مقایسه ENIG با سایر پوشش‌های سطح PCB: چرا طلای غوطه‌وری برجسته است

طلا غوطه ور شدن نیکل بدون برق (ENIG) به عنوان یک سطح سطح PCB برتر شهرت کسب کرده است ، که برای قابلیت اطمینان ، قابل سولدر شدن و سازگاری با الکترونیک با عملکرد بالا ارزش گذاری می شود.اما با راه حل هاي ديگري مثل HASL، لاستیک غوطه ور، OSP و نقره غوطه ور در بازار رقابت می کنند، انتخاب پایان مناسب بستگی به تعادل هزینه، عملکرد و نیازهای برنامه دارد.این راهنما ENIG را با سایر پوشش های سطحی PCB رایج مقایسه می کند، نقاط قوت، نقاط ضعف و موارد استفاده ایده آل آنها را تجزیه و تحلیل می کند، به مهندسان و خریداران کمک می کند تا تصمیمات آگاهانه ای را برای پروژه های خود بگیرند.

نکات کلیدی
1.ENIG در مقایسه با اکثر فرآوری ها قابلیت جوش ، مقاومت در برابر خوردگی و عمر طولانی (> 1 سال) را ارائه می دهد و این امر آن را برای الکترونیک پزشکی ، هوافضا و قابلیت اطمینان بالا ایده آل می کند.
2سطح مسطح آن (تسامح ± 2μm) از اجزای باریک (≤ 0.4mm pitch) پشتیبانی می کند و از HASL ′s در طرح های متراکم (± 10μm) بهتر است.
3در حالی که ENIG 1.5 × 2.5x بیشتر از HASL یا OSP هزینه می کند، قابلیت اطمینان طولانی مدت آن باعث کاهش 60٪ در برنامه های کاربردی حیاتی می شود.
4هیچ یک از ظروف فرعی مناسب همه نیازهای نیست: HASL در الکترونیک مصرفی کم هزینه، قلع غوطه ور در سیستم های صنعتی بدون سرب و OSP در دستگاه های کوتاه مدت و با سرعت بالا برجسته است.

ENIG چیست؟
ENIG یک سطح دو لایه ای است که به پد های PCB مس از طریق رسوب شیمیایی اعمال می شود (هیچ برق مورد نیاز نیست):

1لایه نیکل (36μm): به عنوان یک مانع بین مس و طلا عمل می کند، جلوگیری از انتشار مس در مفاصل جوش و تقویت قدرت مکانیکی.
2لایه طلا (0.05μm 0.2μm): یک پوشش طلا نازک و خالص که از نیکل در برابر اکسیداسیون محافظت می کند و قابلیت جوش طولانی مدت را تضمین می کند.

رسوب نیکل بدون برق از یک حمام شیمیایی برای پوشش یکنواخت پد ها استفاده می کند، حتی بر روی ویژگی های کوچک یا متراکم،در حالی که طلا غوطه ور شدن جایگزین لایه بالای نیکل از طریق واکنش ردوکس، به طور مداوم به پایان برسید

چگونه ENIG در مقایسه با دیگر پوشش های سطح PCB است
هر سطحی دارای خواص منحصر به فردی است که برای کاربردهای خاص طراحی شده است. جدول زیر تفاوت های اصلی را برجسته می کند:

غوطه ور شدن عمیق: ENIG در مقابل گزینه های دیگر
1. ENIG در مقابل HASL
HASL مقرون به صرفه ترین پایان است، با استفاده از جوش (Sn-Cu بدون سرب یا Sn-Pb سنتی) که از طریق غوطه ور شدن اعمال می شود، سپس با هوا گرم برابر می شود.

a.ENIG مزایا:
مسطحیت: برای BGA های 0.4mm pitch یا QFNs HASL سطح نابرابر (به دلیل منیسک جوش) خطر پل زدن را 40٪ در طرح های باریک افزایش می دهد.
مدت زمان نگهداری: لایه طلا ENIG به طور نامحدود در برابر اکسیداسیون مقاومت می کند، در حالی که جوش HASL بیش از 12 ماه طول می کشد و قابلیت جوش را کاهش می دهد.
عملکرد در دمای بالا: ENIG در برابر چرخه های بازپرداخت 300 ° C + (به مثابه الکترونیک زیر محفظه خودرو) مقاومت می کند ، در حالی که HASL در معرض خطر حلقه سازی بالاتر از 260 ° C است.

