang pembangunan mampan yang mesra alam sekitar, isu pencemaran alam sekitar yang berkaitan dengan kemasan permukaan PCB semakin mendapat perhatian daripada seluruh dunia. Pelaksanaan perundangan RoHS (Sekatan Bahan Berbahaya) dan WEEE (Sisa Peralatan Elektrik dan Elektronik) yang digubal oleh EU bertujuan untuk menghapuskan bahan berbahaya seperti plumbum dan merkuri daripada produk elektronik, sekali gus menuntut produk hijau ataupembuatan bebas plumbumbagi kemasan permukaan PCB. Sebagai sejenis kemasan permukaan, ENIG (electroless nickel immersion gold) dan ENEPIG (electroless nickel electroless palladium immersion gold) bukan sahaja dapat memenuhi keperluan teknologi yang dituntut oleh pasaran PCB, tetapi juga boleh dilaraskan untuk kecenderungan pateri bebas plumbum, serta mempunyai potensi pembangunan yang besar.

Walau bagaimanapun, agak sukar bagi orang ramai untuk membezakan antara ENIG dan ENEPIG, apatah lagi untuk mengetahui bila perlu bergantung pada yang mana satu. Kandungan berikut dalam artikel ini akan memberikan takrif ENIG dan ENEPIG serta proses pengeluarannya, membincangkan kelebihan dan kekurangan masing-masing dan bertujuan untuk menyediakan panduan tentang bila hendak menggunakan setiap kemasan dalam situasi tertentu.

Pertimbangan Pemilihan Kemasan Permukaan

Sehingga kini, kemasan permukaan yang lazim diterima secara meluas ialah HASL (hot air solder leveling), OSP (organic soldering preservatives), Immersion Tin, Immersion Gold, ENIG dan ENEPIG. Berdepan dengan pelbagai jenis kemasan permukaan yang masing-masing mempunyai kelebihan dan kekurangan, adakah anda pernah berasa sangat sukar ketika memilih satu jenis yang serasi dengan produk anda? Sebenarnya, tanpa mengira jenis produk PCB anda atau keperluan yang perlu dipenuhi, pemilihan kemasan permukaan mestilah berdasarkan pertimbangan seperti kos, persekitaran aplikasi bagi produk akhir, komponen padang halus (fine pitch), bertimbal atau bebas timbal, aplikasi RF (kebarangkalian frekuensi tinggi), jangka hayat simpanan, rintangan kejutan dan jatuhan, rintangan haba, volum dan hasil pengeluaran.

Oleh itu, unsur pertimbangan yang disebutkan di atas boleh dijadikan salah satu rujukan anda untuk keputusan akhir mengenai kemasan permukaan bagi PCB anda. Secara semula jadi, perkara-perkara ini TIDAK akan sentiasa sama penting dengan tahap kepentingan yang sama. Oleh itu, tahap kepentingan bagi setiap perkara perlu diperjelaskan sebelum anda bersedia untuk bergantung pada senarai ini dengan mengambil kira situasi produk khusus anda.

Kemunculan ENIG dan ENEPIG

Seawal tahun 1990-an, disebabkan pembangunan PCB ke arah garisan yang lebih halus dan mikro via serta kelemahan ketara proses HASL dan OSP, seperti isu kerataan bagi yang pertama dan isu penyingkiran fluks bagi yang kedua, ENIG mula digunakan sebagai satu lagi alternatif untukkemasan permukaan dalam fabrikasi PCB.

Untuk mengatasi masalah papan nikel hitam, iaitu kelemahan utama ENIG, ENEPIG muncul sebagai versi penaiktarafan ENIG. Dengan penambahan saduran paladium di antara nikel tanpa elektrik dan emas celup, ENEPIG menghasilkan satu lapisan nipis untuk rintangan yang ketebalannya biasanya berada dalam julat 0.05μm hingga 0.1μm. Lapisan paladium berperanan menghentikan teknologi emas celup daripada menghakis lapisan nikel. Hasilnya, ENEPIG mampu mengatasi kecacatan pad hitam yang terdapat pada ENIG. Selain itu, ENEPIG mempunyai keupayaan pengikatan wayar yang sangat boleh dipercayai, keupayaan pematerian aliran semula berbilang yang sangat baik dan mengandungi permukaan sentuhan suis, yang membolehkannya memenuhi keperluan ketat papan litar bercetak (PCB) berketumpatan tinggi dan pakej berbilang permukaan secara serentak. Berdasarkan kelebihan tersebut, ENEPIG juga dipanggil kemasan sejagat.

