Sản xuất PCB ENIG: Quy trình, Kiểm soát Chất lượng và Tiêu chuẩn Ngành

Hình ảnh nhân bản của khách hàng

Vàng ngâm niken không điện (ENIG) đã trở thành tiêu chuẩn vàng cho kết thúc bề mặt PCB trong các thiết bị điện tử đáng tin cậy cao, từ các thiết bị y tế đến các hệ thống hàng không vũ trụ.Sự kết hợp độc đáo của nó chống ăn mòn, khả năng hàn và tương thích với các thành phần sắc nét làm cho nó không thể thiếu cho PCB hiện đại.Hiệu suất của ENIG phụ thuộc hoàn toàn vào việc tuân thủ nghiêm ngặt các quy trình sản xuất và tiêu chuẩn chất lượngNgay cả những sai lệch nhỏ cũng có thể dẫn đến sự cố thảm khốc như khiếm khuyết đệm đen hoặc các khớp hàn yếu.và các tiêu chuẩn toàn cầu để đảm bảo, kết quả đáng tin cậy.

ENIG là gì và tại sao nó quan trọng
ENIG là một lớp kết thúc bề mặt hai lớp được áp dụng cho các tấm đồng PCB:
1. Một lớp niken (37μm dày) hoạt động như một rào cản chống lại sự lan truyền đồng và cung cấp một nền tảng cho các khớp hàn mạnh mẽ.
2. Một lớp vàng (0.05 ~ 0.2μm dày) bảo vệ niken khỏi oxy hóa, đảm bảo khả năng hàn lâu dài.

Không giống như kết thúc điện đệm, ENIG sử dụng phản ứng hóa học (không phải điện) để lắng đọng, cho phép bảo hiểm đồng đều ngay cả trên các hình học phức tạp như microvias và BGA sắc nét.Điều này làm cho nó lý tưởng cho:​
1. PCB tần số cao (5G, radar) nơi tính toàn vẹn tín hiệu là rất quan trọng.
2. Các thiết bị y tế đòi hỏi khả năng tương thích sinh học và chống ăn mòn.
3. Điện tử không gian tiếp xúc với nhiệt độ và rung động cực đoan.

Quá trình sản xuất ENIG: từng bước
Ứng dụng ENIG là một quá trình hóa học chính xác với sáu giai đoạn quan trọng.

1. Phương pháp xử lý trước: Làm sạch bề mặt đồng
Trước khi áp dụng ENIG, các miếng đệm đồng của PCB phải hoàn toàn sạch sẽ. Các chất gây ô nhiễm như dầu, oxit hoặc dư lượng luồng ngăn cản sự dính thích hợp của niken và vàng, dẫn đến phân mảnh.
a. Khử mỡ: PCB được đắm trong chất tẩy rửa kiềm để loại bỏ dầu và dư lượng hữu cơ.
b.Acid Etching: Một axit nhẹ (ví dụ, axit sulfuric) loại bỏ oxit và tạo ra một bề mặt vi thô để gắn kết niken tốt hơn.
c. Microetching: Một dung dịch natri persulfate hoặc hydro peroxide khắc bề mặt đồng đến độ thô đồng đều (Ra 0,2 ∼ 0,4 μm), đảm bảo các liên kết lớp niken chắc chắn.
Các thông số quan trọng:
a.Thời gian làm sạch: 2-5 phút (quá lâu gây ra quá nhiều khắc; quá ngắn để lại các chất gây ô nhiễm).
b. Độ sâu khắc: 1 ‰ 2 μm (loại bỏ oxit mà không làm mỏng dấu vết quan trọng).

2. Chất thải Nickel không điện
PCB được làm sạch được ngâm trong bồn nickel không điện, nơi một phản ứng hóa học lắng đọng hợp kim niken-phosphorus trên bề mặt đồng.
Hóa học phản ứng: Các ion niken (Ni2 +) trong bồn được giảm thành niken kim loại (Ni0) bằng một chất giảm (thường là natri hypophosphite).Phosphorus (5~12% theo trọng lượng) được kết hợp vào lớp niken, tăng cường khả năng chống ăn mòn.
Điều khiển quy trình:
a. Nhiệt độ: 85 ~ 95 °C (sự khác biệt > ± 2 °C gây ra sự lắng đọng không đồng đều).
b.pH: 4,5 ∼ 5,5 (quá thấp làm chậm sự lắng đọng; quá cao gây mưa nickel hydroxide).
c. Trộn nước tắm: Đảm bảo phân phối niken đồng đều trên PCB.
Kết quả: Một lớp niken tinh thể dày đặc (37μm dày) ngăn chặn sự lan truyền đồng và tạo ra bề mặt hàn.

