ENIG против других поверхностных покрытий для печатных пластин: почему золото погружения выделяется

Неэлектрическое никелевое погружение золото (ENIG) приобрело репутацию премиальной поверхности печатных плат, ценимой за ее надежность, сварную способность и совместимость с высокопроизводительной электроникой.Но с такими альтернативами, как HASL, погруженный олово, OSP и погруженное серебро конкурируют на рынке, выбор правильной отделки зависит от баланса стоимости, производительности и потребностей приложения.В этом руководстве сравнивается ENIG с другими распространенными поверхностными отделками ПКБ, раскрывая их сильные и слабые стороны и идеальные варианты использования, помогая инженерам и покупателям принимать обоснованные решения для своих проектов.

Ключевые выводы
1.ENIG предлагает превосходную сварную способность, коррозионную стойкость и срок годности (> 1 год) по сравнению с большинством отделочных материалов, что делает его идеальным для медицинской, аэрокосмической и высоконадежной электроники.
2Его плоская поверхность (толерантность ±2 мкм) поддерживает тонкокости компонентов (≤0,4 мм), превосходя HASL ′s неравномерной отделки (±10 мкм) в плотных конструкциях.
3В то время как ENIG стоит в 1,5-2,5 раза дороже, чем HASL или OSP, его долгосрочная надежность снижает сбои на поле на 60% в критических приложениях.
4Ни одна отделочная отделка не подходит для всех потребностей: HASL превосходит в недорогой потребительской электронике, погрузочном олове в промышленных системах без свинца и OSP в коротких, высокоскоростных устройствах.

Что такое ENIG?
ENIG представляет собой двухслойную поверхностную отделку, наносимую на медные пластинки PCB путем химического осаждения (без необходимости использования электричества):

1Никелевый слой (36μm): действует как барьер между медью и золотом, предотвращая диффузию меди в сварные соединения и повышая механическую прочность.
2.Золотой слой (0,05 ‰ 0,2 мкм): тонкое покрытие чистого золота, которое защищает никель от окисления, обеспечивая долгосрочную сварную способность.

Неэлектрический никель использует химическую ванну для равномерного покрытия подушек, даже на маленьких или плотно упакованных элементах,В то время как погружение золото заменяет верхний слой никеля через окислительную реакцию, что приводит к плоской, последовательное завершение.

Как ENIG сравнивается с другими поверхностными отделками ПХБ
Каждая поверхность имеет уникальные свойства, соответствующие конкретным применениям.

Глубокое погружение: ENIG против альтернатив
1. ENIG против HASL (выравнивание сварки горячим воздухом)
HASL является наиболее экономически эффективной отделкой, использующей расплавленную сварку (бессвинцовый Sn-Cu или традиционный Sn-Pb), наносимую путем погружения, а затем выравниваемую горячим воздухом.

a.ENIG Преимущества:
Плоскость: критически важна для BGA или QFNs HASL с диаметром 0,4 мм. Неравномерная поверхность (из-за мениска сварки) увеличивает риск пересечения на 40% в конструкциях с тонким диаметром.
Срок годности: Золотой слой ENIG® бесконечно сопротивляется окислению, в то время как сварка HASL® затухает более 12 месяцев, что снижает сварную способность.
Высокотемпературная производительность: ENIG выдерживает циклы повторного потока более 300 °C (идеально подходит для автомобильной электроники под капотом), в то время как HASL рискует заряжать на уровне выше 260 °C.

b.HASL Преимущества:
Стоимость: на 50~60% дешевле, чем ENIG, что делает его идеальным для потребительской электроники большого объема (например, телевизоров, маршрутизаторов) с большими компонентами (≥ 0,8 мм ширины).
Прочность: Более толстый слой сварки (525 мкм) лучше противостоит царапинам, чем тонкое золото ENIG, полезное для ручной обработки при недорогой сборке.

в. Лучше всего для:
Медицинские устройства, аэрокосмические датчики, базовые станции 5G.
HASL: недорогие приборы, светодиодные светильники с большими подушками.

2. ENIG против Immersion Tin
Иммерсионный олово откладывает тонкий слой чистого олова с помощью химической реакции, предлагая плоскую, свободную от свинца отделку.

a.ENIG Преимущества:
Устойчивость к оловянным усам: ENIG не имеет риска проводящих оловянных усов (крошечных нитей, которые вызывают короткие шорты), что является проблемой с погружением оловянного уса в влажной среде (≥ 60% RH).
Устойчивость к коррозии: ENIG выдерживает более 1000 часов при использовании солевого спрея (ASTM B117), в отличие от 300+ часов для погружения в олово, критически важное для морского или промышленного использования.
Надежность соединения сварки: Никелевый слой ENIG создает более сильные межметаллические связи с сваркой, уменьшая отказ соединения в устройствах, подверженных вибрации (например, дроны).

b.Преимущества погружения олово:
Стоимость: на 30-40% дешевле, чем ENIG, с аналогичной плоскостью, подходящей для промышленных контроллеров среднего класса (0,5 мм).
Соответствие без свинца: Чистый олово отвечает строгим стандартам RoHS без никеля, привлекательно для рынков с ограничениями никеля (например, некоторые медицинские устройства).

