ENIG Leiterplattenherstellung: Prozess, Qualitätskontrolle und Industriestandards

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Elektroless Nickel Immersion Gold (ENIG) ist der Goldstandard für PCB-Oberflächenbearbeitung in hochzuverlässiger Elektronik, von medizinischen Geräten bis hin zu Raumfahrtsystemen, geworden.Seine einzigartige Kombination von Korrosionsbeständigkeit, Schweißbarkeit und Kompatibilität mit Feinspitzkomponenten macht es für moderne PCB unerlässlich.Die Leistungsfähigkeit der ENIG® hängt ausschließlich von der strikten Einhaltung der Produktionsverfahren und Qualitätsstandards ab.. Selbst geringe Abweichungen können zu katastrophalen Ausfällen wie "black pad"-Mängeln oder schwachen Lötverbindungen führen.und weltweite Standards, die einheitliche, zuverlässige Ergebnisse.

Was ist ENIG und warum spielt es eine Rolle
ENIG ist eine zweischichtige Oberflächenbeschichtung, die auf Kupferplatten von PCBs aufgetragen wird:
1.Eine Nickelschicht mit einer Dicke von 37 μm, die als Barriere gegen Kupferdiffusion dient und eine Grundlage für starke Lötverbindungen bildet.
2.Eine Goldschicht mit einer Dicke von 0,05 μm, die das Nickel vor der Oxidation schützt und eine langfristige Schweißfähigkeit gewährleistet.

Im Gegensatz zu elektroplattierten Oberflächen verwendet ENIG chemische Reaktionen (nicht Elektrizität) zur Ablagerung, was eine einheitliche Abdeckung auch auf komplexen Geometrien wie Mikrovia und feinschallenden BGA ermöglicht.Dies macht es ideal für- Ich weiß.
1.Hochfrequenz-PCBs (5G, Radar), bei denen die Signalintegrität kritisch ist.
2.Medizinische Geräte, die Biokompatibilität und Korrosionsbeständigkeit erfordern.
3Luft- und Raumfahrttechnik, die extremen Temperaturen und Vibrationen ausgesetzt ist.

Der ENIG-Herstellungsprozess: Schritt für Schritt
Die Anwendung von ENIG ist ein chemisches Präzisionsverfahren mit sechs kritischen Schritten, bei denen jeder Schritt streng kontrolliert werden muss, um Defekte zu vermeiden.

1Vorbehandlung: Reinigung der Kupferoberfläche
Vor der Anwendung von ENIG müssen die Kupferpolster der PCBs vollkommen sauber sein.
a.Entfettung: Das PCB wird in ein alkalisches Reinigungsmittel eingetaucht, um Öle und organische Rückstände zu entfernen.
b.Säure-Etching: Eine milde Säure (z. B. Schwefelsäure) entfernt Oxide und schafft eine mikro-rauhe Oberfläche für eine bessere Nickel-Adhäsion.
c. Mikroatchen: Eine Natriumpersulfat- oder Wasserstoffperoxidlösung etzt die Kupferoberfläche auf eine gleichmäßige Rauheit (Ra 0,2 × 0,4 μm), wodurch die Nickelschicht fest bindet.
Kritische Parameter:
a.Reinigungszeit: 2 ̊5 Minuten (zu lange verursacht übermäßiges Ätzen; zu kurz lässt Verunreinigungen zurück).
b.Riegeltiefe: 1 ‰ 2 μm (entfernt Oxide ohne kritische Spuren von Ausdünnung).

2. Elektroless Nickel Ablagerung
Das gereinigte PCB wird in ein elektrolesses Nickelbad eingetaucht, in dem eine chemische Reaktion eine Nickel-Phosphor-Legierung auf der Kupferoberfläche ablegt.
Reaktionschemie: Nickel-Ionen (Ni2+) im Bad werden durch ein Reduktionsmittel (in der Regel Natriumhypophosphit) auf metallisches Nickel (Ni0) reduziert.Phosphor (5­12 Gewichtshundertteilen) ist in die Nickelschicht aufgenommen, die Korrosionsbeständigkeit erhöht.
Prozesssteuerung:
a.Temperatur: 85°C bis 95°C (Varianzen von > ± 2°C führen zu ungleichmäßiger Ablagerung).
b.pH: 4,5 – 5,5 (zu niedrig verlangsamt die Ablagerung; zu hoch führt zu Nickelhydroxid-Niederschlag).
c.Bad-Rührung: gewährleistet eine gleichmäßige Verteilung des Nickels über das PCB.
Ergebnis: Eine dichte, kristalline Nickelschicht (37μm dick), die die Kupferdiffusion blockiert und eine geschweißbare Oberfläche erzeugt.

