Fabrication de circuits imprimés ENIG : processus, contrôle qualité et normes industrielles

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L'or à l'immersion de nickel électrolaire (ENIG) est devenu l'étalon-or pour les finitions de surface PCB dans l'électronique à haute fiabilité, des dispositifs médicaux aux systèmes aérospatiaux. Sa combinaison unique de résistance à la corrosion, de soudabilité et de compatibilité avec des composants à pas fins le rend indispensable aux PCB modernes. Cependant, les performances d'Enig dépendent entièrement de l'adhésion stricte aux processus de fabrication et aux normes de qualité. Même les écarts mineurs peuvent entraîner des défaillances catastrophiques telles que les défauts de «pad noir» ou les articulations de soudure faibles. Ce guide explore le processus de fabrication ENIG, les mesures critiques de contrôle de la qualité et les normes globales qui garantissent des résultats cohérents et fiables.

Qu'est-ce que Enig, et pourquoi c'est important
ENIG est une finition de surface à deux couches appliquée aux cuivre PCB:
1.Une couche de nickel (3–7 μm d'épaisseur) qui agit comme une barrière contre la diffusion du cuivre et fournit une base pour de solides joints de soudure.
2.Une couche d'or (0,05–0,2 μm d'épaisseur) qui protège le nickel de l'oxydation, assurant la soudabilité à long terme.

Contrairement aux finitions électrolitées, ENIG utilise des réactions chimiques (pas de l'électricité) pour le dépôt, permettant une couverture uniforme même sur des géométries complexes comme les microvias et les BGA à finesse. Cela le rend idéal pour:
1. PCB haute fréquence (5G, radar) où l'intégrité du signal est critique.
2. Dispositifs médicaux nécessitant une biocompatibilité et une résistance à la corrosion.
3.Aerospace Électronique exposée à des températures et vibrations extrêmes.

Le processus de fabrication ENIG: étape par étape
L'application ENIG est un processus chimique de précision avec six étapes critiques. Chaque étape doit être étroitement contrôlée pour éviter les défauts.

1. Prétraitement: nettoyage de la surface du cuivre
Avant d'appliquer Enig, les cuivres du PCB doivent être parfaitement propres. Les contaminants comme les huiles, les oxydes ou les résidus de flux empêchent une adhésion appropriée de nickel et d'or, conduisant à la délamination.
A. DÉGIGNEMENT: Le PCB est immergé dans un nettoyant alcalin pour éliminer les huiles et les résidus organiques.
B.Charte des acides et acides doux (par exemple, acide sulfurique) élimine les oxydes et crée une surface micro-rough pour une meilleure adhésion au nickel.
C.MicRoeching: Une solution de persulfate de sodium ou de peroxyde d'hydrogène grave la surface du cuivre à une rugosité uniforme (RA 0,2 à 0,4 μm), garantissant que la couche de nickel est solidement.
Paramètres critiques:
A. Temps de nettoyage: 2 à 5 minutes (trop longues provoques sur-gravantes; contaminants de feuilles trop courtes).
B. TECH DEPTH: 1–2 μm (élimine les oxydes sans amincissement des traces critiques).

2. Dépôt de nickel électrolaire
Le PCB nettoyé est immergé dans un bain de nickel électrolaire, où une réaction chimique dépose l'alliage de nickel-phosphore sur la surface du cuivre.
Chimie de réaction: les ions nickel (Ni²⁺) dans le bain sont réduits en nickel métallique (ni⁰) par un agent réducteur (généralement l'hypophosphite de sodium). Le phosphore (5–12% en poids) est incorporé dans la couche de nickel, améliorant la résistance à la corrosion.
Contrôles de processus:
A. Température: 85–95 ° C (variances> ± 2 ° C provoquer un dépôt inégal).
B.PH: 4,5–5,5 (dépôt trop bas; provoque trop élevée des précipitations d'hydroxyde de nickel).
C.Bath Agitation: assure une distribution uniforme de nickel sur le PCB.
Résultat: une couche de nickel dense et cristalline (3–7 μm d'épaisseur) qui bloque la diffusion de cuivre et fournit une surface soudable.

