ENEPIG vs. ENIG : Choisir la finition de surface PCB adaptée à votre application

Dans la fabrication des PCB, la finition de surface est un composant essentiel mais souvent négligé qui a un impact sur la soudabilité, la résistance à la corrosion et la fiabilité à long terme. Deux des finitions haute performance les plus populaires sont l'ENIG (Nickel sans électrode Or par immersion) et l'ENEPIG (Nickel sans électrode Palladium sans électrode Or par immersion). Bien que les deux utilisent des couches de nickel et d'or, leurs structures distinctes les rendent plus adaptées à des applications spécifiques, de l'électronique grand public aux systèmes aérospatiaux.

Ce guide détaille les différences entre l'ENEPIG et l'ENIG, en comparant leur composition, leurs processus de fabrication, leurs caractéristiques de performance et leurs cas d'utilisation idéaux. Que vous donniez la priorité au coût, à la soudabilité ou à la résistance aux environnements difficiles, la compréhension de ces finitions vous aidera à prendre des décisions éclairées qui correspondent aux exigences de votre PCB.

Que sont l'ENIG et l'ENEPIG ?
L'ENIG et l'ENEPIG sont des finitions de surface à base d'immersion conçues pour protéger les pistes de cuivre de l'oxydation tout en offrant une surface soudable. Leurs structures en couches les distinguent :

ENIG (Nickel sans électrode Or par immersion)
L'ENIG est constituée de deux couches appliquées sur des pastilles de cuivre exposées :

a. Nickel sans électrode (Ni) : Une couche de 5 à 15 µm d'épaisseur qui sert de barrière entre le cuivre et l'or, empêchant la diffusion. Il offre dureté et résistance à la corrosion.
b. Or par immersion (Au) : Une fine couche de 0,05 à 0,2 µm qui protège le nickel de l'oxydation et assure une excellente soudabilité.

ENEPIG (Nickel sans électrode Palladium sans électrode Or par immersion)
L'ENEPIG ajoute une couche de palladium à la structure, créant une finition à trois couches :

a. Nickel sans électrode (Ni) : 5 à 15 µm d'épaisseur, identique à l'ENIG, servant de barrière de base.
b. Palladium sans électrode (Pd) : Une couche de 0,1 à 0,5 µm entre le nickel et l'or qui améliore la résistance à la corrosion et empêche la diffusion nickel-or.
c. Or par immersion (Au) : 0,05 à 0,2 µm d'épaisseur, similaire à l'ENIG, mais avec une meilleure adhérence grâce à la couche de palladium.

Comment l'ENIG et l'ENEPIG sont fabriqués
Les processus de production de ces finitions présentent des similitudes, mais divergent dans les étapes clés, ce qui affecte leurs performances :

Processus de fabrication de l'ENIG
1. Nettoyage : Les surfaces en cuivre sont nettoyées pour éliminer les huiles, les oxydes et les contaminants.
2. Micro-gravure : Une gravure acide douce crée une surface de cuivre rugueuse pour améliorer l'adhérence du nickel.
3. Dépôt de nickel sans électrode : Le nickel est déposé via une réaction chimique (pas d'électricité), formant une couche uniforme sur le cuivre.
4. Dépôt d'or par immersion : L'or remplace le nickel à la surface via une réaction galvanique, créant une fine couche protectrice.

Processus de fabrication de l'ENEPIG
1. Nettoyage et micro-gravure : Identiques à l'ENIG pour préparer la surface en cuivre.
2. Dépôt de nickel sans électrode : Identique à l'ENIG, formant la couche de base.
3. Dépôt de palladium sans électrode : Le palladium est déposé chimiquement sur le nickel, créant une barrière qui empêche le nickel de réagir avec l'or.
4. Dépôt d'or par immersion : L'or remplace le palladium à la surface, la couche de palladium assurant une adhérence plus forte que l'ENIG.

