ENIG vs. Autres finitions de surface de PCB : Pourquoi l'or d'immersion se démarque

L'or d'immersion au nickel sans électro (ENIG) a acquis une réputation de finition de surface de PCB haut de gamme, appréciée pour sa fiabilité, sa soudabilité et sa compatibilité avec l'électronique haute performance.Mais avec des alternatives comme HASLEn effet, l'étain, l'OSP et l'argent en immersion sont en concurrence sur le marché, le choix de la bonne finition dépend de l'équilibre des coûts, des performances et des besoins d'application.Ce guide compare l'ENIG à d'autres finitions de surface de PCB courantes, en décomposant leurs forces, leurs faiblesses et leurs cas d'utilisation idéaux, en aidant les ingénieurs et les acheteurs à prendre des décisions éclairées pour leurs projets.

Les principaux enseignements
1.ENIG offre une soudabilité, une résistance à la corrosion et une durée de conservation supérieures (> 1 an) par rapport à la plupart des finitions, ce qui le rend idéal pour l'électronique médicale, aérospatiale et de haute fiabilité.
2Sa surface plane (tolérance ± 2 μm) prend en charge les composants à haute inclinaison (≤ 0,4 mm d'écart), dépassant les finitions inégales (± 10 μm) des HASL.
3Alors que l'ENIG coûte 1,5 à 2,5 fois plus cher que le HASL ou l'OSP, sa fiabilité à long terme réduit les pannes de champ de 60% dans les applications critiques.
4Aucune finition unique ne répond à tous les besoins: HASL excelle dans l'électronique grand public à faible coût, l'étain immersion dans les systèmes industriels sans plomb et l'OSP dans les appareils à courte durée de vie et à grande vitesse.

Qu'est-ce que le GIE?
L'ENIG est une finition de surface à deux couches appliquée sur des plaquettes de PCB en cuivre par dépôt chimique (pas besoin d'électricité):

1Couche de nickel (36 μm): agit comme une barrière entre le cuivre et l'or, empêchant la diffusion du cuivre dans les joints de soudure et améliorant la résistance mécanique.
2Couche d'or (0,05 × 0,2 μm): couche mince et pure en or qui protège le nickel de l'oxydation, assurant ainsi une soudabilité à long terme.

Le dépôt de nickel électroless utilise un bain chimique pour revêtir uniformément les coussinets, même sur des éléments petits ou densément emballés,tandis que l'or d'immersion remplace la couche supérieure de nickel par une réaction redox, une finition cohérente.

Comment ENIG se compare à d'autres finitions de surface de PCB
Chaque finition de surface possède des propriétés uniques adaptées à des applications spécifiques.

Une plongée profonde: ENIG contre Alternatives
1. ENIG contre HASL (nivellement par soudure à air chaud)
Le HASL est la finition la plus rentable, utilisant une soudure en fusion (Sn-Cu sans plomb ou Sn-Pb traditionnel) appliquée par trempage, puis nivelée à l'air chaud.

a.ENIG Les avantages:
Plaineté: critique pour les BGA ou QFNs HASL à hauteur de 0,4 mm. La surface inégale (en raison du ménisque de soudure) augmente le risque de pontage de 40% dans les conceptions à hauteur fine.
Durée de conservation: la couche d'or d'ENIG résiste à l'oxydation indéfiniment, tandis que la soudure de HASL se ternit pendant plus de 12 mois, ce qui réduit la soudurabilité.
Performance à haute température: ENIG résiste à des cycles de reflux de plus de 300 °C (idéal pour l'électronique sous capot automobile), tandis que le HASL présente des risques de ballonnage de la soudure au-dessus de 260 °C.

b.HASL Avantages:
Coût: 50% à 60% moins cher que l'ENIG, ce qui le rend idéal pour les appareils électroniques grand public (tels que les téléviseurs, les routeurs) avec de grands composants (tendance ≥ 0,8 mm).
Durabilité: une couche de soudure plus épaisse (5 ‰ 25 μm) résiste mieux aux rayures que l'or fin de l'ENIG, utile pour la manipulation manuelle lors d'un montage peu coûteux.

c. Meilleur pour:
Des appareils médicaux, des capteurs aérospatiaux, des stations de base 5G.
HASL: Appareils électroménagers peu coûteux, éclairage LED avec de grands tampons.