b.HASL مزایا:
هزینه: 50٪ تا 60٪ ارزان تر از ENIG، که آن را برای الکترونیک مصرفی حجم بالا (به عنوان مثال تلویزیون ها، روترها) با اجزای بزرگ (≥ 0.8mm pitch) ایده آل می کند.
ماندگاری: لایه جوشنده ضخیم تر (5 ′′ 25μm) در برابر خراش بهتر از طلا نازک ENIG مقاومت می کند ، که برای دستکاری دستی در مونتاژ کم هزینه مفید است.

c.بهترین برای:
دستگاه های پزشکی، سنسورهای هوافضا، ایستگاه های پایه ی 5G.
HASL: دستگاه های ارزان قیمت، چراغ های LED با پد های بزرگ.

2. ENIG در مقابل تزریق قلع
لاستیک غوطه ور شدن لایه نازکی از لاستیک خالص را از طریق واکنش شیمیایی قرار می دهد و یک پایان صاف و بدون سرب را ارائه می دهد.

a.ENIG مزایا:
مقاومت نسبت به موشک قلع: ENIG خطر موشک قلع رسانا (فیلامنت های کوچک که باعث کوتاه شدن می شوند) را ندارد، نگرانی با غوطه ور شدن قلع در محیط های مرطوب (≥60٪ RH).
مقاومت در برابر خوردگی: ENIG بیش از 1000 ساعت از اسپری نمک (ASTM B117) در مقابل 300 ساعت برای غوطه ور شدن لاستیک حیاتی برای استفاده دریایی یا صنعتی زنده می ماند.
قابلیت اطمینان جفت جوش: لایه نیکل ENIG® پیوندهای بین فلزی قوی تر را با جوش تشکیل می دهد و خرابی جفت در دستگاه های مستعد لرزش (به عنوان مثال ، هواپیماهای بدون سرنشین) را کاهش می دهد.

ب.مزیت های عمود غوطه ور:
هزینه: 30٪ تا 40٪ ارزان تر از ENIG، با سطح مشابه مناسب برای کنترل کننده های صنعتی متوسط (0.5mm pitch).
انطباق بدون سرب: لاستیک خالص با استانداردهای سختگیر RoHS بدون نیکل مطابقت دارد و به بازارهای دارای محدودیت های نیکل (به عنوان مثال برخی از دستگاه های پزشکی) جذاب است.

c.بهترین برای:
ENIG: دستگاه های پزشکی قابل کاشت، PCB های هوافضا
قوطی غوطه ور: ADAS خودرو، درایو موتور صنعتی.

3. ENIG در مقابل OSP (محافظ آلی سولدر)
OSP یک فیلم ارگانیک نازک (تولیدات بنزوترازول) است که از مس در برابر اکسیداسیون محافظت می کند و در هنگام جوشیدن حل می شود تا مس تازه را نشان دهد.

a.ENIG مزایا:
مدت زمان نگهداری: ENIG >1 سال در ذخیره سازی طول می کشد، در حالی که OSP در مدت 3-6 ماه تجزیه می شود. برای پروژه هایی که زمان تحویل طولانی دارند (به عنوان مثال، سخت افزار نظامی)
تحمل کار مجدد: 5+ چرخه بازپرداخت را در مقابل OSP 1 ٪ 2 زنده می دارد، که ترمیم خرابی های زمینه را آسان تر می کند.
مقاومت در برابر محیط زیست: OSP در رطوبت یا مواد شیمیایی حل می شود، در حالی که ENIG در برابر روغن ها، مواد تمیز کننده و رطوبت مقاوم است.

b.OSP مزایا:
هزینه: 50٪ تا 60٪ ارزان تر از ENIG، با حداقل تأثیر بر یکپارچگی سیگنال، ایده آل برای PCB های با سرعت بالا (5G، پیوندهای داده 100Gbps) که لایه های فلزی باعث از دست دادن سیگنال می شوند.
سطح فوق صاف: تحمل ± 1μm برای اجزای 0.4mm pitch مناسب است، بدون لایه فلزی برای پیچیده کردن کنترل مقاومت.

c.بهترین برای:
ENIG: دستگاه های با عمر طولانی و محیط خشن (سینسورهای نفتی، ماهواره ها).
OSP: الکترونیک مصرفی کوتاه مدت (اسمارتفون ها، پوشیدنی ها) ، PCB های فرکانس بالا.

