ENEPIG so với ENIG: Chọn lớp hoàn thiện bề mặt PCB phù hợp cho ứng dụng của bạn

Trong sản xuất PCB, kết thúc bề mặt là một thành phần quan trọng nhưng thường bị bỏ qua ảnh hưởng đến khả năng hàn, khả năng chống ăn mòn và độ tin cậy lâu dài.Hai trong số các kết thúc hiệu suất cao phổ biến nhất là ENIG (Vàng ngâm niken không điện) và ENEPIG (Vàng ngâm niken không điện)Trong khi cả hai đều sử dụng các lớp niken và vàng, cấu trúc riêng biệt của chúng làm cho chúng phù hợp hơn cho các ứng dụng cụ thể từ điện tử tiêu dùng đến các hệ thống hàng không vũ trụ.

Hướng dẫn này phân tích sự khác biệt giữa ENEPIG và ENIG, so sánh thành phần, quy trình sản xuất, đặc điểm hiệu suất và trường hợp sử dụng lý tưởng.Cho dù bạn đang ưu tiên chi phí, khả năng hàn hoặc khả năng chống lại môi trường khắc nghiệt, hiểu những kết thúc này sẽ giúp bạn đưa ra quyết định sáng suốt phù hợp với các yêu cầu PCB của bạn.

ENIG và ENEPIG là gì?
Cả ENIG và ENEPIG đều là kết thúc bề mặt dựa trên ngâm được thiết kế để bảo vệ các dấu vết đồng khỏi oxy hóa trong khi cung cấp một bề mặt có thể hàn.

ENIG (Vàng ngâm nickel không điện)
ENIG bao gồm hai lớp được áp dụng cho các tấm đồng phơi bày:

a. Nickel không điện (Ni): Một lớp dày 515μm đóng vai trò là một rào cản giữa đồng và vàng, ngăn chặn sự khuếch tán. Nó cung cấp độ cứng và chống ăn mòn.
b.Vàng ngâm (Au): Một lớp mỏng 0,05 ‰ 0,2 μm bảo vệ niken khỏi oxy hóa và đảm bảo khả năng hàn tuyệt vời.

ENEPIG (Nickel không điện)
ENEPIG thêm một lớp palladium vào cấu trúc, tạo ra một kết thúc ba lớp:

a. Nickel không điện (Ni): dày 515μm, giống như ENIG, phục vụ như một rào cản cơ sở.
b.Palladium không điện (Pd): Một lớp 0,1 ‰ 0,5 μm giữa niken và vàng làm tăng khả năng chống ăn mòn và ngăn ngừa sự khuếch tán niken-vàng.
c. Vàng ngâm (Au): dày 0,05 ‰ 0,2 μm, tương tự như ENIG, nhưng có độ dính tốt hơn nhờ lớp palladium.

Cách sản xuất ENIG và ENEPIG
Các quy trình sản xuất cho các kết thúc này có điểm tương đồng nhưng khác nhau trong các bước chính, ảnh hưởng đến hiệu suất của chúng:

Quá trình sản xuất ENIG
1Làm sạch: bề mặt đồng được làm sạch để loại bỏ dầu, oxit và chất gây ô nhiễm.
2. Microetching: Một vết khắc axit nhẹ tạo ra một bề mặt đồng thô để cải thiện độ dính của niken.
3.Điền niken không điện: Niken được lắng đọng thông qua một phản ứng hóa học (không có điện), tạo thành một lớp đồng nhất trên đồng.
4.Ngâm vàng lắng đọng: Vàng thay thế niken ở bề mặt thông qua phản ứng galvan, tạo ra một lớp bảo vệ mỏng.

Quá trình sản xuất ENEPIG
1Làm sạch và Microetching: Tương tự như ENIG để chuẩn bị bề mặt đồng.
2.Điều kiện lắng đọng niken không điện: Tương tự như ENIG, tạo thành lớp cơ sở.
3Phân tích Palladium không điện: Palladium được lắng đọng hóa học trên niken, tạo ra một rào cản ngăn niken phản ứng với vàng.
4.Điền vàng ngâm: Vàng thay thế palladium ở bề mặt, với lớp palladium đảm bảo độ bám chặt hơn ENIG.

