PCB-Prozess: ENIG – Chemisch Nickel Immersion Gold

Das Design der Leiterplatte hängt maßgeblich von der gewählten Oberflächenbeschaffenheit ab. Dies ist einer der wichtigsten Schritte, da es über Erfolg oder Misserfolg Ihres Projekts entscheiden kann. Es beeinflusst die Leistung, Qualität und Langlebigkeit des Endprodukts, daher sollten Sie die Oberflächenbeschaffenheit sorgfältig auswählen.

Nun fragen Sie sich vielleicht, welche Oberflächenveredelung ich in einem solchen Fall verwenden sollte. Keine Sorge, wir helfen Ihnen gerne weiter.

ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) zählt zu den Top-Lösungen der Branche und ist eine der besten Lösungen. Warum? Weil es die gewünschte Ebenheit für Ihre Projekte bietet! Deshalb setzen wir in unserer Leiterplattenfertigung die besten ENIG-Verfahren ein, um höchste Leitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und eine ebene, lötfreundliche Oberfläche zu gewährleisten.

Da das „GOLD“ weiterhin im Namen enthalten ist, wollen wir herausfinden, warum das ENIG-Finish in der Branche so beliebt ist.

Was ist ENIG?

Wie bereits erwähnt, ist die ENIG-Beschichtung eine weit verbreitete Oberflächenveredelung in der Leiterplattenherstellung. Sie besteht meist aus zwei Schichten:

1. Nickelschicht: Sie bietet eine Barriere und strukturelle Unterstützung

2. Immersionsgoldschicht: Sie schützt das Nickel vor Erosion und bietet hervorragende Lötbarkeit.

Sie fragen sich bestimmt, wie die ENIG-Beschichtung auf die Leiterplatte aufgebracht wird. Der Prozess beginnt mit der stromlosen Abscheidung von Nickel auf den Kupferleiterbahnen, die eine robuste und korrosionsbeständige Basis für Ihre Projekte bildet. Im nächsten Schritt wird die Chemisch-Gold-Schicht chemisch auf das Nickel aufgebracht, um Ihrem Design eine gleichmäßige und präzise Beschichtung zu verleihen.

Darüber hinaus bietet ENIG PCB eine überragende Leistung hinsichtlich der Zuverlässigkeit der Lötverbindungen und eine lange Haltbarkeit, weshalb es sich zu unserer bevorzugten Ausführung für fortschrittliche PCBs entwickelt hat.

Komponenten von ENIG

Die ENIG-Beschichtung besteht meist aus zwei Hauptschichten, die jeweils einen großen Einfluss auf die Gesamtleistung und Zuverlässigkeit Ihres Designs haben. Lassen Sie uns einen umfassenderen Überblick darüber erhalten.

1. Chemisch abgeschiedene Nickelschicht:

Die erste Schicht, die Sie üblicherweise sehen, ist die chemisch abgeschiedene Nickelschicht. Sie dient als Barriere zwischen den Kupferpads und der Goldoberfläche und dient auch als Hauptstruktur für Ihre Lötarbeiten. Die Schichtdicke liegt üblicherweise zwischen 3 und 6 Mikrometern. Sie bietet Ihrer Leiterplatte folgende Vorteile.

● Hervorragender Schutz gegen Oxidation und Korrosion.

● Es bietet eine zuverlässige Basis für Lötverbindungen und verbessert die mechanische Festigkeit.

● Es trägt dazu bei, physischem Verschleiß zu widerstehen, was für Steckverbinder und andere Bereiche mit hohem Kontaktvolumen von entscheidender Bedeutung ist.

2. Immersionsgoldschicht:

Es handelt sich um eine dünne Goldschicht, die chemisch auf dem Nickel abgeschieden wird, um es zusätzlich vor Oxidation zu schützen und die hervorragende Lötbarkeit Ihrer Leiterplatte zu gewährleisten. Im Vergleich zur chemisch abgeschiedenen Nickelschicht ist sie deutlich dünner und liegt zwischen 0.10 und 0.50 Mikrometern.

Diese Schicht bietet eine außergewöhnliche Benetzbarkeit, sodass Sie die Komponenten problemlos löten können. Auch Ihre Fine-Pitch-Designs! Außerdem verhindert sie das Anlaufen des Nickels, was für die langfristige Leistung entscheidend ist.