3- Nach der Nickelspülung.
Nach der Ablagerung von Nickel wird das PCB gründlich gespült, um Restchemikalien aus dem Bad zu entfernen, die das Goldbad kontaminieren könnten.
a.Mehrstufige Spülung: Typischerweise 3­4 Wasserbäder, wobei bei der letzten Spülung deionisiertes (DI) Wasser (18 MΩ-cm Reinheit) verwendet wird, um Mineralablagerungen zu vermeiden.
b.Trocknung: Durch die Trocknung mit warmer Luft (40°C bis 60°C) werden Wasserflecken verhindert, die die Oberfläche beschädigen könnten.

4- Immersion Gold Deposition.
Das PCB wird in ein Goldbad getaucht, in dem Gold-Ionen (Au3+) Nickel-Atome in einer chemischen Reaktion (galvanische Verschiebung) verdrängen und eine dünne Goldschicht bilden.
Reaktionsdynamik: Gold-Ionen sind edler als Nickel, daher oxidieren Nickel-Atome (Ni0) zu Ni2+, was Elektronen freisetzt, die Au3+ zu metallischem Gold (Au0) reduzieren. Dies bildet eine 0,05 ‰ 0.2 μm Goldschicht an das Nickel gebunden- Ich weiß.
Prozesssteuerung:
a.Temperatur: 70°C bis 80°C (höhere Temperaturen beschleunigen die Ablagerung, gefährden aber eine ungleiche Dicke).
b.pH: 5,0 ∼ 6,0 (optimiert die Reaktionsgeschwindigkeit).
c.Goldkonzentration: 1 ‰ 5 g/l (zu niedrig führt zu dünnem, zerstreutem Gold; zu hohes Abfallmaterial).
Schlüsselfunktion: Die Goldschicht schützt das Nickel vor Oxidation während der Lagerung und Handhabung und gewährleistet eine Schweißfähigkeit von bis zu 12+ Monaten.

5- Nach der Goldbehandlung.
Nach der Golddeponierung wird das PCB zuletzt gereinigt und getrocknet, um sich auf die Prüfung und Montage vorzubereiten.
a.Endspülung: DI-Wasserspülung zur Entfernung von Goldbadrückständen.
b.Trocknung: Niedrigtemperaturtrocknung (30°C bis 50°C) zur Vermeidung von thermischen Belastungen der Oberfläche.
c.Optionelle Passivierung: Einige Hersteller verwenden eine dünne organische Beschichtung, um die Beständigkeit von Gold gegen Fingeröle oder Umweltverschmutzungen zu erhöhen.

6. Heilung (optional)
Für Anwendungen, die eine höchste Härte erfordern, kann die ENIG-Ausführung einer Wärmebehandlung unterzogen werden:
a.Temperatur: 120-150°C für 30-60 Minuten.
b.Zweck: Verbessert die Nickel-Phosphor-Kristallinität und erhöht die Verschleißbeständigkeit von Hochzyklusverbindern.

Kritische Qualitätskontrolltests für ENIG
Die Leistung der ENIG® hängt von einer strengen Qualitätskontrolle ab.
1. Dickenmessung
Methode:Röntgenfluoreszenzspektroskopie (XRF), die die Nickel- und Golddicke über 10+ Punkte pro PCB zerstörungsfrei misst.
Annahmekriterien:
Nickel: 3 ‰ 7 μm (pro IPC-4552 Klasse 3).
Gold: 0,05 ‰ 0,2 μm (pro IPC-4554).
Warum es wichtig ist: Dünnes Nickel (< 3 μm) blockiert die Kupferdiffusion nicht; dickes Gold (> 0,2 μm) erhöht Kosten ohne Nutzen und kann zerbrechliche Lötverbindungen verursachen.

2. Schweißbarkeitsprüfung
Methode: IPC-TM-650 2.4.10 Lötbarkeit von Metallbeschichtungen. PCBs werden Feuchtigkeit (85°C/85% RE 168 Stunden) ausgesetzt und anschließend zu Testkuponen gelötet.
Zulassungskriterien: ≥95% der Lötverbindungen müssen vollständig benetzt sein (keine oder keine Niederwasserung).
Ausfallmodus: Eine schlechte Schweißbarkeit deutet auf Defekte der Goldschicht (z. B. Porosität) oder auf Nickeloxidation hin.

3Korrosionsbeständigkeit
Methode: ASTM B117 Salzsprühprüfung (5% NaCl-Lösung, 35°C, 96 Stunden) oder IPC-TM-650 2.6.14 Feuchtigkeitsprüfung (85°C/85% RH für 1.000 Stunden).
Zulassungskriterien: Keine sichtbare Korrosion, Oxidation oder Verfärbung auf Pads oder Spuren.
Bedeutung: Kritisch für Außenelektronik (5G-Basisstationen) oder für Anwendungen auf See.

4. Haftungstest
Methode: IPC-TM-650 2.4.8 Schälfestigkeit von Metallbeschichtungen. Ein Klebebandband wird auf die Oberfläche aufgetragen und um 90° zurückgeschält.
Zulassungskriterien: Keine Delamination oder Beschichtung.
Anzeichen für eine Störung: Schlechte Haftung deutet auf eine unzureichende Vorbehandlung (Verunreinigungen) oder eine unsachgemäße Nickelablagerung hin.

5- Schwarz-Pad-Erkennung.
“Schwarzplatten” ist der am meisten gefürchtete Defekt von ENIG: eine zerbrechliche, poröse Schicht zwischen Gold und Nickel, die durch eine unsachgemäße Nickel-Phosphor-Ablagerung verursacht wird.
Methoden:
a.Sichtprüfung: Bei Vergrößerung (40x) erscheint das schwarze Pad als dunkle, geknackte Schicht.
b.Scanning Electron Microscopy (SEM): zeigt Porosität und ungleichmäßige Nickel-Gold-Schnittstelle.
c.Solder Joint Shear Testing: Schwarzes Pad verursacht im Vergleich zu gutem ENIG eine Schneidfestigkeit von 50% +.
Prävention:Strenge Kontrolle des pH-Wertes und der Temperatur des Nickelbades und regelmäßige Analyse des Bades zur Vermeidung von überschüssigem Phosphor (> 12%).

Globale Normen für ENIG
Die ENIG-Fertigung wird durch mehrere Schlüsselstandards geregelt, um die Kohärenz zu gewährleisten:

Häufige ENIG-Mängel und wie man sie vermeiden kann
Auch bei strengen Kontrollen können bei ENIG Mängel auftreten.

ENIG vs. andere Oberflächen: Wann ENIG wählen
Die ENIG ist nicht die einzige Option, übertrifft jedoch die Alternativen in wichtigen Bereichen:

ENIG ist die eindeutige Wahl für Anwendungen mit hoher Zuverlässigkeit, hoher Frequenz oder feiner Tonhöhe, bei denen die langfristige Leistung entscheidend ist.

Häufig gestellte Fragen
F: Ist ENIG für das bleifreie Löten geeignet?
A: Ja. Die Nickelschicht von ENIG® bildet starke Intermetalle mit bleifreien Löten (z. B. SAC305), was sie ideal für RoHS-konforme Geräte macht.

F: Wie lange bleibt ENIG verkaufbar?
A: Richtig gelagerte ENIG-PCBs (in versiegelter Verpackung) halten die Schweißfähigkeit für 12 bis 24 Monate aufrecht, viel länger als OSP (3 bis 6 Monate) oder HASL (6 bis 9 Monate).

F: Kann ENIG auf Flex-PCBs verwendet werden?
A: Absolut. ENIG haftet gut an Polyimid-Substraten und widersteht ohne Riss an Biegung, so dass es für tragbare und medizinische Flexgeräte geeignet ist.

F: Wie hoch sind die Kosten von ENIG im Vergleich zu HASL?
A: ENIG kostet 30 bis 50% mehr als HASL, reduziert aber langfristige Kosten, indem Ausfälle in Anwendungen mit hoher Zuverlässigkeit minimiert werden.

Schlussfolgerung
ENIG ist eine anspruchsvolle Oberflächenveredelung, die in jeder Fertigungsphase von der Vorbehandlung bis zur Golddeposition Präzision erfordert.IPC-4554) und durch strenge Prüfungen validiert., bietet es unvergleichliche Korrosionsbeständigkeit, Schweißfähigkeit und Kompatibilität mit modernen PCB-Designs.
Für Hersteller und Ingenieure ist das Verständnis der Prozess- und Qualitätsanforderungen von ENIG® unerlässlich, um die Vorteile zu nutzen.Durch Partnerschaften mit Lieferanten, die strenge Kontrollen und Rückverfolgbarkeit vorrangig berücksichtigen, können Sie sicherstellen, dass Ihre PCB die Anforderungen von Medizin, Luftfahrt, 5G und anderen kritischen Anwendungen erfüllen.
ENIG ist nicht nur ein Finish, sondern ein Engagement für Zuverlässigkeit.
Wichtig: Die Leistung von ENIG® hängt von der Beherrschung seiner chemischen Prozesse und der Einhaltung einer strengen Qualitätskontrolle ab.