4. ENIG در مقابل Immersion Silver
نقره غوطه ور شدن یک لایه نقره نازک را از طریق واکنش شیمیایی قرار می دهد و تعادل هزینه و عملکرد را ارائه می دهد.

a.ENIG مزایا:
مقاومت در برابر آلودگی: نقره در رطوبت بالا (> 60٪ RH) یا محیط های غنی از گوگرد (به عنوان مثال، کارخانه های صنعتی) ، مقاومت در برابر آلودگی را کاهش می دهد.
قدرت اتصال جوش: پیوند نیکل - جوش ENIG ٪ 30 قوی تر از جوش نقره است ، که برای کاربردهای ارتعاش بالا (به عنوان مثال ، فضاهای موتور خودرو) بسیار مهم است.
ثبات: نقره غوطه ور می تواند از مهاجرت نقره (ترقی دندریت) در PCB های ولتاژ بالا رنج ببرد و خطر کوتاه شدن را ایجاد کند. ENIG از این مشکل جلوگیری می کند.

ب.ميزات نقره غوطه ور:
سرعت: پردازش سریع تر از ENIG (5 ٪ 10 دقیقه در مقابل 30 ٪ 45 دقیقه) ، کاهش زمان تحویل برای پروژه های حساس به زمان.
هزینه: 30٪ تا 40٪ ارزان تر از ENIG، با رسانایی بهتر از قلع یا OSP مناسب برای تجهیزات مخابراتی (روترها، ایستگاه های پایه).

c.بهترین برای:
ENIG: سیستم های با قابلیت اطمینان بالا و ولتاژ بالا (اینورترهای EV، هوافضا).
نقره غوطه ور: مخابرات، PCB های نظامی با قرار گرفتن در معرض رطوبت متوسط.

چالش های رایج با ENIG (و چگونگی کاهش آنها)
در حالی که ENIG ارائه عملکرد برتر، آن را با چالش های منحصر به فرد است که نیاز به تولید دقیق:
1نقص پد سیاه
پود سیاه زمانی رخ می دهد که نیکل در طول رسوب طلا خوردگی می کند و یک لایه شکننده و غیر قابل جوش در رابط نیکل-طلای ایجاد می کند.

a. بیش از حد حک کردن نیکل در هنگام غوطه ور شدن طلا.
b. حمام های تزئین شده با طلا.

کاهش خطر:

a.از تولیدکنندگان گواهی شده با انطباق IPC-4552 (استانداردهای پوشش های نیکل-طلای) استفاده کنید.
ب.بررسی قطعات متقاطع پد های ENIG برای تأیید یکپارچگی نیکل (بدون سیاه شدن).

2. هزینه
قیمت بالاتر ENIG (۱٫۸-۲٫۵X HASL) می تواند برای محصولات کم سود ممنوع باشد.

کاهش خطر:

a. استفاده انتخابی از ENIG: فقط در بسترهای بحرانی (به عنوان مثال BGA) و HASL در مناطق غیر بحرانی (پین های سوراخ).
ب.برای تولید حجم بالا، با تولید کنندگان در مورد قیمت گذاری عمده مذاکره کنید.

3کنترل ضخامت طلا
طلا بیش از حد (> 0.2μm) باعث شکنندگی جوش (جفت های ضعیف) می شود ، در حالی که طلا ناکافی (< 0.05μm) نیکل را در معرض قرار می دهد.

کاهش خطر:

a. برای اکثر کاربردهای مورد استفاده، ضخامت طلا 0.05 ‰ 0.1μm مشخص شود.
b.از فلورسنت اشعه ایکس (XRF) برای تأیید ضخامت در طول QC استفاده کنید.

چگونه رنگ مناسب را انتخاب کنیم
انتخاب یک پایان سطح بستگی به 5 عامل کلیدی دارد:
1. اجزای Pitch
a.≤0.4mm pitch: ENIG، OSP، یا قلع غوطه ور (پایان های مسطح).
b.≥0.8mm pitch: HASL (هزینه موثر) یا نقره غوطه ور.

2زمان نگهداری
a.1 سال: ENIG (مثالی) یا قلع غوطه ور.
b.3-6 ماه: OSP یا نقره غوطه ور.

3قرار گرفتن در معرض محیط زیست
a.رطوبت بالا/ نمک: ENIG (1000+ ساعت اسپری نمک).
ب.رطوبت کم: قلع غوطه ور، نقره یا HASL.
ج.کبريت/مواد شیمیایی: ENIG (مقاوم خوردگی).

4حساسیت به هزینه
a.مرکز بر بودجه: HASL یا OSP.
b. متوسط: قلع غوطه ور یا نقره.
c.باوری بالا: ENIG (بر اساس نرخ شکست پایین تر).