3. Rửa sạch sau nickel
Sau khi lắng đọng niken, PCB được rửa sạch để loại bỏ các hóa chất tắm còn lại, có thể gây ô nhiễm tắm vàng tiếp theo.
a. Rửa nhiều giai đoạn: Thông thường 3 ⁄ 4 bồn tắm nước, với việc rửa cuối cùng sử dụng nước phi ion hóa (DI) (18 MΩ-cm độ tinh khiết) để tránh các trầm tích khoáng chất.
b.Sấy: Sấy bằng không khí ấm (40-60 °C) ngăn ngừa các vết nước có thể làm hỏng bề mặt.

4- Thâm nhập vàng.
PCB được ngâm trong một bồn tắm vàng, nơi các ion vàng (Au3 +) thay thế các nguyên tử niken trong một phản ứng hóa học (đổi vị trí galvanic), tạo thành một lớp vàng mỏng.
Động lực phản ứng: Các ion vàng quý hơn niken, vì vậy các nguyên tử niken (Ni0) oxy hóa thành Ni2+, giải phóng các electron làm giảm Au3+ thành vàng kim loại (Au0).Lớp vàng 2μm gắn với niken.
Điều khiển quy trình:
a. Nhiệt độ: 70 ~ 80 °C (nhiệt độ cao hơn tăng tốc độ lắng đọng nhưng có nguy cơ độ dày không đồng đều).
b.pH: 5,0 ∼ 6,0 (đối ưu hóa tốc độ phản ứng).
c. Nồng độ vàng: 1 5 g / L (quá thấp gây ra vàng mỏng, mỏng; chất thải quá cao).
Chức năng chính: Lớp vàng bảo vệ niken khỏi oxy hóa trong quá trình lưu trữ và xử lý, đảm bảo khả năng hàn trong 12 tháng.

5. Điều trị sau vàng
Sau khi lắng đọng vàng, PCB được làm sạch và sấy khô cuối cùng để chuẩn bị thử nghiệm và lắp ráp.
a. Rửa cuối cùng: Rửa bằng nước DI để loại bỏ các dư lượng tắm vàng.
b. Xá khô: Xá khô ở nhiệt độ thấp (30-50 °C) để tránh căng thẳng nhiệt trên kết thúc.
c. Chế độ thụ động tùy chọn: Một số nhà sản xuất áp dụng lớp phủ hữu cơ mỏng để tăng khả năng chống lại dầu ngón tay hoặc các chất gây ô nhiễm môi trường.

6. Chăm sóc (Tự chọn)
Đối với các ứng dụng đòi hỏi độ cứng tối đa, kết thúc ENIG có thể trải qua xử lý nhiệt:
a. Nhiệt độ: 120-150°C trong 30-60 phút.
b.Mục đích: Cải thiện tinh thể niken-phốt pho, tăng khả năng chống mòn cho các kết nối chu kỳ cao.

Các thử nghiệm kiểm soát chất lượng quan trọng cho ENIG
Hiệu suất của ENIG phụ thuộc vào kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt. Các nhà sản xuất sử dụng các thử nghiệm này để xác nhận mỗi lô:
1- Đo độ dày
Phương pháp:quang phổ tia X (XRF), đo độ dày niken và vàng không phá hoại qua 10 điểm trên mỗi PCB.
Tiêu chuẩn chấp nhận:
Nickel: 3 ‰ 7 μm (theo IPC-4552 lớp 3).
Vàng: 0,05 ‰ 0,2 μm (mỗi IPC-4554).
Tại sao quan trọng?: Nickel mỏng (< 3μm) không thể ngăn chặn sự lan truyền đồng; vàng dày (> 0,2μm) làm tăng chi phí mà không có lợi và có thể gây ra các khớp hàn mỏng.

2- Kiểm tra khả năng hàn
Phương pháp: IPC-TM-650 2.4.10 Khả năng hàn của các lớp phủ kim loại. PCB được tiếp xúc với độ ẩm (85 °C/85% RH trong 168 giờ) sau đó hàn để thử nghiệm các tấm.
Các tiêu chí chấp nhận: ≥ 95% các khớp hàn phải có độ ướt hoàn toàn (không ướt hoặc không ướt).
Chế độ thất bại: Khả năng hàn kém cho thấy khiếm khuyết lớp vàng (ví dụ: độ xốp) hoặc oxy hóa niken.

3. Kháng ăn mòn
Phương pháp: Kiểm tra phun muối ASTM B117 (Liều 5% NaCl, 35 °C, 96 giờ) hoặc IPC-TM-650 2.6.14 kiểm tra độ ẩm (85°C/85% RH trong 1.000 giờ).
Các tiêu chí chấp nhận: Không có ăn mòn, oxy hóa hoặc đổi màu trên miếng đệm hoặc dấu vết.
Ý nghĩa: Quan trọng đối với thiết bị điện tử ngoài trời (5G trạm cơ sở) hoặc các ứng dụng trên biển.