3. Rinse post-nickel
Après le dépôt de nickel, le PCB est soigneusement rincé pour éliminer les produits chimiques du bain résiduel, qui pourraient contaminer le bain en or ultérieur.
Rinsing A. Multi-Stage: généralement 3 à 4 bains d'eau, avec le rinçage final en utilisant de l'eau déionisée (DI) (pureté de 18 MΩ-cm) pour éviter les dépôts minéraux.
B.Drying: Séchage chaud de l'air (40–60 ° C) empêche les taches d'eau qui pourraient gâcher la surface.

4. Dépôt d'or immersion
Le PCB est plongé dans un bain d'or, où les ions dorés (Au³⁺) déplacent les atomes de nickel dans une réaction chimique (déplacement galvanique), formant une fine couche d'or.
Dynamique de la réaction: les ions or sont plus nobles que le nickel, donc les atomes de nickel (ni⁰) s'oxydent en ni²⁺, libérant des électrons qui réduisent Au³⁺ en or métallique (Au⁰). Cela forme une couche d'or de 0,05 à 0,2 μm liée au nickel.
Contrôles de processus:
A. Température: 70–80 ° C (les températures plus élevées accélèrent le dépôt mais risquent d'épaisseur inégale).
B.PH: 5.0–6.0 (optimise la vitesse de réaction).
C.Gold Concentration: 1–5 g / L (trop faible provoque l'or mince et inégal; matériau trop élevé de déchets).
Fonction clé: La couche d'or protège le nickel de l'oxydation pendant le stockage et la manipulation, garantissant la soudabilité jusqu'à plus de 12 mois.

5. Traitement post-or
Après le dépôt d'or, le PCB subit un nettoyage final et un séchage pour se préparer aux tests et à l'assemblage.
A. Rinse finale: DI Rinse pour éliminer les résidus de bain en or.
B.Drying: séchage à basse température (30–50 ° C) pour éviter la contrainte thermique sur la finition.
C. passivation optionnelle: Certains fabricants appliquent un revêtement organique mince pour améliorer la résistance de l'or aux huiles de doigts ou aux contaminants environnementaux.

6. durcissement (facultatif)
Pour les applications nécessitant une dureté maximale, la finition Enig peut subir un remède thermique:
A. Température: 120–150 ° C pendant 30 à 60 minutes.
B.Purpose: améliore la cristallinité de nickel-phosphore, améliorant la résistance à l'usure pour les connecteurs à cycle élevé.

Tests de contrôle de la qualité critique pour Enig
Les performances d'Enig dépendent d'un contrôle de qualité strict. Les fabricants utilisent ces tests pour valider chaque lot:
1. Mesure de l'épaisseur
Méthode:Spectroscopie de fluorescence aux rayons X (XRF), qui mesure sans destructivement l'épaisseur du nickel et de l'or sur plus de 10 points par PCB.
Critères d'acceptation:
Nickel: 3–7 μm (par IPC-4552 classe 3).
Or: 0,05–0,2 μm (par IPC-4554).
Pourquoi ça compte: Le nickel mince (<3 μm) ne parvient pas à bloquer la diffusion du cuivre; L'or épais (> 0,2 μm) augmente le coût sans avantage et peut provoquer des joints de soudure cassants.

2. Test de soudabilité
Méthode: IPC-TM-650 2.4.10 «Soudabilité des revêtements métalliques». Les PCB sont exposés à l'humidité (85 ° C / 85% RH pendant 168 heures) puis soudés pour tester les coupons.
Critères d'acceptation: ≥95% des joints de soudure doivent afficher un mouillage complet (pas de déwetting ou de non-mouche).
Mode de défaillance: La mauvaise soudabilité indique les défauts de la couche or (par exemple, porosité) ou l'oxydation du nickel.

