Procédé PCB : ENIG (or par immersion au nickel autocatalytique)

La conception d'un circuit imprimé repose principalement sur le choix du type de finition de surface. C'est l'une des étapes les plus importantes, car elle peut influencer la réussite ou l'échec de votre projet. Elle influence les performances, la qualité et la longévité du produit final, et il est important de bien la choisir.

Vous vous demandez peut-être quelle finition de surface utiliser dans un tel cas. Alors, pas d'inquiétude, nous sommes là pour vous aider.

Parmi les meilleurs choix du secteur, l'ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) s'impose comme une solution de premier ordre. Pourquoi ? Parce qu'il offre la planéité recherchée par vos projets ! C'est pourquoi, dans notre usine de fabrication de circuits imprimés, nous utilisons les meilleurs procédés ENIG pour garantir une conductivité et une résistance à la corrosion supérieures, ainsi qu'une surface plane idéale pour la soudure.

Et bien, comme le « GOLD » reste dans son nom, découvrons pourquoi la finition ENIG se démarque dans l'industrie.

Qu'est-ce que ENIG ?

Comme indiqué précédemment, le placage ENIG est une finition de surface largement utilisée dans la fabrication de circuits imprimés. Il est généralement composé de deux couches :

1. Couche de nickel : elle fournit une barrière et un support structurel

2. Couche d'or par immersion : elle protège le nickel de l'érosion et offre une excellente soudabilité.

Vous vous demandez sans doute comment la finition ENIG est appliquée sur un circuit imprimé. Le processus commence par le dépôt autocatalytique de nickel sur les pistes de cuivre, formant ainsi une base robuste et résistante à la corrosion pour vos projets. Ensuite, la couche d'or par immersion est déposée chimiquement sur le nickel, garantissant ainsi un revêtement uniforme et précis à votre conception.

De plus, ENIG PCB offre des performances supérieures en termes de fiabilité des joints de soudure et une longue durée de vie, ce qui est devenu notre finition de prédilection pour les PCB avancés.

Composants de l'ENIG

La finition ENIG se compose principalement de deux couches principales, chacune ayant un impact important sur les performances et la fiabilité globales de votre conception. Voyons cela plus en détail.

1. Couche de nickel chimique :

La première couche fréquemment rencontrée est la couche de nickel chimique. Elle agit comme une barrière entre les pastilles de cuivre et la finition dorée et contribue également à la structure principale de la soudure. Son épaisseur varie généralement de 3 à 6 microns. Elle offre les avantages suivants à votre circuit imprimé.

● Excellente protection contre l’oxydation et la corrosion.

● Il offre une base fiable pour les joints de soudure, améliorant la résistance mécanique.

● Il aide à résister à l’usure physique, ce qui est essentiel pour les connecteurs et autres zones de contact élevé.

2. Couche d'or par immersion :

Il s'agit d'une fine couche d'or déposée chimiquement sur le nickel pour le protéger de l'oxydation et garantir une excellente soudabilité de votre circuit imprimé. Comparée à la couche de nickel chimique, elle est beaucoup plus fine, comprise entre 0.10 et 0.50 micron.

Cette couche offre une mouillabilité exceptionnelle, facilitant le soudage des composants, même pour les conceptions à pas fin ! De plus, elle empêche le nickel de ternir, un élément crucial pour des performances à long terme.

Si vous vous demandez si l'or est fin, pourquoi est-il considéré comme un métal de référence ? Comme chacun sait, l'or est un métal très conducteur. Malgré sa finesse, la couche d'or offre une excellente conductivité, ce qui la rend idéale pour les points de contact critiques comme les connecteurs et les pastilles.

Ces deux couches fonctionnent côte à côte, offrant à votre circuit imprimé une surface lisse et plane pour une soudure précise. De plus, nous utilisons un placage nickel-or sur tous nos circuits imprimés pour des applications de haute technologie.

épaisseur ENIG

Dans le procédé ENIG, un contrôle précis de l'épaisseur des couches de nickel et d'or est essentiel pour garantir des performances, une fiabilité et une fabricabilité optimales des circuits imprimés. Examinons donc l'épaisseur de chaque composant.

1. Épaisseur de la couche de nickel :

La couche de nickel mesure généralement entre 3 et 6 microns, soit 120 à 240 micropouces. Mais que se passe-t-il si votre couche de nickel est inférieure à 3 microns ? Cela peut entraîner une insuffisance des propriétés barrières, provoquant la formation d'intermétaux entre le cuivre et la soudure, compromettant ainsi la résistance du joint.

De même, une couche de nickel d’une épaisseur supérieure à 6 microns peut entraîner une fragilité accrue des joints de soudure, en particulier dans les composants à pas fin, où la flexibilité est cruciale.

2. Épaisseur de la couche d'or par immersion

La couche d'or est comparativement plus fine que celle de nickel, avec une épaisseur comprise entre 0.5 et 0.10 micron (2 à 4 micropouces). Cette couche assure une bonne conductivité électrique, mais une épaisseur inférieure à 0.5 micron peut entraîner la corrosion du nickel sous-jacent. Elle entraîne également une mauvaise soudabilité et une réduction de la durée de vie du circuit imprimé.

Notre procédé de fabrication garantit un dépôt extrêmement précis des couches de nickel et d'or. Grâce à des systèmes de contrôle chimique avancés et à un suivi régulier de l'épaisseur, nous obtenons systématiquement des profils d'épaisseur optimaux, garantissant des circuits imprimés performants et fiables pour diverses applications.

Processus ENIG

Le procédé ENIG est un traitement de surface largement utilisé dans le domaine des circuits imprimés. Il offre une excellente soudabilité et une forte résistance à la corrosion. Le placage ENIG comprend généralement les six étapes suivantes. Voici une description complète du procédé ENIG.

1. Prétraitement

La première étape avant l'application de la finition de surface consiste à effectuer un prétraitement. Notre équipe nettoie d'abord le circuit imprimé des contaminants, oxydes et résidus chimiques. Cette étape est essentielle car elle garantit une bonne adhérence du placage nickel-or. Nous appliquons ensuite une solution microtechnologique pour rendre légèrement rugueuse la surface du cuivre, améliorant ainsi considérablement ses propriétés d'adhérence. Ensuite, la surface du cuivre est activée par une solution catalytique, ce qui la rend chimiquement réceptive au dépôt de nickel.

2. Dépôt de nickel

Dans l'étape suivante, le PCB est immergé dans un bain de nickelage contenant :  

1. Nickel

2. Sels

3. Hypophosphite de sodium (l'agent réducteur)

4. Stabilisateurs

Les plaques de nickel contiennent généralement 7 à 10 % de phosphore, ce qui améliore leur résistance à la corrosion et leur durabilité, notamment lors des cycles de refusion multiples. À ce stade, nous vous recommandons d'appliquer uniformément le dépôt de nickel, car il constitue la base du processus de brasage et de la résistance mécanique du produit final.

3. Dépôt d'or

Une fois la couche de nickel déposée, le circuit imprimé ENIG est immergé dans une solution d'or où se produit une réaction de déplacement chimique. L'avantage de cette étape est que l'or déplace les atomes de nickel supérieurs sans nécessiter d'électricité. Petit conseil : il est essentiel de contrôler l'épaisseur de l'or, car elle est essentielle pour éviter des problèmes tels que la fragilisation de l'or, qui pourrait fragiliser les soudures si l'épaisseur dépasse la norme recommandée (0.5 à 0.10 micron).

4. Rinçage et séchage

Une fois le dépôt de nickel et d'or terminé, il est temps de passer aux étapes suivantes. Tout d'abord, rincez le circuit imprimé à l'eau déionisée, car elle élimine efficacement les résidus chimiques des étapes précédentes.

Notre équipe sèche ensuite soigneusement les cartes à l'aide de séchoirs à air ou à chaleur, si nécessaire, afin de garantir l'absence d'humidité dans le PCB ENIG final. Un rinçage et un séchage minutieux préviennent toute contamination chimique et garantissent une finition intacte et exempte de défauts.

5. Inspection et tests

Après le rinçage et le séchage, il est temps de procéder aux dernières inspections et tests pour vérifier que le produit est prêt à être utilisé. Pour vérifier l'épaisseur des couches de nickel et d'or, vous devez utiliser la fluorescence X (XRF) et d'autres méthodes de contrôle non destructif afin de garantir que votre conception finale est conforme aux spécifications.

De plus, vous devez inspecter les pastilles de test et vous assurer qu'aucun composant n'est oublié. Ensuite, comme vous pourriez le penser, la surface est vérifiée pour détecter d'éventuels défauts visibles tels que décoloration, piqûres ou placage irrégulier. À ce stade, nous vous conseillons de faire de votre mieux et de ne pas vous précipiter, car des tests réguliers garantissent le bon déroulement du processus ENIG.

6. Contrôle qualité final

Enfin, les derniers contrôles qualité sont effectués. Parfois, des tests fonctionnels supplémentaires sont nécessaires pour simuler des utilisations réelles et vérifier que la finition ENIG fonctionne correctement dans diverses conditions. De plus, nous vous recommandons de rédiger un rapport qualité final documentant les mesures, les résultats d'inspection et les tests effectués. Ainsi, vos clients sauront dans quelles conditions le circuit imprimé fonctionnera parfaitement et s'il répond aux normes de l'industrie.

Avantages de l'ENIG

Étant la référence absolue en matière de finitions de surface, ENIG offre des avantages illimités. Certains de ses principaux atouts sont présentés ci-dessous.

1. Soudabilité exceptionnelle

Le placage ENIG offre une surface parfaitement plane et lisse pour la conception de circuits imprimés, garantissant une soudure uniforme sur tous les plots et composants. Cet aspect est essentiel pour les composants à pas fin et les petites pièces difficiles à atteindre par d'autres finitions. Son atout majeur réside dans sa fiabilité des soudures, réduisant ainsi le risque de soudures froides ou de mauvaises connexions, un facteur critique pour les applications hautes performances et haute fiabilité.

2. Résistance supérieure à la corrosion

Il offre une résistance à la corrosion en deux étapes. Tout d'abord, la couche d'or protège le nickel sous-jacent de l'oxydation et du ternissement. Ensuite, la couche de nickel, associée à la couche de finition en or, offre une excellente résistance à la dégradation environnementale, ce qui rend ENIG idéal pour des applications concrètes, notamment automobiles et industrielles.

3. Compatibilité avec la soudure sans plomb

ENIG est compatible avec les procédés de soudure sans plomb, ce qui en fait un choix idéal pour les circuits imprimés devant respecter les réglementations environnementales telles que la directive RoHS (Restriction of Hazardous Substances). La couche d'or résiste aux températures élevées de la refusion de la soudure sans plomb sans se dégrader. De plus, la finition ENIG peut supporter plusieurs cycles de refusion, un atout majeur pour les cartes soumises à divers procédés de soudure lors de l'assemblage.

4. Aucun problème de migration d'argent

Contrairement aux finitions à base d'argent, ENIG ne présente aucun problème de migration d'argent, qui peut se loger dans les soudures et engendrer des problèmes de fiabilité. Cela fait d'ENIG un choix plus stable pour les applications à haute fiabilité.

Les lacunes de l'ENIG

Bien que l'ENIG (or par immersion au nickel chimique) soit reconnu pour ses nombreux avantages, il présente quelques inconvénients qui peuvent compromettre son adéquation à certaines applications. Voici ses principales limites :

● L’utilisation de l’or rend l’ENIG cher.

● Si la couche d’or est trop épaisse, cela peut entraîner une fragilisation de l’or.

● Pour les applications nécessitant une gestion de puissance élevée, ENIG n'est pas toujours le choix par rapport à d'autres finitions comme ENEPIG ou HASL.

Candidatures ENIG

Grâce à ses propriétés uniques, le PCB ENIG offre une finition de surface polyvalente utilisée dans diverses applications exigeantes et performantes. Pour vous simplifier la tâche, nous avons élaboré un tableau pour les applications ENIG.

Comparaison de l'ENIG avec d'autres finitions

Lors de la comparaison de l'ENIG avec d'autres finitions de surface pour circuits imprimés, il est essentiel de prendre en compte les caractéristiques, les avantages et les limites spécifiques de chacune. Voici une comparaison détaillée de l'ENIG avec l'ENEPIG (nickel autocatalytique, palladium autocatalytique, or par immersion) et de l'ENIG avec le HASL (nivellement de soudure à air chaud).

ENIG contre ENEPIG

Prenons une table pour celle-ci aussi.

ENIG contre HASL

La comparaison entre ENIG et HASL met en évidence les différences de performances, de précision et d'application. ENIG offre une finition de surface plus lisse et plus plate, essentielle pour les composants haute densité et à pas fin que l'on trouve couramment dans l'électronique de pointe.

La planéité de l'ENIG garantit des projets élégants et une soudure précise. Et le risque de pontage ? Il est quasiment inexistant. De plus, il offre une excellente résistance à la corrosion grâce à sa couche d'or protectrice, qui protège le nickel sous-jacent de l'oxydation. Cela garantit une fiabilité et une soudabilité à long terme, notamment pour les projets haute performance tels que ceux utilisés dans les télécommunications et l'aérospatiale.

En comparaison, la technique HASL est plus économique. Cependant, elle peut parfois laisser des surfaces irrégulières, ce qui peut poser des problèmes d'assemblage, notamment pour les composants à pas fin. De plus, la technique HASL utilise de la soudure fondue pour l'assemblage, ce qui peut entraîner des pertes de soudure excessives, augmentant ainsi le risque de défauts tels que le pontage de la soudure.

Bien que HASL soit un processus plus simple et moins cher, il manque de précision, de planéité et de durabilité qu'ENIG offre, ce qui fait d'ENIG l'option préférée pour les PCB haute fiabilité et hautes performances.

Conclusion

ENIG est l'une des meilleures finitions de surface du secteur. Non seulement elle offre précision et fiabilité, mais elle est également moins chère que ses concurrentes. Grâce à son procédé de fabrication, sa planéité inégalée, sa bonne soudabilité, etc., ENIG est un choix incontournable pour les concepteurs de circuits imprimés. De plus, comparée à ses concurrents comme HASL et ENEPIG, ENIG reste au top grâce à sa qualité et sa durabilité à long terme. Alors, quelle finition de surface préférez-vous ? ENIG ou HASL ?