5استانداردهای صنعت
a. پزشکی (ISO 13485): ENIG (توافق زیستی، عمر طولانی).
b.آتو (IATF 16949): ENIG یا قلع غوطه ور (مقاومت لرزش).
ج. هوافضا (AS9100): ENIG (کارایی در دمای شدید).

نمونه های کاربردی واقعی
1دستگاه های قابل کاشت پزشکی
نياز: سازگاري بيولوژيك، عمر 5 سال و بيشتر، مقاومت در برابر خوردگي.
پایان: ENIG (نیکل طلا بی اثر است؛ در برابر مایعات بدن مقاومت می کند).
نتيجه: 99.9 درصد امنيت در دستگاه هاي قلب ساز و محرک هاي اعصاب.

2. ایستگاه های پایه 5G
نیاز: سازگاری BGA 0.4mm، یکپارچگی سیگنال فرکانس بالا.
پایان: ENIG (سطح مسطح باعث به حداقل رساندن از دست دادن سیگنال می شود؛ طلا در برابر خوردگی بیرونی مقاومت می کند).
نتیجه: 30 درصد کمتر از HASL در آزمایشات میدانی.

3تلفن های هوشمند مصرف کننده
نیاز: هزینه پایین، قطعات 0.4 میلی متر، عمر کوتاه (6 ماه).
پایان: OSP (ارزان ترین پایان مسطح؛ کافی برای طول عمر دستگاه).
نتیجه: ۵۰ درصد هزینه ی پایین تر نسبت به ENIG با قابلیت اطمینان قابل قبول.

4سیستم های مدیریت باتری خودرو
نیاز: مقاومت ارتعاش بالا، دمای کار 125 درجه سانتیگراد، 0.5 میلی متر.
پایان: ENIG (مفاصل جوش قوی؛ نیکل در برابر دمای بالا مقاومت می کند).
نتیجه: کاهش 70 درصدی شکست های میدان در مقایسه با نقره غوطه ور.

سوالات عمومی
س: آیا ENIG با جوش بدون سرب سازگار است؟
A: بله. ENIG با جوش های بدون سرب Sn-Ag-Cu (SAC) کار می کند و پیوندهای بین فلزی قوی (Cu6Sn5 و Ni3Sn4) را تشکیل می دهد که نیازهای RoHS را برآورده می کند.

س: آیا می توان از ENIG در PCB های انعطاف پذیر استفاده کرد؟
A: بله. ENIG به خوبی به مس رول شده (استفاده می شود در PCB انعطاف پذیر) ، با نیکل فراهم می کند انعطاف پذیری برای مقاومت در خم شدن (10,000+ چرخه).

س: ENIG چگونه بر سیگنال های فرکانس بالا تاثیر می گذارد؟
A: لایه نازک طلا ENIG (0.05 ‰ 0.2μm) حداقل تأثیر بر مقاومت دارد و آن را برای PCB های 5G (28GHz +) و رادار (60GHz +) مناسب می کند.

سوال: حداقل اندازه ی پد برای ENIG چیست؟
A: ENIG به طور قابل اطمینان پوشه های کوچک به اندازه 0.2mm × 0.2mm را پوشش می دهد، که آن را برای 01005 غیر فعال و BGA های میکرو ایده آل می کند.

س: آیا ENIG نسبت به سایر فرآوری ها سازگارتر با محیط زیست است؟
A: ENIG از طلا کمتر از طلا استفاده می کند، تاثیرات زیست محیطی را کاهش می دهد.

نتیجه گیری
ENIG به عنوان یک پایان سطح برتر برای PCB های با قابلیت اطمینان بالا و با عملکرد بالا برجسته می شود ، که قابلیت جوش و مقاومت در برابر خوردگی و سازگاری با پیچ نازک را ارائه می دهد.در حالی که جایگزین هایی مثل HASL، قلع غوطه ور، OSP، و نقره غوطه ور در موارد استفاده خاص برجسته هستندو صنایع خودرو.

با هماهنگی انتخاب پایان با نیازهای برنامه کاربردی، ارتفاع قطعات، عمر شیلف، محیط زیست و بودجه، مهندسان می توانند عملکرد و هزینه را به طور موثر متعادل کنند.برای پروژه هایی که شکست گزینه ای نیست، هزینه های اولیه بالاتر ENIG در مقایسه با صرفه جویی های طولانی مدت از کاهش خرابی های زمینه و مطالبات تضمین، کم می شود.