3. Résistance à la corrosion
Méthode: ASTM B117 Salt Spray Testing (5% de solution NaCl, 35 ° C, 96 heures) ou IPC-TM-650 2,6,14 tests d'humidité (85 ° C / 85% RH pendant 1 000 heures).
Critères d'acceptation: Pas de corrosion visible, d'oxydation ou de décoloration sur les coussinets ou les traces.
Importance: Critique pour l'électronique extérieure (stations de base 5G) ou les applications marines.

4. Test d'adhésion
Méthode: IPC-TM-650 2.4.8 «Résistance à la pelage des revêtements métalliques». Une bande de ruban adhésive est appliquée à la finition et décollée à 90 °.
Critères d'acceptation: Pas de délaminage ou de suppression de revêtement.
Indication de défaillance: Une mauvaise adhérence suggère un prétraitement inadéquat (contaminants) ou un dépôt de nickel incorrect.

5. Détection des tampons noirs
«Black Pad» est le défaut le plus redouté d'Enig: une couche fragile et poreuse entre l'or et le nickel causée par un dépôt de nickel-phosphore incorrect.
Méthodes:
A. Inspection visuelle: Sous grossissement (40X), le coussin noir apparaît comme une couche sombre et fissurée.
B. Microscopie électronique à l'écran (SEM): révèle la porosité et l'interface inégale nickel-or.
C.Solder Test de cisaillement des joints: le tampon noir fait baisser la résistance au cisaillement de 50% + par rapport à la bonne énig.
Prévention:Contrôle strict du pH et de la température du bain de nickel et de l'analyse régulière du bain pour éviter l'excès de phosphore (> 12%).

Normes mondiales régissant l'énig
La fabrication ENIG est réglementée par plusieurs normes clés pour assurer la cohérence:

Défauts de l'énig commun et comment les éviter
Même avec des contrôles stricts, ENIG peut développer des défauts. Voici comment les empêcher:

Enig vs autres finitions: quand choisir Enig
Enig n'est pas la seule option, mais elle surpasse les alternatives dans des domaines clés:

ENIG est le choix clair pour les applications à haute fiabilité, haute fréquence ou à finesse où les performances à long terme sont essentielles.

FAQ
Q: Enig convient-il à la soudure sans plomb?
R: Oui. La couche nickel d'Enig forme de fortes intermétalliques avec des soldats sans plomb (par exemple, SAC305), ce qui le rend idéal pour les appareils conformes à ROHS.

Q: Combien de temps Enig reste-t-il en soudable?
R: Les PCB ENIG correctement stockés (dans l'emballage scellé) maintiennent la soudabilité pendant 12 à 24 mois, bien plus longtemps que l'OSP (3 à 6 mois) ou le HASL (6 à 9 mois).

Q: L'énig peut-il être utilisé sur les PCB flexibles?
R: Absolument. Enig adhère bien aux substrats de polyimide et résiste à la flexion sans se fissurer, ce qui le rend adapté aux appareils portables et flexibles médicaux.

Q: Quel est le coût de l'énig par rapport à HASL?
R: L'ENIG coûte 30 à 50% de plus que HASL mais réduit les coûts à long terme en minimisant les échecs dans les applications de haute fiabilité.

Conclusion
Enig est une finition de surface sophistiquée qui exige la précision à chaque étape de la fabrication - du prétraitement au dépôt d'or. Lorsqu'il est exécuté selon les normes globales (IPC-4552, IPC-4554) et validée par des tests rigoureux, il offre une résistance à la corrosion inégalée, une soudabilité et une compatibilité avec les conceptions de PCB modernes.
Pour les fabricants et les ingénieurs, la compréhension du processus et des exigences de qualité d'Enig est essentielle pour tirer parti de ses avantages. En s'associant à des fournisseurs qui priorisent les contrôles stricts et la traçabilité, vous pouvez vous assurer que vos PCB répondent aux exigences du médical, de l'aérospatiale, de la 5G et d'autres applications critiques.
Enig n'est pas seulement une finition - c'est un engagement envers la fiabilité.
Prise à retenir: les performances d'Enig dépend de la maîtrise de ses processus chimiques et de l'application du contrôle de qualité strict. Une fois bien fait, c'est la meilleure finition de surface pour l'électronique à haute fiabilité.