2. ENIG contre Immersion Tin
L'étain par immersion dépose une fine couche d'étain pur par réaction chimique, offrant une finition plate et sans plomb.

a.ENIG Les avantages:
Résistance à la moustache d' étain: l' ENIG ne présente aucun risque de moustache d' étain conductrice (petits filaments qui provoquent des courts-circuits), une préoccupation avec l' étain immergé dans des environnements humides (≥ 60% RH).
Résistance à la corrosion: l'ENIG survit à plus de 1000 heures de pulvérisation de sel (ASTM B117), contre plus de 300 heures pour l'immersion d'étain.
Fiabilité des joints de soudure: la couche de nickel d'ENIG® forme des liaisons intermétales plus fortes avec la soudure, réduisant la défaillance des joints dans les appareils sujets aux vibrations (par exemple, les drones).

b.Avantages de l'étain par immersion:
Coût: 30% à 40% moins cher que l'ENIG, avec une planéité similaire, adapté aux contrôleurs industriels de milieu de gamme (intervalle 0,5 mm).
Conformité sans plomb: l'étain pur répond aux normes strictes RoHS sans nickel, ce qui attire les marchés avec des restrictions de nickel (par exemple, certains dispositifs médicaux).

c. Meilleur pour:
ENIG: dispositifs médicaux implantables, PCB aérospatiaux.
L'immersion en étain: ADAS automobile, entraînements de moteurs industriels.

3. ENIG contre OSP (préservateur de soudurabilité organique)
L'OSP est un film organique mince (dérivés du benzotriazole) qui protège le cuivre de l'oxydation, se dissout pendant le soudage pour exposer le cuivre frais.

a.ENIG Les avantages:
Durée de conservation: l'ENIG dure > 1 an en stockage, tandis que l'OSP se dégrade en 3 à 6 mois, ce qui est essentiel pour les projets avec de longs délais (par exemple, matériel militaire).
Tolérance de retravail: Survit à 5 cycles de reflux, contre 1?? 2 pour OSP, ce qui facilite la réparation des pannes de champ.
Résistance à l'environnement: OSP se dissout dans l'humidité ou les produits chimiques, tandis que l'ENIG résiste aux huiles, aux agents de nettoyage et à l'humidité.

b.Avantages de l'OSP:
Coût: 50% à 60% moins cher que l'ENIG, avec un impact minimal sur l'intégrité du signal, idéal pour les circuits imprimés à haute vitesse (5G, 100Gbps) où les couches métalliques causent une perte de signal.
Surface ultra-plate: une tolérance de ± 1 μm convient aux composants de hauteur de 0,4 mm, sans couche métallique pour compliquer le contrôle de l'impédance.

c. Meilleur pour:
ENIG: dispositifs à longue durée de vie et dans des environnements hostiles (capteurs de plateformes pétrolières, satellites).
OSP: électronique grand public à courte durée de vie (smartphones, appareils portables), PCB à haute fréquence.

4Enig contre Immersion Silver
L'immersion d'argent dépose une fine couche d'argent par réaction chimique, offrant un équilibre entre coût et performance.

a.ENIG Les avantages:
Résistance au décoloration: L'argent décolore (noircit) dans des environnements à haute humidité (> 60% RH) ou riches en soufre (par exemple, usines industrielles), réduisant la soudabilité.
Résistance à la soudure: la liaison nickel-soudure d'ENIG est 30% plus forte que la soudure argent, ce qui est essentiel pour les applications à vibrations élevées (par exemple, les compartiments des moteurs automobiles).
Consistance: L'argent par immersion peut souffrir de "migration d'argent" (croissance de dendrites) dans les PCB haute tension, ce qui risque de provoquer des courts-métrages.

b.Avantages de l'immersion en argent:
Vitesse: traitement plus rapide que l'ENIG (5 à 10 minutes contre 30 à 45 minutes), ce qui réduit les délais pour les projets sensibles au temps.
Coût: 30% à 40% moins cher que l'ENIG, avec une meilleure conductivité que l'étain ou l'OSP, adapté aux équipements de télécommunications (routeurs, stations de base).

c. Meilleur pour:
ENIG: Systèmes à haute fiabilité et haute tension (inverseurs électriques, aérospatiale).
L'immersion en argent: télécommunications, PCB militaires avec une humidité modérée.

Défis communs avec l'ENIG (et comment les atténuer)
Bien que l'ENIG offre des performances supérieures, il présente des défis uniques qui nécessitent une fabrication minutieuse:
1Défectuosité du tampon noir.
La plaque noire se produit lorsque le nickel se corrode pendant le dépôt d'or, créant une couche fragile et non soudable à l'interface nickel-or.

a.surgraver le nickel lors de l'immersion dans l'or.
b.Bains en or contaminés.

Atténuation:

a.Utiliser des fabricants certifiés conformes à la norme IPC-4552 (normes pour les finitions nickel-or).
b. Inspecter les sections transversales des plaquettes ENIG pour vérifier l'intégrité du nickel (pas de noircissement).

2Coût
Le prix plus élevé de l'ENIG (1,8 à 2,5x HASL) peut être prohibitif pour les produits à faible marge.

Atténuation:

a.Utiliser l'ENIG de manière sélective: uniquement sur les plaquettes critiques (par exemple, les BGA) et sur les HASL sur les zones non critiques (pins à trous).
b.Pour la production en grande quantité, négocier les prix de gros avec les fabricants.

3Contrôle de l' épaisseur de l' or
L'excès d'or (> 0,2 μm) provoque une fragilité de la soudure (joints faibles), tandis qu'un manque d'or (< 0,05 μm) laisse le nickel exposé.