в. Лучше всего для:
Имплантируемые медицинские устройства, ПХБ в аэрокосмической промышленности.
Иммерсионный олово: Автомобильные ADAS, промышленные двигатели.

3ENIG против OSP (органический консервант для сварки)
OSP представляет собой тонкую органическую пленку (производные бензотриазола), которая защищает медь от окисления, растворяясь во время сварки, чтобы выявить свежую медь.

a.ENIG Преимущества:
Срок годности: ENIG длится >1 год в хранилище, в то время как OSP разлагается за 3-6 месяцев.
Толерантность переработки: выживает 5+ циклов повторного потока, по сравнению с 1 ‰ 2 для OSP, что облегчает исправление сбоев в поле.
Устойчивость к окружающей среде: OSP растворяется в влаге или химических веществах, в то время как ENIG устойчив к маслам, чистящим средствам и влаге.

b.OSP Преимущества:
Стоимость: на 50~60% дешевле, чем ENIG, с минимальным влиянием на целостность сигнала, идеально подходит для высокоскоростных печатных пластин (5G, 100Gbps передачи данных), где металлические слои вызывают потерю сигнала.
Ультраплоская поверхность: толерантность ± 1 мкм подходит для компонентов с толщиной 0,4 мм, без металлического слоя для усложнения контроля импеданса.

в. Лучше всего для:
ENIG: Устройства с длительным сроком службы, работающие в суровой среде (датчики нефтяных установок, спутники).
OSP: коротковременная потребительская электроника (смартфоны, носимые устройства), высокочастотные печатные платы.

4. ENIG против Immersion Silver
Погружение серебра откладывает тонкий слой серебра посредством химической реакции, обеспечивая баланс между затратами и производительностью.

a.ENIG Преимущества:
Устойчивость к затуханию: серебро затухает (затемняется) при высокой влажности (> 60% RH) или в среде с высоким содержанием серы (например, на промышленных предприятиях), что снижает способность к сварке.
Прочность соединения сварки: Никель-сварная связь ENIG на 30% прочнее, чем сварка с серебром, что имеет решающее значение для применений с высокими вибрациями (например, автомобильных двигателей).
Консистенция: серебро погружения может страдать от “миграции серебра” (роста дендритов) в высоковольтных ПХБ, что может привести к короткому замыканию.

b.Преимущества погружения серебра:
Скорость: более быстрая обработка, чем ENIG (5 ‰ 10 минут против 30 ‰ 45 минут), сокращая сроки выполнения срочных проектов.
Стоимость: на 30-40% дешевле, чем ENIG, с лучшей проводимостью, чем олово или OSP, подходящие для телекоммуникационного оборудования (маршрутизаторы, базовые станции).

в. Лучше всего для:
ENIG: Системы высокой надежности и высокого напряжения (инверторы электромобилей, аэрокосмическая промышленность).
Сильвер погружения: телекоммуникации, военные ПХБ с умеренной влажностью.

Общие проблемы с ENIG (и как их смягчить)
Хотя ENIG предлагает превосходную производительность, у него есть уникальные проблемы, которые требуют тщательного изготовления:
1Недостатки черной подкладки.
Чёрный слой возникает при коррозии никеля во время отложения золота, создавая хрупкий, несплавный слой на интерфейсе никель-золото.

а.Превысокая гравировка никеля при погружении в золото.
b.Загрязненные золотистые ванны.

Уменьшение:

a. Использовать сертифицированных производителей, соответствующих требованиям IPC-4552 (стандарты для никель-золотой отделки).
b. Проверяют поперечные сечения блоков ENIG для проверки целостности никеля (без почернения).

2Стоимость
Более высокая цена ENIG (1,8-2,5x HASL) может быть запрещающей для продуктов с низкой маржой.

Уменьшение:

a. Использовать ENIG избирательно: только на критических подушках (например, BGA) и HASL на некритических областях (проходные булавки).
b.В случае большого объема производства договориться с производителями о ценообразовании на сырье.

3Контроль толщины золота
Избыток золота (> 0,2 мкм) вызывает ломкость сварки (слабые соединения), в то время как недостаток золота (< 0,05 мкм) оставляет никель открытым.

Уменьшение:

a. Укажите толщину золота 0,05 ‰ 0,1 мкм для большинства применений.
b. Использовать рентгеновскую флуоресценцию (XRF) для проверки толщины во время QC.