Sự khác biệt chính trong hiệu suất
Việc thêm palladium vào ENEPIG tạo ra các đặc điểm hiệu suất khác biệt so với ENIG:
1. Khả năng hàn
ENIG: Khả năng hàn ban đầu xuất sắc, nhưng niken có thể tạo thành các hợp chất liên kim loại mong manh (IMC) với hàn theo thời gian, đặc biệt là với hàn không chì (ví dụ: SAC305).Điều này có thể làm giảm sức mạnh khớp trong các ứng dụng nhiệt độ cao.
ENEPIG: Lớp palladium hoạt động như một bộ đệm, làm chậm sự hình thành IMC và duy trì khả năng hàn ngay cả sau nhiều chu kỳ tái dòng chảy (lên đến 5 ‰ 10 so với 3 ‰ 5 cho ENIG).Điều này làm cho nó lý tưởng cho PCB đòi hỏi phải làm lại hoặc nhiều bước lắp ráp.

2. Chống ăn mòn
ENIG: Nickel cung cấp khả năng chống ăn mòn tốt, nhưng các lỗ chân trong lớp vàng mỏng có thể tiếp xúc nickel với độ ẩm, dẫn đến các khiếm khuyết pad đen nickel ăn mòn làm suy yếu khả năng hàn.
ENEPIG: Palladium lấp đầy các lỗ chân trong lớp vàng và có khả năng chống ăn mòn hơn niken, làm giảm nguy cơ đệm đen 70~80%. Nó hoạt động tốt hơn trong môi trường ẩm hoặc mặn (ví dụ:điện tử hàng hải).

3Khả năng kết nối dây
ENIG: Được chấp nhận cho việc liên kết dây vàng (thường trong bao bì bán dẫn), nhưng lớp vàng mỏng có thể bị mòn với nhiều liên kết.
ENEPIG: Lớp palladium tăng cường độ bám vàng, làm cho nó phù hợp cho cả dây vàng và dây nhôm. Nó hỗ trợ số lượng liên kết cao hơn (1000+ so với 500 ¢ 800 cho ENIG) mà không bị xuống cấp.

4Chi phí
ENIG: Chi phí thấp hơn do ít vật liệu và các bước hơn, thường rẻ hơn 10~20% so với ENEPIG cho khối lượng PCB tương đương.

ENEPIG: Lớp palladium tăng chi phí vật liệu và chế biến, làm cho nó đắt hơn nhưng thường được biện minh bởi độ tin cậy cải thiện.

Bảng so sánh: ENIG so với ENEPIG

Các ứng dụng lý tưởng cho ENIG
Sự cân bằng giữa hiệu suất và chi phí của ENIG làm cho nó phù hợp với nhiều ứng dụng phổ biến:
1Điện tử tiêu dùng
Điện thoại thông minh, máy tính xách tay và máy tính bảng: ENIG cung cấp khả năng chống ăn mòn đầy đủ cho việc sử dụng trong nhà và hỗ trợ các thành phần sắc nét (0,4 mm BGA) với chi phí thấp hơn.
Thiết bị đeo: Lớp vàng mỏng của nó hoạt động tốt cho các thiết bị nhỏ, năng lượng thấp, nơi làm lại hiếm.

2. Kiểm soát công nghiệp
PLC và cảm biến: ENIG xử lý nhiệt độ vừa phải (lên đến 125 ° C) và thỉnh thoảng tiếp xúc với bụi hoặc độ ẩm, làm cho nó trở thành một lựa chọn hiệu quả về chi phí cho môi trường nhà máy.

3. Thiết kế nguyên mẫu với khối lượng nhỏ
Chi phí thấp hơn của ENIG và sự sẵn có rộng rãi làm cho nó lý tưởng cho các nguyên mẫu và sản xuất hàng loạt nhỏ, nơi độ tin cậy dài hạn ít quan trọng hơn ngân sách.

Các ứng dụng lý tưởng cho ENEPIG
Hiệu suất vượt trội của ENEPIG biện minh cho chi phí cao hơn trong môi trường đòi hỏi:
1Không gian và Quốc phòng
Hệ thống máy bay và radar:ENEPIG chống ăn mòn do độ ẩm và phun muối (cần thiết cho các ứng dụng trên không và trên biển) và duy trì khả năng hàn trong chu kỳ nhiệt độ cực đoan (-55 ° C đến 125 ° C).

2Các thiết bị y tế
Thiết bị cấy ghép và chẩn đoán: Lớp palladium ngăn ngừa khiếm khuyết miếng đệm đen, đảm bảo khả năng tương thích sinh học và độ tin cậy lâu dài trong môi trường vô trùng hoặc chất lỏng cơ thể.

3. Điện tử ô tô đáng tin cậy cao
ADAS và mô-đun điện EV: ENEPIG chịu được nhiệt độ dưới nắp xe (lên đến 150 °C) và chu kỳ nhiệt lặp đi lặp lại, làm giảm nguy cơ thất bại khớp hàn trong các hệ thống quan trọng về an toàn.