Kelebihan dan Kekurangan ENIG dan ENEPIG

Pada tahun 1990-an, dengan trend pembangunan garisan halus PCB dan mikro-via serta masalah kerataan HASL (hot air solder leveling) dan masalah penyingkiran pateri OSP (organic solderability preservatives), teknologi ENIG mula digunakan secara besar-besaran dalam pembuatan PCB.

Berbanding dengan ENIG, teknologi ENEPIG telah digunakan dalam pembuatan PCB seawal tahun 1980-an. Namun, ENEPIG tidak digunakan secara besar-besaran dan dipopularkan kerana kosnya yang tinggi dan keperluan produk yang rendah dari segi kemasan permukaan. Pada masa ini, keperluan untuk peminiaturan, ketipisan dan pelbagai fungsi memberikan lebih banyak peluang kepada ENEPIG.

Kelebihan ENIG dan ENEPIG dipaparkan dalam jadual berikut.

Teknologi ENEPIG dibangunkan berasaskan teknologi ENIG dengan penambahan lapisan paladium sehingga prestasinya telah dipertingkatkan dengan ketara. Sebab-sebabnya adalah:
a. Lapisan paladium dengan struktur membran padat sepenuhnya menutupi lapisan nikel dan kandungan fosfor dalam lapisan paladium adalah kurang daripada kandungan biasa dalam lapisan nikel supaya keadaan pembentukan nikel hitam dapat dielakkan dan kemungkinan berlakunya pad hitam lenyap.
b. Titik lebur paladium ialah pada 1,554°C yang lebih tinggi daripada titik lebur emas (1,063°C). Oleh itu, kelajuan peleburan paladium pada suhu tinggi adalah agak perlahan dengan masa yang mencukupi untuk pembentukan lapisan rintangan bagi melindungi lapisan nikel.
c. Paladium mempunyai kekerasan yang lebih tinggi daripada emas, yang meningkatkan kebolehpercayaan pateri, keupayaan pengikatan wayar dan sifat antigeseran.
d. Aloi Timah-Paladium mempunyai keupayaan antikakisan yang paling kuat yang mampu menghentikan kakisan merayap yang disebabkan oleh kakisan sel primer sekali gus dapat memanjangkan jangka hayat.
e. Penggunaan paladium mampu mengurangkan ketebalan lapisan emas, yang mengurangkan kos sebanyak 60% berbanding ENIG.

Setiap syiling mempunyai dua sisi. Selain kelebihan, ENIG dan ENEPIG juga mempunyai beberapa kelemahan.

Langkah untuk Kemasaan Permukaan yang Menjimatkan Kos

Menurut kelebihan dan kekurangan ENIG dan ENEPIG, adalah perkara biasa untuk memilih ENEPIG sebagai penyelesaian yang lebih baik apabila kebolehpercayaan diutamakan. Namun, kosnya yang lebih tinggi menghalang sesetengah syarikat daripada mengorbankan sebahagian hasil. Tetapi, anda sepenuhnya dibenarkan untuk mendapatkan keseimbangan optimum antara kualiti dan kos dalamPCBCartmemandangkan kami mempunyai langkah untuk mengatasi isu pad hitam dengan ENIG yang digunakan.

Black pad wujud seiring dengan kemunculan ENIG. Semasa proses rendaman emas dalam ENIG, black pad cenderung berlaku disebabkan kakisan nikel di bawah operasi yang tidak baik. Kakisan nikel yang berlebihan akan mengurangkan dengan ketara kebasahan dan prestasi ikatan pematerian, dan pateri perlu menahan tekanan yang lebih besar apabila ia terikat dengan permukaan nikel yang telah terhakis. Akhirnya, lapisan sentuhan antara pateri dan nikel akan terputus dengan terbentuknya permukaan nikel hitam, yang dipanggil black pad.