Principales différences de performance
L'ajout de palladium dans l'ENEPIG crée des caractéristiques de performance distinctes par rapport à l'ENIG :
1. Soudabilité
   ENIG : Excellente soudabilité initiale, mais le nickel peut former des composés intermétalliques (CIM) fragiles avec la soudure au fil du temps, en particulier avec les soudures sans plomb (par exemple, SAC305). Cela peut réduire la résistance des joints dans les applications à haute température.
   ENEPIG : La couche de palladium agit comme un tampon, ralentissant la formation de CIM et maintenant la soudabilité même après plusieurs cycles de refusion (jusqu'à 5 à 10 contre 3 à 5 pour l'ENIG). Cela le rend idéal pour les PCB nécessitant une reprise ou plusieurs étapes d'assemblage.

2. Résistance à la corrosion
   ENIG : Le nickel offre une bonne résistance à la corrosion, mais les trous d'épingle dans la fine couche d'or peuvent exposer le nickel à l'humidité, entraînant des défauts de « pastille noire » : du nickel corrodé qui altère la soudabilité.
   ENEPIG : Le palladium comble les trous d'épingle dans la couche d'or et est plus résistant à la corrosion que le nickel, réduisant le risque de pastille noire de 70 à 80 %. Il fonctionne mieux dans les environnements humides ou salins (par exemple, l'électronique marine).

3. Capacité de liaison filaire
   ENIG : Acceptable pour la liaison filaire en or (courante dans l'emballage des semi-conducteurs), mais la fine couche d'or peut s'user avec plusieurs liaisons.
   ENEPIG : La couche de palladium améliore l'adhérence de l'or, ce qui le rend adapté à la liaison filaire en or et en aluminium. Il prend en charge des nombres de liaisons plus élevés (1 000+ contre 500 à 800 pour l'ENIG) sans dégradation.

4. Coût
   ENIG : Coût inférieur en raison du moins de matériaux et d'étapes, généralement 10 à 20 % moins cher que l'ENEPIG pour des volumes de PCB équivalents.

   ENEPIG : La couche de palladium ajoute des coûts de matériaux et de traitement, ce qui le rend plus cher, mais souvent justifié par une fiabilité améliorée.

Tableau comparatif : ENIG contre ENEPIG

Applications idéales pour l'ENIG
L'équilibre entre performance et coût de l'ENIG le rend adapté à de nombreuses applications grand public :
1. Électronique grand public
Smartphones, ordinateurs portables et tablettes : l'ENIG offre une résistance à la corrosion adéquate pour une utilisation en intérieur et prend en charge les composants à pas fin (0,4 mm BGA) à un coût inférieur.
Appareils portables : Sa fine couche d'or fonctionne bien pour les petits appareils à faible consommation d'énergie où la reprise est rare.

2. Commandes industrielles
Automates programmables et capteurs : l'ENIG gère des températures modérées (jusqu'à 125 °C) et une exposition occasionnelle à la poussière ou à l'humidité, ce qui en fait un choix rentable pour les environnements d'usine.

3. Prototypage à faible volume
Le coût inférieur et la disponibilité généralisée de l'ENIG le rendent idéal pour les prototypes et la production en petits lots, où la fiabilité à long terme est moins critique que le budget.

Applications idéales pour l'ENEPIG
Les performances supérieures de l'ENEPIG justifient son coût plus élevé dans les environnements exigeants :
1. Aérospatiale et défense
Avionique et systèmes radar : l'ENEPIG résiste à la corrosion due à l'humidité et aux embruns salés (essentiel pour les applications aéroportées et marines) et maintient la soudabilité grâce à des cycles de température extrêmes (-55 °C à 125 °C).

2. Dispositifs médicaux
Équipement implantable et de diagnostic : la couche de palladium empêche les défauts de pastille noire, assurant la biocompatibilité et la fiabilité à long terme dans les environnements stériles ou contenant des fluides corporels.

3. Électronique automobile haute fiabilité
Modules d'alimentation ADAS et VE : l'ENEPIG résiste aux températures sous le capot (jusqu'à 150 °C) et aux cycles thermiques répétés, réduisant le risque de défaillance des joints de soudure dans les systèmes critiques pour la sécurité.

4. Applications de liaison filaire
Emballage de semi-conducteurs et modules RF : la compatibilité de l'ENEPIG avec la liaison filaire en aluminium et les nombres de liaisons plus élevés le rendent idéal pour les appareils haute fréquence (5G, radar).