Как выбрать подходящее облицовка
Выбор поверхности зависит от пяти ключевых факторов:
1. Компонент Pitch
a. ≤ 0,4 мм: ENIG, OSP или олова погружения (плоская отделка).
b. ≥ 0,8 мм: HASL (экономичный) или серебро погружения.

2Срок годности
a.1 год: ENIG (идеально) или олова для погружения.
b.3-6 месяцев: OSP или серебро погружения.

3. Воздействие окружающей среды
a.Высокая влажность/соль: ENIG (1000+ часов соляного спрея).
b.Низкая влажность: погруженный олово, серебро или HASL.
c. Сера/химикаты: ENIG (устойчив к коррозии).

4. Чувствительность к затратам
a.Ориентированные на бюджет: HASL или OSP.
b. Средний диапазон: погружение олово или серебро.
c.Высокая надежность: ENIG (оправданная более низкими показателями отказов).

5Промышленные стандарты
a. Медицинское (ISO 13485): ENIG (биосовместимость, длительный срок годности).
b.Автомобильные (IATF 16949): ENIG или погрузочный олово (сопротивление вибрациям).
c.Авиакосмическая (AS9100): ENIG (выполнение при экстремальных температурах).

Примеры реального применения
1Медицинские имплантируемые устройства
Потребность: биосовместимость, срок годности более 5 лет, коррозионная устойчивость.
Окончание: ENIG (никель-золото инертно; сопротивляется жидкостям тела).
Результат: 99,9% надежность в кардиостимуляторах и нейростимуляторах.

2. Базовые станции 5G
Необходимость: совместимость BGA 0,4 мм, целостность высокочастотного сигнала.
Окончание: ENIG (плоская поверхность минимизирует потерю сигнала; золото сопротивляется коррозии на открытом воздухе).
Результат: на 30% меньше сбоев сигнала по сравнению с HASL в полевых испытаниях.

3Потребительские смартфоны
Необходимость: низкая стоимость, компоненты с толщиной 0,4 мм, короткий срок годности (6 месяцев).
Окончание: OSP (самая дешевая плоская отделка; достаточно для срока службы устройства).
Результат: на 50% ниже стоимость единицы по сравнению с ENIG, с приемлемой надежностью.

4Системы управления батареями электромобилей
Необходимость: высокая вибрационная устойчивость, рабочая температура 125°C, 0,5 мм.
Окончание: ENIG (сильные сварные соединения; никель выдерживает высокие температуры).
Результат: 70% уменьшение сбоев в поле против погружения серебра.

Часто задаваемые вопросы
Вопрос: Совместима ли ENIG с сваркой без свинца?
ENIG работает с Sn-Ag-Cu (SAC) безсвинцовыми сварками, образуя сильные межметаллические связи (Cu6Sn5 и Ni3Sn4), которые отвечают требованиям RoHS.

Вопрос: Может ли ENIG использоваться на гибких ПХБ?
ENIG хорошо прилипает к прокатанной меди (используемой в гибких печатных пластинках), а никель обеспечивает гибкость для выдержки изгиба (10000+ циклов).

Вопрос: Как ENIG влияет на высокочастотные сигналы?
A: тонкий золотой слой ENIG (0,05 ‰ 0,2 мкм) имеет минимальное влияние на импеданс, что делает его подходящим для 5G (28 ГГц +) и радарных (60 ГГц +) ПКБ, превосходящих более толстые отделки, такие как HASL.

Вопрос: Какой минимальный размер подложки для ENIG?
A: ENIG надежно покрывает подкладки размером 0,2 мм × 0,2 мм, что делает его идеальным для 01005 пассивных и микро BGA.

Вопрос: является ли ENIG более экологически чистым, чем другие отделочные материалы?
ENIG использует меньше золота, чем электролитическое позолотание, что снижает воздействие на окружающую среду.

Заключение
ENIG выделяется как премиальная поверхностная отделка для высоконадежных, высокопроизводительных печатных пластин, предлагающая непревзойденную сварную способность, коррозионную устойчивость и совместимость с тонким тоном.В то время как альтернативы, такие как HASL, погруженный олово, OSP, и погруженное серебро превосходят в конкретных случаях использования~стоимость, время выполнения или краткосрочные приложения~ENIG остается золотым стандартом для критической электроники в медицинской, аэрокосмической,и автомобильной промышленности.

Выбирая отделочные материалы в соответствии с потребностями приложения, инженеры могут эффективно сбалансировать производительность и стоимость.Для проектов, где неудача не является вариантом, более высокие первоначальные затраты ENIG бледнеют в сравнении с долгосрочными экономиями от уменьшения сбоев на поле и претензий по гарантии.