การผลิต PCB แบบ ENIG: กระบวนการ, การควบคุมคุณภาพ, และมาตรฐานอุตสาหกรรม

ภาพลูกค้า-anthroized

Electroless Nickel Immersion Gold (ENIG) ได้กลายเป็นมาตรฐานทองคำสำหรับพื้นผิว PCB เสร็จสิ้นในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่น่าเชื่อถือสูงตั้งแต่อุปกรณ์การแพทย์ไปจนถึงระบบการบินและอวกาศ การผสมผสานที่เป็นเอกลักษณ์ของความต้านทานการกัดกร่อนความสามารถในการบัดกรีและความเข้ากันได้กับส่วนประกอบที่ดีทำให้มันขาดไม่ได้สำหรับ PCB ที่ทันสมัย อย่างไรก็ตามประสิทธิภาพของ Enig ขึ้นอยู่กับการยึดมั่นอย่างเข้มงวดกับกระบวนการผลิตและมาตรฐานคุณภาพ แม้แต่การเบี่ยงเบนเล็กน้อยก็อาจนำไปสู่ความล้มเหลวอย่างรุนแรงเช่นข้อบกพร่อง“ แผ่นสีดำ” หรือข้อต่อบัดกรีที่อ่อนแอ คู่มือนี้สำรวจกระบวนการผลิต Enig, มาตรการควบคุมคุณภาพที่สำคัญและมาตรฐานระดับโลกที่ให้แน่ใจว่าผลลัพธ์ที่สอดคล้องและเชื่อถือได้

ปริศนาคืออะไรและทำไมมันถึงสำคัญ
Enig เป็นพื้นผิวสองชั้นที่ใช้กับแผ่นทองแดง PCB:
1.A ชั้นนิกเกิล (หนา 3–7μm) ซึ่งทำหน้าที่เป็นอุปสรรคต่อการแพร่กระจายของทองแดงและเป็นรากฐานสำหรับข้อต่อประสานที่แข็งแกร่ง
2.A ชั้นทอง (ความหนา 0.05–0.2μm) ที่ปกป้องนิกเกิลจากการเกิดออกซิเดชันทำให้มั่นใจได้ว่าการบัดกรีระยะยาว

ซึ่งแตกต่างจากการตกแต่งด้วยไฟฟ้า ENEC, Enig ใช้ปฏิกิริยาทางเคมี (ไม่ใช่ไฟฟ้า) สำหรับการทับถมทำให้ครอบคลุมการครอบคลุมที่สม่ำเสมอแม้ในรูปทรงที่ซับซ้อนเช่น microvias และ BGA ที่ละเอียด สิ่งนี้ทำให้เหมาะสำหรับ:
1. PCB ที่มีความถี่สูง (5G, เรดาร์) ซึ่งความสมบูรณ์ของสัญญาณมีความสำคัญ
2. อุปกรณ์การแพทย์ที่ต้องการความเข้ากันได้ทางชีวภาพและความต้านทานการกัดกร่อน
3.aerospace Electronics สัมผัสกับอุณหภูมิและการสั่นสะเทือนที่รุนแรง

กระบวนการผลิต Enig: ทีละขั้นตอน
แอปพลิเคชัน Enig เป็นกระบวนการทางเคมีที่มีความแม่นยำพร้อมหกขั้นตอนที่สำคัญ แต่ละขั้นตอนจะต้องถูกควบคุมอย่างเข้มงวดเพื่อหลีกเลี่ยงข้อบกพร่อง