Idées fausses courantes
 A. « L'ENEPIG est toujours meilleur que l'ENIG » : Ce n'est pas vrai : l'ENIG est suffisant pour de nombreuses applications, et son coût inférieur est un avantage sur les marchés sensibles aux prix.
 B. « Le défaut de pastille noire de l'ENIG est inévitable » : Un contrôle de processus approprié (par exemple, le maintien de la chimie du bain, la limitation de l'épaisseur de l'or) réduit le risque de pastille noire à<1 % dans une fabrication axée sur la qualité.
 C. « Le palladium dans l'ENEPIG le rend trop cher » : Pour les applications à haute fiabilité, la durée de vie plus longue de l'ENEPIG et les coûts de reprise réduits compensent souvent son prix initial plus élevé.

Comment choisir entre l'ENIG et l'ENEPIG
Tenez compte de ces facteurs pour décider :

1. Exigences de fiabilité : Si votre PCB fonctionne dans des environnements difficiles (humidité, sel, températures extrêmes) ou nécessite plusieurs refusions, l'ENEPIG vaut l'investissement.
2. Sensibilité aux coûts : Pour l'électronique grand public ou les projets à faible volume où la fiabilité à long terme est secondaire, l'ENIG offre une meilleure valeur.
3. Besoins d'assemblage : L'ENEPIG est préférable pour les PCB nécessitant une reprise, une liaison filaire ou des soudures sans plomb (qui sollicitent davantage le nickel que les alternatives plombées).
4. Normes de l'industrie : L'aérospatiale (AS9100) et le médical (ISO 13485) imposent souvent l'ENEPIG pour sa fiabilité améliorée, tandis que l'électronique grand public peut accepter l'ENIG.

FAQ
Q : L'ENIG et l'ENEPIG peuvent-ils être utilisés sur le même PCB ?
R : Oui, bien que ce soit rare. Certaines conceptions utilisent l'ENIG pour les pastilles non critiques et l'ENEPIG pour les zones à haute fiabilité (par exemple, les connecteurs d'alimentation), mais cela augmente la complexité de la fabrication.

Q : Combien de temps durent les finitions ENIG et ENEPIG en stockage ?
R : L'ENIG a une durée de conservation de 6 à 12 mois dans des conditions contrôlées (30 °C, 60 % d'HR), tandis que l'ENEPIG l'étend à 12 à 18 mois en raison de sa couche de palladium.

Q : L'ENEPIG est-il compatible avec les soudures sans plomb ?
R : Oui, et il fonctionne mieux que l'ENIG avec les soudures sans plomb (par exemple, SAC305), car le palladium réduit la formation de composés intermétalliques fragiles.

Q : Qu'est-ce qui cause la pastille noire dans l'ENIG ?
R : Une gravure excessive pendant le dépôt d'or ou une contamination dans le bain d'or peuvent créer du nickel poreux, qui se corrode (devient noir) lorsqu'il est exposé à l'humidité.

Q : L'ENEPIG peut-il être utilisé pour des composants à pas fin (≤ 0,3 mm de pas) ?
R : Oui, sa structure de couche uniforme le rend adapté aux BGA et QFP à pas fin, surpassant souvent l'ENIG pour empêcher le pontage de la soudure.

Conclusion
L'ENIG et l'ENEPIG sont toutes deux des finitions de surface de haute qualité, mais leurs structures distinctes les rendent plus adaptées à des applications spécifiques. L'ENIG excelle dans les scénarios sensibles aux coûts, en intérieur ou à faible reprise, tandis que la couche de palladium de l'ENEPIG offre une résistance à la corrosion, une soudabilité et une fiabilité supérieures pour les environnements difficiles et les systèmes haute performance.

En alignant votre choix sur les conditions de fonctionnement, les exigences d'assemblage et le budget de votre PCB, vous assurerez des performances et une longévité optimales. Pour de nombreux ingénieurs, la décision se résume à équilibrer le coût et le risque : l'ENIG permet d'économiser de l'argent au départ, tandis que l'ENEPIG réduit le risque de défaillances dans les applications critiques.