Wenn Sie sich fragen, warum es dünn ist, warum ist es dann Goldstandard? Wie wir alle wissen, ist „Gold“ selbst ein gut leitendes Metall. Trotz ihrer geringen Dicke bietet die Goldschicht eine hervorragende Leitfähigkeit und eignet sich daher ideal für kritische Kontaktpunkte wie Steckverbinder und Pads.

Beide Schichten arbeiten nebeneinander und verleihen Ihrer Leiterplatte eine glatte und ebene Oberfläche für präzises Löten. Zusätzlich verwenden wir bei allen unseren Leiterplatten eine Nickel-Gold-Beschichtung, um Hightech-Anwendungen zu ermöglichen.

ENIG-Dicke

Im ENIG-Prozess ist die präzise Kontrolle der Dicke der Nickel- und Goldschichten entscheidend für optimale Leistung, Zuverlässigkeit und Herstellbarkeit von Leiterplatten. Werfen wir einen Blick auf die Dicke der einzelnen Komponenten.

1. Dicke der Nickelschicht:

Die Nickelschichtdicke beträgt typischerweise 3 bis 6 Mikrometer bzw. 120 bis 240 Mikrozoll. Was aber, wenn Ihre Nickelschicht weniger als 3 Mikrometer beträgt? Dies kann zu unzureichenden Barriereeigenschaften und zur Bildung intermetallischer Verbindungen zwischen Kupfer und Lot führen, was die Festigkeit der Verbindung beeinträchtigt.

Ebenso kann eine Nickelschicht, die dicker als 6 Mikrometer ist, zu einer erhöhten Sprödigkeit der Lötstellen führen, insbesondere bei Fine-Pitch-Komponenten, bei denen Flexibilität entscheidend ist.

2. Schichtdicke des Immersionsgoldes

Die Goldschicht ist vergleichsweise dünner als die Nickelschicht und liegt zwischen 0.5 und 0.10 Mikrometern bzw. 2 bis 4 Mikrozoll. Diese Schicht gewährleistet eine gute elektrische Leitfähigkeit. Liegt die Goldschichtdicke jedoch unter 0.5, kann dies zu Korrosion des darunterliegenden Nickels führen. Dies führt außerdem zu schlechter Lötbarkeit und verkürzter Haltbarkeit der Leiterplatte.

Unser Herstellungsprozess gewährleistet die hochpräzise Abscheidung von Nickel- und Goldschichten. Durch den Einsatz moderner chemischer Kontrollsysteme und regelmäßiger Schichtdickenüberwachung erzielen wir stets optimale Schichtdickenprofile und gewährleisten so leistungsstarke und zuverlässige Leiterplatten für vielfältige Anwendungen.

ENIG-Prozess

Das ENIG-Verfahren ist eine weit verbreitete Oberflächenveredelung in der Leiterplattenindustrie. Es bietet sowohl hervorragende Lötbarkeit als auch hohe Korrosionsbeständigkeit. Die ENIG-Beschichtung umfasst üblicherweise die folgenden sechs Schritte. Hier finden Sie eine vollständige Übersicht des ENIG-Prozesses.

1. Vorbehandlung

Der erste Schritt vor dem Auftragen der Oberflächenveredelung ist die Vorbehandlung. Unser Team reinigt die Leiterplatte zunächst von Verunreinigungen, Oxiden und chemischen Rückständen. Dieser Schritt ist entscheidend, da er die Haftung der Nickel-Gold-Beschichtung gewährleistet. Anschließend tragen wir eine Mikrotechnologielösung auf, um die Kupferoberfläche leicht aufzurauen und so die Haftungseigenschaften deutlich zu verbessern. Anschließend wird die Kupferoberfläche mit einer katalytischen Lösung aktiviert, wodurch das Kupfer chemisch empfänglich für die Nickelabscheidung wird.

2. Nickelabscheidung

Im nächsten Schritt wird die Leiterplatte in ein Nickelbad getaucht, das Folgendes enthält:  

1. Nickel

2. Salze

3. Natriumhypophosphit (das Reduktionsmittel)

4. Stabilisatoren

Typischerweise finden Sie Nickelplatten mit 7–10 % Phosphor, was die Korrosionsbeständigkeit erhöht und die Haltbarkeit, insbesondere bei Mehrfach-Reflow-Zyklen, verbessert. In dieser Phase empfehlen wir Ihnen, die Nickelschicht gleichmäßig aufzutragen, da sie die Grundlage sowohl für den Lötprozess als auch für die mechanische Festigkeit des Endprodukts bildet.