Oleh kerana ENIG mengandungi lapisan emas tanpa elektrik, agak sukar untuk merumuskan sama ada wujud pad hitam atau tidak. Nikel tidak akan terdedah sehinggalah emas ditanggalkan daripada permukaan melalui kaedah kimia. Selain itu, satu lapisan nikel kaya fosforus (P) akan terbentuk pada sentuhan antara nikel dan emas (sebelum pematerian) serta sentuhan antara pateri dan nikel (selepas pematerian). Itu sebenarnya merupakan fenomena semula jadi dan tidak mempunyai sebarang kaitan dengan pad hitam.

Punca utama berlakunya “black pad” datang daripada dua aspek. Pertama, pelaksanaan teknologi dikawal dengan begitu buruk sehingga zarah kristal membesar secara tidak seragam dan banyak rekahan berlaku di antara zarah kristal, lalu menghasilkan lapisan nikel berkualiti rendah. Kedua, masa yang diambil untuk proses rendaman emas terlalu lama sehingga kakisan cenderung terbentuk pada permukaan nikel dan menyebabkan rekahan.

Dalam semua unsur yang mempengaruhi nikel tanpa elektrik,topeng paterimenonjol dengan sebab-sebab berikut:
Sebab#1: Topeng pateri mengalami ikatan silang dan kekakuan yang tidak mencukupi sehingga bahan cemar cenderung tertinggal pada permukaan kuprum, menghalang berlakunya tindak balas pengaktifan. Dalam larutan nikel tanpa elektrik panas, monomer topeng pateri dilepaskan apabila hidrogen terhasil. Kemudian, ia menghalang nikel tanpa elektrik daripada bertindak balas dan memecahkan keseimbangan kimia.
Sebab#2: Permukaan dengan topeng pateri yang buruk menyebabkan permukaan pad merosot.
Sebab#3: Topeng pateri yang diisi dalam mikro via cenderung mengalami tindak balas elektrokimia sehingga menghalang pembentukan permukaan pemangkin yang seragam.

Untuk berjaya menyelesaikan masalah pad hitam, tiga langkah boleh diambil:
Langkah#1: Nilai pH bagi larutan nikel tanpa elektrik harus dikawal.
Meaaure#2: Kandungan penstabil dalam larutan nikel tanpa elektrik perlu dianalisis.
Langkah#3: Kakisan permukaan nikel harus dihentikan semasa proses emas rendaman.

Sehingga kini, penambahbaikan dari segi teknologi emas rendaman telah membawa kesan yang baik. Teknologi emas rendaman yang baru dibangunkan bukan sahaja mengurangkan kakisan pada permukaan nikel, tetapi juga membantu mengurangkan kos. Berbanding dengan larutan emas rendaman (pH=4.5-5.5) generasi terdahulu, larutan emas rendaman generasi baharu hampir neutral dengan nilai pH dalam julat 7.0 hingga 7.2. Cecair neutral berfungsi paling baik dalam menghalang ion hidrogen daripada menghakis permukaan nikel. Selain itu, teknologi emas rendaman generasi baharu boleh dilaksanakan dalam larutan emas yang lebih rendah, yang menjadikan kos bahan mentah awal turun sebanyak 50% hingga 80% dan hampir tidak memberi kesan kepada nikel pada lapisan bawah.

Apabila bercakap tentang kemasan permukaan untukPCB fleksibel, jika ENIG semasa digunakan terus pada papan litar fleksibel, filem nikel berlapis akan mengalami keretakan apabila substrat dibengkokkan, yang seterusnya akan menyebabkan keretakan pada tembaga di lapisan bawah. Untuk menyesuaikan dengan keperluan kemasan permukaan bagi papan fleksibel, teknologi nikel tanpa elektrik yang baru dibangunkan mampu menghasilkan filem nikel dengan struktur berbentuk lajur. Hanya retak mikro akan terbentuk pada permukaan apabila substrat dibengkokkan dan keretakan tidak akan merebak ke dalam tembaga di lapisan bawah.

Semua analisis dan langkah yang disenaraikan di atas hanya berfungsi untuk ENIG manakala ENEPIG tidak memerlukannya sebagai versi penaiktarafan ENIG.