4Ứng dụng gắn dây
Bao bì bán dẫn và các mô-đun RF: Sự tương thích của ENEPIG với liên kết dây nhôm và số lượng liên kết cao hơn làm cho nó lý tưởng cho các thiết bị tần số cao (5G, radar).

Những quan niệm sai lầm phổ biến
A. ENEPIG luôn tốt hơn ENIG: Không đúng ENIG là đủ cho nhiều ứng dụng, và chi phí thấp hơn là một lợi thế trong các thị trường nhạy cảm với giá cả.
B.  Bốm đệm đen của ENIG là không thể tránh khỏi: Kiểm soát quy trình thích hợp (ví dụ: duy trì hóa học tắm, hạn chế độ dày vàng) làm giảm nguy cơ đệm đen xuống < 1% trong sản xuất tập trung vào chất lượng.
C.Palladium trong ENEPIG làm cho nó quá đắt tiền: Đối với các ứng dụng đáng tin cậy cao, tuổi thọ dài hơn của ENEPIG và chi phí tái chế giảm thường bù đắp giá khởi điểm cao hơn.

Làm thế nào để chọn giữa ENIG và ENEPIG
Hãy xem xét những yếu tố sau để quyết định:

1Yêu cầu độ tin cậy: Nếu PCB của bạn hoạt động trong môi trường khắc nghiệt (nước, muối, nhiệt độ cực cao) hoặc yêu cầu nhiều dòng chảy lại, ENEPIG đáng để đầu tư.
2Độ nhạy về chi phí: Đối với thiết bị điện tử tiêu dùng hoặc các dự án có khối lượng nhỏ, nơi độ tin cậy dài hạn là thứ cấp, ENIG cung cấp giá trị tốt hơn.
3Nhu cầu lắp ráp: ENEPIG được ưa thích cho PCB đòi hỏi phải làm lại, kết nối dây, hoặc hàn không chì (nhiều hơn nickel so với các thay thế có chì).
4Tiêu chuẩn công nghiệp: Hàng không vũ trụ (AS9100) và y tế (ISO 13485) thường yêu cầu ENEPIG để tăng độ tin cậy của nó, trong khi điện tử tiêu dùng có thể chấp nhận ENIG.

Câu hỏi thường gặp
Q: ENIG và ENEPIG có thể được sử dụng trên cùng một PCB không?
Một số thiết kế sử dụng ENIG cho các pad không quan trọng và ENEPIG cho các khu vực đáng tin cậy cao (ví dụ: đầu nối điện), nhưng điều này làm tăng sự phức tạp của sản xuất.

Q: Bao lâu các kết thúc ENIG và ENEPIG tồn tại trong kho?
A: ENIG có thời hạn sử dụng 6-12 tháng trong điều kiện được kiểm soát (30 ° C, 60% RH), trong khi ENEPIG kéo dài thời hạn này lên 12-18 tháng do lớp palladium của nó.

Q: ENEPIG có tương thích với các loại hàn không chì không?
A: Có, và nó hoạt động tốt hơn ENIG với các loại hàn không chì (ví dụ, SAC305), vì palladium làm giảm sự hình thành liên kim loại mỏng manh.

Hỏi: Điều gì gây ra một miếng đệm đen trong ENIG?
Đáp: Việc khắc quá mức trong quá trình lắng đọng vàng hoặc bị ô nhiễm trong bồn tắm vàng có thể tạo ra niken xốp, ăn mòn (làm đen) khi tiếp xúc với độ ẩm.

Q: ENEPIG có thể được sử dụng cho các thành phần pitch mỏng (≤ 0.3mm pitch)?
Đáp: Vâng, cấu trúc lớp đồng nhất của nó làm cho nó phù hợp với BGA và QFP cao độ mỏng, thường vượt trội hơn ENIG trong việc ngăn chặn cầu hàn.

Kết luận
ENIG và ENEPIG đều là các lớp hoàn thiện bề mặt chất lượng cao, nhưng cấu trúc riêng biệt của chúng làm cho chúng phù hợp hơn cho các ứng dụng cụ thể.,trong khi lớp palladium của ENEPIG cung cấp khả năng chống ăn mòn, hàn và độ tin cậy vượt trội cho môi trường khắc nghiệt và hệ thống hiệu suất cao.

Bằng cách điều chỉnh sự lựa chọn của bạn với các điều kiện hoạt động của PCB, yêu cầu lắp ráp và ngân sách của bạn, bạn sẽ đảm bảo hiệu suất tối ưu và tuổi thọ lâu dài.quyết định đi xuống để cân bằng chi phí và rủi ro, trong khi ENEPIG làm giảm nguy cơ thất bại trong các ứng dụng quan trọng.