Atténuation:

a. Spécifier une épaisseur d'or de 0,05 à 0,1 μm pour la plupart des applications.
b.Utiliser la fluorescence à rayons X (XRF) pour vérifier l'épaisseur pendant le QC.

Comment choisir la bonne finition
La sélection d'une finition de surface dépend de 5 facteurs clés:
1. Composant Pitch
a. ≤ 0,4 mm de hauteur: ENIG, OSP ou étain d'immersion (finitions plates).
b. épaisseur ≥ 0,8 mm: HASL (efficacité économique) ou argent par immersion.

2Durée de conservation
a.1 année: ENIG (idéal) ou étain à immersion.
b.3 à 6 mois: OSP ou argent par immersion.

3Exposition à l'environnement
a.Haute humidité/sel: ENIG (1 000 heures et plus de pulvérisation de sel).
b.Faible humidité: étain, argent ou HASL à immersion.
c. Soufre/produits chimiques: ENIG (résistant à la corrosion).

4. Sensibilité au coût
a.Budget-orienté: HASL ou OSP.
b.Précédent moyen: étain ou argent à immersion.
c. Haute fiabilité: ENIG (justifiée par des taux de défaillance plus faibles).

5. Normes de l'industrie
a.médical (ISO 13485): ENIG (biocompatibilité, longue durée de conservation).
b.Automotive (IATF 16949): ENIG ou étain d'immersion (résistance aux vibrations).
c.Aérospatiale (AS9100): ENIG (performance à température extrême).

Exemples d'application dans le monde réel
1. Dispositifs médicaux implantables
Besoin: Biocompatibilité, plus de 5 ans de durée de conservation, résistance à la corrosion.
Finition: ENIG (le nickel-or est inerte; résiste aux fluides corporels).
Résultat: fiabilité de 99,9% dans les stimulateurs cardiaques et les neurostimulants.

2. Stations de base 5G
Besoin: compatibilité BGA de 0,4 mm, intégrité du signal haute fréquence.
Finition: ENIG (surface plane réduit les pertes de signal; l'or résiste à la corrosion extérieure).
Résultat: 30% de défaillances de signal en moins par rapport à HASL dans les essais sur le terrain.

3. Les smartphones de consommation
Besoin: faible coût, composants à hauteur de 0,4 mm, courte durée de conservation (6 mois).
Finition: OSP (finition plate la moins chère; suffisante pour la durée de vie du dispositif).
Résultat: 50% de coûts unitaires inférieurs par rapport à ENIG, avec une fiabilité acceptable.

4Systèmes de gestion des batteries des véhicules électriques
Nécessité: haute résistance aux vibrations, température de fonctionnement de 125°C, inclinaison de 0,5 mm.
Finition: ENIG (joints de soudure solides; le nickel résiste à des températures élevées).
Résultat: réduction de 70% des défaillances de champ par rapport à l'immersion en argent.

Questions fréquemment posées
Q: L'ENIG est-il compatible avec la soudure sans plomb?
R: Oui. L'ENIG travaille avec des soudures sans plomb Sn-Ag-Cu (SAC), formant des liaisons intermétales fortes (Cu6Sn5 et Ni3Sn4) qui répondent aux exigences RoHS.

Q: L'ENIG peut-il être utilisé sur des PCB flexibles?
R: Oui. L'ENIG adhère bien au cuivre laminé (utilisé dans les PCB flexibles), le nickel fournissant une souplesse pour résister à la flexion (10.000 cycles +).

Q: Comment l'ENIG affecte-t-il les signaux à haute fréquence?
R: La couche d'or mince (0,05 ‰ 0,2 μm) d'ENIG a un impact minimal sur l'impédance, ce qui la rend adaptée aux PCB 5G (28 GHz +) et radar (60 GHz +) qui surpassent les finitions plus épaisses comme HASL.

Q: Quelle est la taille minimale des plaquettes pour l'ENIG?
R: ENIG recouvre de manière fiable des plaquettes aussi petites que 0,2 mm × 0,2 mm, ce qui la rend idéale pour les passifs 01005 et les micro BGA.

Q: L'ENIG est-il plus écologique que les autres finitions?
R: L'ENIG utilise moins d'or que le placage en or électrolytique, ce qui réduit l'impact environnemental.

Conclusion
L'ENIG se distingue comme une finition de surface haut de gamme pour les PCB de haute fiabilité et de haute performance, offrant une soudabilité inégalée, une résistance à la corrosion et une compatibilité fine-pitch.Alors que les alternatives comme HASLL'ENIG demeure la référence en matière d'électronique critique dans les domaines médical, aérospatial,et de l'industrie automobile.

En alignant la sélection des finitions sur les besoins de l'application, la hauteur des composants, la durée de conservation, l'environnement et le budget, les ingénieurs peuvent équilibrer efficacement les performances et les coûts.Pour les projets où l'échec n'est pas une option, les coûts initiaux plus élevés de l'ENIG sont minimes par rapport aux économies à long terme résultant de la réduction des pannes de terrain et des réclamations de garantie.