Sebenarnya, langkah-langkah di atas telah dikumpul dan diuji oleh PCBCart untuk memenuhi keperluan pelanggan terhadap kebolehpercayaan tinggi dan kos rendah. Setelah ENIG dipilih, adalah menjadi tanggungjawab kami untuk memastikan kualitinya walaupun ia mempunyai kecacatan “maut” disebabkan oleh prinsip berorientasikan pelanggan kami.

Perbandingan Aplikasi antara ENIG dan ENEPIG

Bidang aplikasi ENIG dan ENEPIG adalah berbeza berdasarkan kelebihan tersendiri masing-masing. ENIG sesuai untuk pematerian bebas plumbum, SMT (teknologi pemasangan permukaan),Pakej BGA (susunan grid bebola)dan lain-lain. Industri dan produk yang boleh disokong oleh ENIG termasuk data/telekomunikasi, pengguna mewah, aeroangkasa, ketenteraan dan peranti berprestasi tinggi serta industri perubatan. Selain itu, ENIG digunakan terutamanya dalam pasaran fleksibel kerana kebolehpercayaannya yang tinggi.

ENEPIG berupaya memenuhi keperluan yang lebih ketat bagi pelbagai jenis pakej termasuk THT (teknologi lubang tembus), SMT, BGA, pengikatan wayar, pemasangan tekan dan sebagainya. Lebih baik lagi, ENEPIG juga sesuai untuk PCB dengan teknologi pembungkusan yang berbeza. Hasilnya, bidang aplikasi yang boleh dilayani oleh ENEPIG termasuk aeroangkasa, ketenteraan dan peranti berprestasi tinggi serta industri perubatan yang mempunyai keperluan lebih tinggi terhadap ketumpatan dan kebolehpercayaan.

Sebenarnya, ia ialahPengeluar papan PCBadalah tugas mereka untuk menyediakan produk berkualiti tinggi kepada pelanggan mereka. Sebagai satu langkah penting dalam proses pembuatan PCB, kualiti tinggi kemasan permukaan sememangnya menentukan kualiti tinggi papan litar. Oleh itu, pengeluar PCB perlu memastikan bahawa kemasan permukaan mampu memenuhi keperluan yang ditetapkan oleh papan litar dan produk akhir yang akan mereka sokong.

Teknologi dan Proses Pembuatan

Untuk memahami teknologi dan proses pembuatan ENIG dan ENEPIG mungkin agak membosankan tetapi ia membolehkan anda mengetahui dengan tepat apa yang berlaku dalam kedua-dua jenis kemasan permukaan tersebut.

1) Teknologi dan Proses Pembuatan ENIG

Tiga lapisan struktur logam terlibat dalam ENIG termasuk kuprum, nikel dan emas. Proses ini terutamanya merangkumi: pengaktifan kuprum, ENP (penyaduran nikel tanpa elektrik) dan rendaman emas.

• Pengaktifan Tembaga

Pengaktifan kuprum ialah keistimewaan pemendapan terpilih yang berlaku dalam ENP. Tindak balas penyesaran diperlukan supaya satu lapisan nipis paladium dapat dijana pada lapisan kuprum yang bertindak sebagai permukaan pemangkin. Semasa pembuatan PCB, PdSO₄dan PdCl₂sering digunakan sebagai pengaktif dengan formula tindak balas di bawah:

Cu + Pd²⁺→ Ku²⁺+ Pd

• ENP

Dalam teknologi ENIG, lapisan nikel mempunyai dua fungsi. Sebagai lapisan penghalang, ia boleh menghentikan penyebaran antara tembaga dan emas. Sebaliknya, ia akan bertindak balas dengan timah, dengan pembentukan IMC (sebatian antara logam) Ni yang sangat baik.₃Sn₄supaya keboleh-solderan pemasangan yang baik dapat dipastikan. Di bawah tindakan permukaan pemangkin, ENP membawa kepada pemendapan lapisan nikel melalui tindak balas redoks dengan NaH₂PO₂sebagai agen penurun. Sebaik sahaja lapisan nikel dilitupi sepenuhnya dengan permukaan pemangkin paladium, bahan unsur nikel menyebabkan pemendapan nikel diteruskan sebagai pemangkin ENP.