3. Goldabscheidung

Nach dem Auftragen der Nickelschicht wird die ENIG-Leiterplatte in eine Goldlösung getaucht, in der eine chemische Verdrängungsreaktion stattfindet. Das Beste an diesem Schritt ist, dass Gold die oberen Nickelatome verdrängt, ohne dass Strom benötigt wird. Ein kurzer Tipp: Kontrollieren Sie die Golddicke, um Probleme wie Goldversprödung zu vermeiden. Diese könnte die Lötstellen schwächen, wenn die Dicke den empfohlenen Standardwert (0.5–0.10 Mikrometer) überschreitet.

4. Spülen und Trocknen

Nach der Nickel- und Goldabscheidung können Sie mit den nächsten Schritten fortfahren. Spülen Sie die Leiterplatte zunächst mit deionisiertem Wasser ab, da dies die chemischen Rückstände der vorherigen Schritte effektiv entfernt.

Anschließend trocknet unser Team die Platinen sorgfältig mit Luft- oder Wärmetrocknern, um sicherzustellen, dass die ENIG-Leiterplatte keine Feuchtigkeit enthält. Gründliches Spülen und Trocknen verhindert chemische Verunreinigungen und stellt sicher, dass die Oberfläche intakt und frei von Defekten bleibt.

5. Inspektion und Prüfung

Nach dem Spülen und Trocknen sind abschließende Kontrollen und Tests erforderlich, um die Einsatzbereitschaft des Produkts zu prüfen. Um die Dicke der Nickel- und Goldschichten zu überprüfen, müssen Sie Röntgenfluoreszenz (RFA) und andere zerstörungsfreie Prüfverfahren einsetzen, um sicherzustellen, dass Ihr endgültiges Design den Standardspezifikationen entspricht.

Darüber hinaus müssen Sie die Testpads überprüfen und sicherstellen, dass keine einzige Komponente zurückbleibt. Anschließend wird die Oberfläche auf sichtbare Mängel wie Verfärbungen, Lochfraß oder ungleichmäßige Beschichtung geprüft. An dieser Stelle empfehlen wir Ihnen, Ihr Bestes zu geben und sich Zeit zu lassen, da regelmäßige Tests die erfolgreiche Durchführung des ENIG-Prozesses gewährleisten.

6. Abschließende Qualitätskontrolle

Abschließend werden die abschließenden Qualitätskontrollen durchgeführt. Manchmal werden zusätzliche Funktionstests durchgeführt, um reale Anwendungen zu simulieren und die Leistung der ENIG-Beschichtung unter verschiedenen Bedingungen zu überprüfen. Zusätzlich empfehlen wir Ihnen, einen abschließenden Qualitätsbericht zu erstellen, der die Messungen, Prüfergebnisse und alle durchgeführten Tests dokumentiert. So wissen Ihre Kunden, unter welchen Bedingungen die Leiterplatte einwandfrei funktioniert und ob sie den Industriestandards entspricht.

Vorteile von ENIG

Da ENIG der Goldstandard in der Oberflächenveredelung ist, bietet es unzählige Vorteile. Einige seiner wichtigsten Vorteile werden im Folgenden erläutert.

1. Außergewöhnliche Lötbarkeit

Die ENIG-Beschichtung bietet eine äußerst ebene und glatte Oberfläche für das PCB-Design und gewährleistet so eine gleichmäßige Lötung aller Pads und Komponenten. Dies ist besonders wichtig für Fine-Pitch-Komponenten und kleinere Teile, die mit anderen Oberflächen nur schwer erreichbar sind. Ein großer Vorteil ist die Zuverlässigkeit der Lötstellen. Dadurch wird das Risiko kalter Lötstellen oder schlechter Verbindungen reduziert, was für Hochleistungs- und Zuverlässigkeitsanwendungen entscheidend sein kann.

2. Überlegene Korrosionsbeständigkeit

Es bietet zweistufigen Korrosionsschutz. Zunächst schützt die Goldschicht das darunterliegende Nickel vor Oxidation und Anlaufen. In Kombination mit der Golddeckschicht bietet die Nickelschicht zudem eine hervorragende Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse. Dadurch eignet sich ENIG ideal für Anwendungen in der Praxis, darunter Automobil- und Industrieanwendungen.