1. การรักษาล่วงหน้า: การทำความสะอาดพื้นผิวทองแดง
ก่อนที่จะใช้ Enig แผ่นทองแดงของ PCB จะต้องสะอาดอย่างสมบูรณ์แบบ สารปนเปื้อนเช่นน้ำมันออกไซด์หรือฟลักซ์ตกค้างป้องกันการยึดเกาะที่เหมาะสมของนิกเกิลและทองคำซึ่งนำไปสู่การปนเปื้อน
A.Degreening: PCB ถูกแช่อยู่ในน้ำยาทำความสะอาดอัลคาไลน์เพื่อกำจัดน้ำมันและสารตกค้างอินทรีย์
B.ACID ETCHING: กรดอ่อน (เช่นกรดซัลฟูริก) กำจัดออกไซด์และสร้างพื้นผิวไมโครโรยเพื่อการยึดเกาะนิกเกิลที่ดีขึ้น
C.Microetching: โซเดียม persulfate หรือสารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ etches พื้นผิวทองแดงกับความขรุขระสม่ำเสมอ (RA 0.2–0.4μm) ทำให้มั่นใจได้ว่าพันธะชั้นนิกเกิลอย่างปลอดภัย
พารามิเตอร์ที่สำคัญ:
A. เวลาทำความสะอาด: 2-5 นาที (นานเกินไปทำให้เกิดการแกะมากเกินไปใบที่สั้นเกินไปสารปนเปื้อน)
ความลึก B. , 1–2μm (ลบออกไซด์โดยไม่ทำให้ผอมบางร่องรอยที่สำคัญ)

2. การสะสมของนิกเกิลอิเล็กโทรไลซ์
PCB ที่ทำความสะอาดนั้นถูกแช่อยู่ในอ่างนิกเกิลอิเล็กโทรไลต์ซึ่งปฏิกิริยาทางเคมีจะสะสมโลหะผสมนิกเกิล-ฟอสฟอรัสลงบนพื้นผิวทองแดง
เคมีปฏิกิริยา: นิกเกิลไอออน (Ni²⁺) ในอ่างจะลดลงเป็นนิกเกิลโลหะ (Ni⁰) โดยตัวแทนลด (โดยปกติจะเป็นโซเดียมไฮโฟฟฟอสฟอสต์) ฟอสฟอรัส (5–12% โดยน้ำหนัก) รวมอยู่ในชั้นนิกเกิลเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อน
การควบคุมกระบวนการ:
A.Temperature: 85–95 ° C (ความแปรปรวน> ± 2 ° C ทำให้เกิดการสะสมที่ไม่สม่ำเสมอ)
B.PH: 4.5–5.5 (การสะสมช้าเกินไปช้าเกินไปทำให้เกิดการตกตะกอนของนิกเกิลไฮดรอกไซด์)
C. -Bath Agitation: สร้างความมั่นใจในการกระจายนิกเกิลที่เหมือนกันทั่ว PCB
ผลลัพธ์: ชั้นนิกเกิลที่มีผลึกหนาแน่น (หนา 3–7μm) ที่บล็อกการแพร่กระจายของทองแดงและให้พื้นผิวที่ประสานได้

3. โพสต์-นิกเกิลล้างออก
หลังจากการทับถมของนิกเกิล PCB จะถูกล้างออกอย่างละเอียดเพื่อกำจัดสารเคมีอ่างที่เหลือซึ่งสามารถปนเปื้อนอ่างทองคำที่ตามมา
A.Multi-Stage ล้าง: โดยทั่วไป 3–4 ห้องอาบน้ำน้ำด้วยการล้างครั้งสุดท้ายโดยใช้น้ำ deionized (DI) (ความบริสุทธิ์ 18 mΩ-cm) เพื่อหลีกเลี่ยงการสะสมแร่ธาตุ
B.Drying: การอบแห้งอากาศอุ่น (40–60 ° C) ป้องกันจุดน้ำที่สามารถทำให้พื้นผิว

4. การสะสมทองคำแบบแช่
PCB จะถูกจุ่มลงในอ่างทองคำที่ซึ่งไอออนทองคำ (Au³⁺) แทนที่อะตอมของนิกเกิลในปฏิกิริยาเคมี (การกระจัดกัลวานิก) สร้างชั้นทองบาง ๆ
การเปลี่ยนแปลงของปฏิกิริยา: ไอออนทองคำมีความสูงส่งมากกว่านิกเกิลดังนั้นอะตอมของนิกเกิล (Ni⁰) ออกซิไดซ์ไปยังNi²⁺ปล่อยอิเล็กตรอนที่ลดau³⁺เป็นทองคำโลหะ (au⁰) สิ่งนี้เกิดขึ้นชั้นทอง 0.05–0.2μm ที่ถูกผูกมัดกับนิกเกิล
การควบคุมกระบวนการ:
A.Temperature: 70–80 ° C (อุณหภูมิสูงขึ้นเร่งการสะสม แต่ความเสี่ยงที่ไม่สม่ำเสมอ)
B.PH: 5.0–6.0 (ปรับอัตราการเกิดปฏิกิริยาให้เหมาะสม)
ความเข้มข้นของ C.Gold: 1–5 g/L (ต่ำเกินไปทำให้เกิดทองคำบาง ๆ และเป็นหย่อมวัสดุขยะสูงเกินไป)
ฟังก์ชั่นหลัก: ชั้นทองปกป้องนิกเกิลจากการเกิดออกซิเดชันในระหว่างการจัดเก็บและการจัดการทำให้มั่นใจได้ว่าการประสานกันได้นานถึง 12 เดือน

5. การรักษาหลังทองคำ
หลังจากการทับถมของทองคำ PCB จะผ่านการทำความสะอาดขั้นสุดท้ายและการอบแห้งเพื่อเตรียมการทดสอบและการประกอบ
A.Final Rinse: DI Water Rinse เพื่อกำจัดสารอาบน้ำทองคำที่ตกค้าง
B.Drying: การอบแห้งอุณหภูมิต่ำ (30–50 ° C) เพื่อหลีกเลี่ยงความเครียดจากความร้อนที่เสร็จสิ้น
C. การใช้งานด้านการใช้งาน: ผู้ผลิตบางรายใช้สารเคลือบผิวอินทรีย์บาง ๆ เพื่อเพิ่มความต้านทานของทองคำต่อน้ำมันนิ้วหรือสารปนเปื้อนสิ่งแวดล้อม

6. การบ่ม (ไม่บังคับ)
สำหรับแอพพลิเคชั่นที่ต้องการความแข็งสูงสุดการเสร็จสิ้นของ Enig อาจได้รับการรักษาด้วยความร้อน:
A.Temperature: 120–150 ° C เป็นเวลา 30–60 นาที
B.Purpose: ปรับปรุงผลึกนิกเกิล-ฟอสฟอรัสเพิ่มความต้านทานการสึกหรอสำหรับขั้วต่อรอบสูง

การทดสอบการควบคุมคุณภาพที่สำคัญสำหรับ Enig
ประสิทธิภาพของ Enig ขึ้นอยู่กับการควบคุมคุณภาพอย่างเข้มงวด ผู้ผลิตใช้การทดสอบเหล่านี้เพื่อตรวจสอบทุกชุด:
1. การวัดความหนา
วิธี:สเปกโทรสโกปี X-ray Fluorescence (XRF) ซึ่งไม่ต้องวัดความหนาของนิกเกิลและทองคำใน 10+ คะแนนต่อ PCB
เกณฑ์การยอมรับ:
นิกเกิล: 3–7μm (ต่อ IPC-4552 Class 3)
ทองคำ: 0.05–0.2μm (ต่อ IPC-4554)
ทำไมมันถึงสำคัญ: นิกเกิลบาง (<3μM) ล้มเหลวในการบล็อกการแพร่กระจายของทองแดง; ทองหนา (> 0.2μm) เพิ่มต้นทุนโดยไม่ได้รับประโยชน์และอาจทำให้เกิดข้อต่อบัดกรีเปราะ

2. การทดสอบความสามารถในการประสาน
วิธี: IPC-TM-650 2.4.10“ การประสานการเคลือบโลหะ” PCBs สัมผัสกับความชื้น (85 ° C/85% RH เป็นเวลา 168 ชั่วโมง) จากนั้นบัดกรีเพื่อทดสอบคูปอง
เกณฑ์การยอมรับ: ≥95% ของข้อต่อประสานจะต้องแสดงการเปียกอย่างสมบูรณ์ (ไม่มีการหัดหรือไม่เปียก)
โหมดความล้มเหลว: ความสามารถในการบัดกรีที่ไม่ดีบ่งบอกถึงข้อบกพร่องของชั้นทอง (เช่นรูพรุน) หรือออกซิเดชันนิกเกิล

3. ความต้านทานการกัดกร่อน
วิธี: การทดสอบสเปรย์เกลือ ASTM B117 (สารละลาย NaCl 5%, 35 ° C, 96 ชั่วโมง) หรือ IPC-TM-650 2.6.14 การทดสอบความชื้น (85 ° C/85% RH เป็นเวลา 1,000 ชั่วโมง)
เกณฑ์การยอมรับ: ไม่มีการกัดกร่อนการเกิดออกซิเดชันหรือการเปลี่ยนสีบนแผ่นรองหรือร่องรอย
ความสำคัญ: สำคัญสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กลางแจ้ง (สถานีฐาน 5G) หรือการใช้งานทางทะเล

4. การทดสอบการยึดเกาะ
วิธี: IPC-TM-650 2.4.8“ ความแข็งแรงของสารเคลือบโลหะ” แถบของเทปกาวถูกนำไปใช้กับผิวและปอกเปลือกกลับที่ 90 °
เกณฑ์การยอมรับ: ไม่มีการกำจัดหรือกำจัดการเคลือบ
ข้อบ่งชี้ความล้มเหลว: การยึดเกาะที่ไม่ดีแสดงให้เห็นว่าไม่เพียงพอก่อนการรักษา (สารปนเปื้อน) หรือการสะสมของนิกเกิลที่ไม่เหมาะสม

5. การตรวจจับแผ่นสีดำ
“ Black Pad” เป็นข้อบกพร่องที่น่ากลัวที่สุดของ Enig: ชั้นที่เปราะบางและรูพรุนระหว่างทองคำและนิกเกิลที่เกิดจากการสะสมของนิกเกิล-ฟอสฟอรัสที่ไม่เหมาะสม
วิธีการ:
A.Visual การตรวจสอบ: ภายใต้การขยาย (40x), แผ่นสีดำปรากฏเป็นชั้นมืดและแตก
กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน B.Scanning (SEM): เผยให้เห็นความพรุนและอินเตอร์เฟสนิกเกิลสีทองที่ไม่สม่ำเสมอ
C. การทดสอบแรงเฉือนข้อต่อของ Solder: แผ่นสีดำทำให้ความแข็งแรงของแรงเฉือนลดลง 50%+ เมื่อเทียบกับ Enig ที่ดี
การป้องกัน:การควบคุมอย่างเข้มงวดของค่า pH และอุณหภูมิอุณหภูมินิกเกิลและการวิเคราะห์อ่างปกติเพื่อหลีกเลี่ยงฟอสฟอรัสส่วนเกิน (> 12%)

มาตรฐานระดับโลกที่ควบคุม Enig
การผลิต Enig ถูกควบคุมโดยมาตรฐานสำคัญหลายประการเพื่อให้แน่ใจว่าสอดคล้องกัน:

ข้อบกพร่องที่เกิดขึ้นทั่วไปและวิธีหลีกเลี่ยง
แม้จะมีการควบคุมที่เข้มงวด แต่ Enig ก็สามารถพัฒนาข้อบกพร่องได้ นี่คือวิธีป้องกันพวกเขา:

Enig vs. finishes อื่น ๆ : เมื่อใดควรเลือก Enig
Enig ไม่ใช่ตัวเลือกเดียว แต่มีประสิทธิภาพสูงกว่าทางเลือกในพื้นที่สำคัญ:

Enig เป็นตัวเลือกที่ชัดเจนสำหรับแอพพลิเคชั่นความน่าเชื่อถือสูงความถี่สูงหรือการประยุกต์ใช้ที่ดีซึ่งประสิทธิภาพในระยะยาวมีความสำคัญ

คำถามที่พบบ่อย
ถาม: Enig เหมาะสำหรับการบัดกรีแบบตะกั่วหรือไม่?
ก. ใช่. เลเยอร์นิกเกิลของ ENIG ก่อตัวเป็น intermetallics ที่แข็งแกร่งด้วยการประสานงานที่ปราศจากตะกั่ว (เช่น SAC305) ทำให้เหมาะสำหรับอุปกรณ์ที่สอดคล้องกับ ROHS

ถาม: ปริศนายังคงประสานได้นานแค่ไหน?
ตอบ: ENIG PCB ที่เก็บไว้อย่างถูกต้อง (ในบรรจุภัณฑ์ที่ปิดผนึก) รักษาความสามารถในการประสานเป็นเวลา 12-24 เดือนนานกว่า OSP (3–6 เดือน) หรือ HASL (6-9 เดือน)

ถาม: สามารถใช้ Enig กับ Flex PCB ได้หรือไม่?
ตอบ: แน่นอน Enig ยึดติดกับพื้นผิว polyimide ได้ดีและทนต่อการงอโดยไม่ต้องแคร็กทำให้เหมาะสำหรับอุปกรณ์ที่สวมใส่ได้และการแพทย์

ถาม: ค่าใช้จ่ายของ Enig เมื่อเทียบกับ HASL คืออะไร?
ตอบ: Enig มีค่าใช้จ่ายมากกว่า HASL 30–50% แต่ลดต้นทุนระยะยาวโดยลดความล้มเหลวในการใช้งานที่น่าเชื่อถือสูง

ข้อสรุป
Enig เป็นพื้นผิวที่มีความซับซ้อนซึ่งต้องการความแม่นยำในทุกขั้นตอนของการผลิต-ตั้งแต่การรักษาล่วงหน้าไปจนถึงการสะสมทองคำ เมื่อดำเนินการตามมาตรฐานทั่วโลก (IPC-4552, IPC-4554) และตรวจสอบความถูกต้องผ่านการทดสอบที่เข้มงวดจะให้ความต้านทานการกัดกร่อนที่ไม่มีใครเทียบได้ความสามารถในการบัดกรีและความเข้ากันได้กับการออกแบบ PCB ที่ทันสมัย
สำหรับผู้ผลิตและวิศวกรการทำความเข้าใจกระบวนการและความต้องการด้านคุณภาพของ Enig เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการใช้ประโยชน์จากผลประโยชน์ ด้วยการร่วมมือกับซัพพลายเออร์ที่จัดลำดับความสำคัญการควบคุมที่เข้มงวดและการตรวจสอบย้อนกลับคุณสามารถมั่นใจได้ว่า PCB ของคุณจะตอบสนองความต้องการทางการแพทย์การบินและอวกาศ 5G และแอพพลิเคชั่นที่สำคัญอื่น ๆ
Enig ไม่ได้เป็นเพียงแค่เสร็จสิ้น - มันเป็นความมุ่งมั่นที่จะเชื่อถือได้
กุญแจสำคัญ: ประสิทธิภาพของ Enig ขึ้นอยู่กับการเรียนรู้กระบวนการทางเคมีและบังคับใช้การควบคุมคุณภาพอย่างเข้มงวด เมื่อทำถูกต้องมันเป็นพื้นผิวที่ดีที่สุดสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่น่าเชื่อถือสูง