Adalah penting untuk menunjukkan bahawa hidrogen aktif dalam keadaan atom yang dipancarkan oleh hidrolisis agen penurun NaH₂PO₂membuat Ni²⁺dikurangkan kepada bahan asas nikel manakala H₂PO₂^-kepada bahan asas fosforus. Oleh itu, lapisan ENP dalam teknologi ENIG sebenarnya ialah lapisan aloi nikel-fosforus. Formula tindak balas bagi langkah ini adalah seperti berikut:

H₂PO₂^-+ H₂O → H⁺+ HPO₃^2-+ 2H

Ni²⁺+ 2H → Ni↓ + 2H⁺

H₂PO₂^-+ H → P↓ + OH^-+ H₂O

H₂PO₂^-+ H₂O → H₂↑ + H⁺+ HPO₃^2-

• Emas Celup

Dalam teknologi ENIG, lapisan emas mempunyai kelebihan seperti rintangan sentuhan yang rendah, kurang berpeluang teroksida, kekuatan tinggi dan rintangan geseran, yang mampu memenuhi keperluan kekonduksian litar serta melindungi lapisan tembaga dan lapisan nikel daripada pengoksidaan supaya kebolehterlehan lapisan nikel dapat dijamin. Emas celup merujuk kepada pembentukan lapisan emas pada permukaan lapisan nikel melalui tindak balas anjakan yang tidak akan berhenti sehingga lapisan emas yang terhasil sepenuhnya menutupi lapisan nikel. Itulah sebabnya lapisan emas adalah agak nipis. Formula tindak balas yang menunjukkan langkah ini adalah seperti berikut:

2Au(CN)₂^-+ Ni → 2Au + Ni²⁺+ 4CN^-

2) Teknologi dan Proses Pembuatan ENEPIG

Berbeza daripada ENIG, ENEPIG mempunyai empat lapisan struktur logam termasuk kuprum, nikel, paladium dan emas. Proses ENEPIG adalah sama seperti ENIG kecuali penyaduran paladium tanpa elektrik ditambah di antara ENP dan emas rendaman.

Lapisan paladium ditambah kepada teknologi ENEPIG sebagai lapisan penghalang, menghentikan kakisan lapisan nikel yang disebabkan oleh larutan dalam proses pemendapan emas dan resapan daripada lapisan nikel ke lapisan emas. Pada masa yang sama, lapisan paladium boleh dianggap sebagai lapisan anti-pengoksidaan dan lapisan anti-kakisan kerana cirinya yang padat untuk meningkatkan keboleh-solderan. Serupa dengan penyaduran nikel tanpa elektrik, penyaduran paladium tanpa elektrik membawa kepada pemendapan lapisan paladium melalui tindak balas redoks dengan NaH₂PO₂sebagai agen penurun. Formula tindak balas yang menunjukkan langkah ini adalah seperti berikut:

H₂PO₂^-+ H₂O → H⁺+ HPO₃^2-+ 2H

Pd²⁺+ 2H → Pd↓ + 2H⁺

H₂PO₂^-+ H → P↓ + OH^-+ H₂O

H₂PO₂^-+ H₂O → H₂↑ + H⁺+ HPO₃^2-

PCBCart berupaya mengeluarkan papan litar bercetak dengan pelbagai pilihan kemasan permukaan termasuk ENIG dan ENEPIGKami memberikan jaminan kualiti 100% pada papan litar bercetak kami – namun harga kami tetap sangat berpatutan. Anda boleh klik butang berikut untuk mendapatkan harga segera bagi sebarang kemasan permukaan yang anda perlukan.

Dapatkan Sebut Harga Segera untuk PCB FR4 dengan Sebarang Pilihan Kemasan Permukaan

Sumber yang Berguna
•Pengenalan Terperinci tentang Kemasan Permukaan PCB dan Aplikasinya
•Perkhidmatan Pembuatan PCB Tersuai Ciri Penuh daripada Rumah Fabrikasi Paling Berpengalaman di China
•Panduan Mendapatkan Harga Fabrikasi PCB dalam Beberapa Saat
•Keperluan Fail untuk Fabrikasi PCB yang Pantas dan Cekap