3. Kompatibilität mit bleifreiem Löten

ENIG ist mit bleifreien Lötverfahren kompatibel und eignet sich daher für Leiterplatten, die Umweltvorschriften wie RoHS (Restriction of Hazardous Substances) erfüllen müssen. Die Goldschicht hält den hohen Temperaturen des bleifreien Reflow-Lötens stand, ohne an Qualität einzubüßen. Darüber hinaus übersteht die ENIG-Beschichtung mehrere Reflow-Zyklen, was für Leiterplatten wichtig ist, die während der Montage verschiedene Lötprozesse durchlaufen.

4. Keine Probleme mit der Silbermigration

Im Gegensatz zu silberbasierten Beschichtungen gibt es bei ENIG keine Silbermigrationsprobleme, bei denen Silber in Lötstellen eindringen und Zuverlässigkeitsprobleme verursachen kann. Dies macht ENIG zu einer stabileren Wahl für Anwendungen mit hoher Zuverlässigkeit.

Mängel von ENIG

Obwohl ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) aufgrund seiner zahlreichen Vorteile hoch geschätzt wird, weist es einige Nachteile auf, die seine Eignung für bestimmte Anwendungen beeinträchtigen können. Hier sind die wichtigsten Einschränkungen:

● Die Verwendung von Gold macht ENIG teuer.

● Wenn die Goldschicht zu dick ist, kann es zu einer Versprödung des Goldes kommen.

● Für Anwendungen, die eine hohe Leistungsbelastbarkeit erfordern, ist ENIG im Vergleich zu anderen Oberflächen wie ENEPIG oder HASL möglicherweise nicht immer die beste Wahl.

ENIG-Anwendungen

Aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften ist ENIG PCB eine vielseitige Oberflächenbeschichtung für verschiedene Hochleistungs- und anspruchsvolle Anwendungen. Um Ihnen die Arbeit zu erleichtern, haben wir eine Tabelle für ENIG-Anwendungen erstellt.

Vergleich von ENIG mit anderen Oberflächen

Beim Vergleich von ENIG mit anderen Leiterplattenoberflächen ist es wichtig, die jeweiligen spezifischen Eigenschaften, Vorteile und Einschränkungen zu berücksichtigen. Hier finden Sie einen detaillierten Vergleich von ENIG mit ENEPIG (Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold) und ENIG mit HASL (Hot Air Solder Leveling).

ENIG gegen ENEPIG

Lassen Sie uns auch hierfür einen Tisch haben.

ENIG gegen HASL

Beim Vergleich von ENIG mit HASL werden die Unterschiede in Leistung, Präzision und Anwendung deutlich. ENIG bietet eine glattere, flachere Oberflächenbeschaffenheit, die für hochdichte und feinteilige Komponenten, wie sie in der modernen Elektronik häufig vorkommen, von entscheidender Bedeutung ist.

Die Flachheit von ENIG sorgt für glatte Projekte und präzises Löten. Und das Risiko von Lötbrücken? Es ist nahezu null. Darüber hinaus bietet ENIG dank der schützenden Goldschicht, die das darunterliegende Nickel vor Oxidation schützt, eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit. Dies gewährleistet langfristige Zuverlässigkeit und Lötbarkeit, insbesondere bei Hochleistungsprojekten wie in der Telekommunikation und Luft- und Raumfahrt.

HASL ist vergleichsweise kostengünstiger. Es kann jedoch zu unebenen Oberflächen kommen, was insbesondere bei Fine-Pitch-Bauteilen zu Montageproblemen führen kann. Zudem wird bei HASL geschmolzenes Lot für die Montage verwendet, wodurch überschüssiges Lot austreten kann, was das Risiko von Defekten wie Lötbrücken erhöht.

Obwohl HASL ein einfacheres und kostengünstigeres Verfahren ist, fehlt ihm die Präzision, Ebenheit und Haltbarkeit, die ENIG bietet. Daher ist ENIG die bevorzugte Option für hochzuverlässige und leistungsstarke Leiterplatten.

Fazit

ENIG bietet eine der besten Oberflächenveredelungen der Branche. Es bietet nicht nur Präzision und Zuverlässigkeit, sondern ist im Vergleich zu seinen Konkurrenten auch günstiger. Aufgrund seines Verarbeitungsprozesses, seiner unvergleichlichen Ebenheit, seiner guten Lötbarkeit und vielem mehr ist ENIG die erste Wahl für Designer in der Leiterplattenindustrie. Auch im Vergleich zu Konkurrenten wie HASL und ENEPIG bleibt ENIG aufgrund seiner Qualität und Langlebigkeit weiterhin führend. Welche Oberflächenveredelung ist also die beste? ENIG oder HASL?