4. Kiểm tra gắn kết
Phương pháp: IPC-TM-650 2.4.8 Khả năng chống vỏ của các lớp phủ kim loại. Một dải băng dán được áp dụng cho kết thúc và vỏ lại ở 90 °.
Các tiêu chí chấp nhận: Không loại bỏ lớp hoặc lớp phủ.
Dấu hiệu thất bại: Sự bám sát kém cho thấy không xử lý trước đầy đủ (những chất gây ô nhiễm) hoặc lắng đọng niken không phù hợp.

5. Black Pad Detection
Đen pad là khiếm khuyết đáng sợ nhất của ENIG: một lớp mỏng, xốp giữa vàng và niken gây ra bởi sự lắng đọng niken-phosphorus không đúng cách.
Phương pháp:
a. Kiểm tra trực quan: Khi phóng to (40x), bảng màu đen xuất hiện như một lớp tối, nứt.
b. Máy hiển vi điện tử quét (SEM): Khám phá độ xốp và giao diện nickel-vàng không đồng đều.
c. Kiểm tra cắt liên kết hàn: Bàn đệm màu đen làm cho độ bền cắt giảm 50% + so với ENIG tốt.
Phòng ngừa:Kiểm soát nghiêm ngặt độ pH và nhiệt độ tắm niken và phân tích tắm thường xuyên để tránh dư thừa phốt pho (> 12%).

Tiêu chuẩn toàn cầu điều chỉnh ENIG
Sản xuất ENIG được quy định bởi một số tiêu chuẩn chính để đảm bảo tính nhất quán:

Các khuyết tật ENIG phổ biến và cách tránh chúng
Ngay cả với các kiểm soát nghiêm ngặt, ENIG có thể phát triển các khiếm khuyết.

ENIG so với các kết thúc khác: Khi nào nên chọn ENIG
ENIG không phải là lựa chọn duy nhất, nhưng nó vượt trội hơn các lựa chọn thay thế trong các lĩnh vực chính:

ENIG là sự lựa chọn rõ ràng cho các ứng dụng độ tin cậy cao, tần số cao hoặc âm thanh mỏng, nơi hiệu suất lâu dài là rất quan trọng.

Câu hỏi thường gặp
Q: ENIG có phù hợp với hàn không chì không?
A: Vâng. Lớp niken ENIG tạo thành các chất liên kim loại mạnh với các chất hàn không chì (ví dụ, SAC305), làm cho nó lý tưởng cho các thiết bị tuân thủ RoHS.

Hỏi: ENIG còn bán được bao lâu?
A: PCB ENIG được lưu trữ đúng cách (trong bao bì kín) duy trì khả năng hàn trong 12-24 tháng, lâu hơn nhiều so với OSP (3-6 tháng) hoặc HASL (6-9 tháng).

Q: ENIG có thể được sử dụng trên PCB dẻo?
ENIG dính chặt vào chất nền polyimide và chịu được uốn cong mà không bị nứt, làm cho nó phù hợp với các thiết bị uốn cong y tế và đeo.

Q: Chi phí của ENIG so với HASL là bao nhiêu?
A: ENIG có chi phí cao hơn 30~50% so với HASL nhưng giảm chi phí dài hạn bằng cách giảm thiểu sự cố trong các ứng dụng đáng tin cậy cao.

Kết luận
ENIG là một kết thúc bề mặt tinh vi đòi hỏi độ chính xác trong mọi giai đoạn sản xuất, từ xử lý trước đến lắng đọng vàng.IPC-4554) và được xác nhận thông qua các thử nghiệm nghiêm ngặt, nó cung cấp khả năng chống ăn mòn, hàn và tương thích với các thiết kế PCB hiện đại.
Đối với các nhà sản xuất và kỹ sư, việc hiểu quy trình và yêu cầu chất lượng của ENIG là rất cần thiết để tận dụng lợi ích của nó.Bằng cách hợp tác với các nhà cung cấp ưu tiên kiểm soát nghiêm ngặt và khả năng truy xuất, bạn có thể đảm bảo PCB của bạn đáp ứng nhu cầu của y tế, hàng không vũ trụ, 5G, và các ứng dụng quan trọng khác.
ENIG không chỉ là một kết thúc mà là một cam kết về độ tin cậy.
Điều quan trọng cần lưu ý: Hiệu suất của ENIG phụ thuộc vào việc làm chủ các quy trình hóa học và thực thi kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt.