ENIG PCB Üretimi: Süreç, kalite kontrolü ve endüstri standartları

Müşteri onaylı görüntü

Elektroless Nikel Daldırma Altın (ENIG), tıbbi cihazlardan havacılık sistemlerine kadar yüksek güvenilirlikli elektronikte PCB yüzey kaplamaları için altın standart haline gelmiştir. Korozyon direnci, lehimlenebilirlik ve ince aralıklı bileşenlerle uyumluluğunun benzersiz kombinasyonu, onu modern PCB'ler için vazgeçilmez kılar. Ancak, ENIG'in performansı tamamen üretim süreçlerine ve kalite standartlarına sıkı sıkıya bağlı kalmaya bağlıdır. Küçük sapmalar bile, “siyah ped” kusurları veya zayıf lehim bağlantıları gibi felaketlere yol açabilir. Bu kılavuz, ENIG üretim sürecini, kritik kalite kontrol önlemlerini ve tutarlı, güvenilir sonuçlar sağlayan küresel standartları incelemektedir.​

ENIG Nedir ve Neden Önemlidir?​
ENIG, PCB bakır pedlerine uygulanan iki katmanlı bir yüzey kaplamasıdır:​
   1.Bakır difüzyonuna karşı bir bariyer görevi gören ve güçlü lehim bağlantıları için bir temel sağlayan bir nikel katmanı (3–7μm kalınlığında).​
   2.Nikeli oksidasyondan koruyan, uzun süreli lehimlenebilirlik sağlayan bir altın katmanı (0,05–0,2μm kalınlığında).​

Elektrokaplama kaplamalarından farklı olarak, ENIG, mikrovia ve ince aralıklı BGA'lar gibi karmaşık geometrilerde bile düzgün bir kaplama sağlayan birikim için kimyasal reaksiyonlar (elektrik değil) kullanır. Bu, onu aşağıdakiler için ideal hale getirir:​
  1.Sinyal bütünlüğünün kritik olduğu yüksek frekanslı PCB'ler (5G, radar).​
  2.Biyouyumluluk ve korozyon direnci gerektiren tıbbi cihazlar.​
  3.Aşırı sıcaklıklara ve titreşime maruz kalan havacılık elektroniği.​

ENIG Üretim Süreci: Adım Adım​
ENIG uygulaması, altı kritik aşamadan oluşan hassas bir kimyasal işlemdir. Kusurları önlemek için her adım sıkı bir şekilde kontrol edilmelidir.​

1. Ön İşlem: Bakır Yüzeyin Temizlenmesi​
ENIG uygulamadan önce, PCB'nin bakır pedleri mükemmel bir şekilde temizlenmelidir. Yağlar, oksitler veya flux kalıntıları gibi kirleticiler, nikel ve altının düzgün bir şekilde yapışmasını engelleyerek delaminasyona yol açar.​
   a.Yağ Alma: PCB, yağları ve organik kalıntıları gidermek için alkali bir temizleyiciye daldırılır.​
   b.Asitle Aşındırma: Hafif bir asit (örneğin, sülfürik asit), oksitleri giderir ve daha iyi nikel yapışması için mikro pürüzlü bir yüzey oluşturur.​
   c.Mikro Aşındırma: Bir sodyum persülfat veya hidrojen peroksit çözeltisi, bakır yüzeyi düzgün bir pürüzlülüğe (Ra 0,2–0,4μm) aşındırarak nikel katmanının güvenli bir şekilde bağlanmasını sağlar.​
Kritik Parametreler:​
  a.Temizleme süresi: 2–5 dakika (çok uzun süre aşırı aşındırmaya neden olur; çok kısa süre kirleticileri bırakır).​
  b.Aşındırma derinliği: 1–2μm (kritik izleri inceltmeden oksitleri giderir).​

2. Elektroless Nikel Birikimi​
Temizlenmiş PCB, kimyasal bir reaksiyonun nikel-fosfor alaşımını bakır yüzeye biriktirdiği elektroless nikel banyosuna daldırılır.​
Reaksiyon Kimyası: Banyodaki nikel iyonları (Ni²⁺), bir indirgeyici madde (genellikle sodyum hipofosfit) tarafından metalik nikele (Ni⁰) indirgenir. Fosfor (%5–12 ağırlıkça), korozyon direncini artıran nikel katmanına dahil edilir.​
Proses Kontrolleri:​
   a.Sıcaklık: 85–95°C (değişimler >±2°C düzensiz birikime neden olur).​
   b.pH: 4,5–5,5 (çok düşük birikimi yavaşlatır; çok yüksek nikel hidroksit çökelmesine neden olur).​
   c.Banyo çalkalama: PCB üzerinde düzgün nikel dağılımı sağlar.​
Sonuç: Bakır difüzyonunu engelleyen ve lehimlenebilir bir yüzey sağlayan yoğun, kristal nikel katmanı (3–7μm kalınlığında).​

3. Nikel Sonrası Durulama​
Nikel birikiminden sonra, PCB, sonraki altın banyosunu kirletebilecek kalıntı banyo kimyasallarını gidermek için iyice durulanır.​
  a.Çok Aşamalı Durulama: Tipik olarak 3–4 su banyosu, son durulama için mineral birikintilerini önlemek için deiyonize (DI) su (18 MΩ-cm saflıkta) kullanılır.​
  b.Kurutma: Sıcak hava ile kurutma (40–60°C), yüzeyi bozabilecek su lekelerini önler.​

4. Daldırma Altın Birikimi​
PCB, altın iyonlarının (Au³⁺) kimyasal bir reaksiyonda (galvanik yer değiştirme) nikel atomlarını yer değiştirdiği, ince bir altın katmanı oluşturan bir altın banyosuna daldırılır.​
Reaksiyon Dinamikleri: Altın iyonları nikelden daha soyludur, bu nedenle nikel atomları (Ni⁰) Ni²⁺'ye oksitlenir ve Au³⁺'yi metalik altına (Au⁰) indirgeyen elektronlar salar. Bu, nikele bağlı 0,05–0,2μm'lik bir altın katmanı oluşturur.​
Proses Kontrolleri:​
   a.Sıcaklık: 70–80°C (daha yüksek sıcaklıklar birikimi hızlandırır ancak düzensiz kalınlık riski taşır).​
   b.pH: 5,0–6,0 (reaksiyon hızını optimize eder).​
   c.Altın konsantrasyonu: 1–5 g/L (çok düşük ince, yamalı altınlara neden olur; çok yüksek malzeme israfına neden olur).​
Temel İşlev: Altın katmanı, depolama ve taşıma sırasında nikeli oksidasyondan koruyarak 12+ aya kadar lehimlenebilirlik sağlar.​

5. Altın Sonrası İşlem​
Altın birikiminden sonra, PCB test ve montaja hazırlanmak için son temizleme ve kurutmadan geçer.​
  a.Son Durulama: Altın banyosu kalıntılarını gidermek için DI su ile durulama.​
  b.Kurutma: Kaplama üzerindeki termal stresi önlemek için düşük sıcaklıkta kurutma (30–50°C).​
  c.İsteğe Bağlı Pasivasyon: Bazı üreticiler, altının parmak yağlarına veya çevresel kirleticilere karşı direncini artırmak için ince bir organik kaplama uygular.​

6. Kürleme (İsteğe Bağlı)​
Maksimum sertlik gerektiren uygulamalar için, ENIG kaplaması termal bir kürlemeye tabi tutulabilir:​
  a.Sıcaklık: 30–60 dakika boyunca 120–150°C.​
  b.Amaç: Yüksek döngülü konektörler için aşınma direncini artırarak nikel-fosfor kristalliğini iyileştirir.​

ENIG için Kritik Kalite Kontrol Testleri​
ENIG'in performansı sıkı kalite kontrolüne bağlıdır. Üreticiler, her partiyi doğrulamak için bu testleri kullanır:​
1. Kalınlık Ölçümü​
Yöntem: PCB başına 10+ noktada nikel ve altın kalınlığını tahribatsız olarak ölçen X-ışını floresan (XRF) spektroskopisi.​
Kabul Kriterleri:​
  Nikel: 3–7μm (IPC-4552 Sınıf 3'e göre).​
  Altın: 0,05–0,2μm (IPC-4554'e göre).​
Neden Önemli: İnce nikel (0,2μm) fayda sağlamadan maliyeti artırır ve kırılgan lehim bağlantılarına neden olabilir.​

2. Lehimlenebilirlik Testi​
Yöntem: IPC-TM-650 2.4.10 “Metalik Kaplamaların Lehimlenebilirliği.” PCB'ler neme (85°C/85% RH, 168 saat) maruz bırakılır, ardından test kuponlarına lehimlenir.​
Kabul Kriterleri: Lehim bağlantılarının ≥%95'i tam ıslanma göstermelidir (ıslanmama veya ıslanmama olmamalıdır).​
Arıza Modu: Zayıf lehimlenebilirlik, altın katman kusurlarını (örneğin, gözeneklilik) veya nikel oksidasyonunu gösterir.​

3. Korozyon Direnci​
Yöntem: ASTM B117 tuz püskürtme testi (%5 NaCl çözeltisi, 35°C, 96 saat) veya IPC-TM-650 2.6.14 nem testi (85°C/85% RH, 1.000 saat).​
Kabul Kriterleri: Pedlerde veya izlerde görünür korozyon, oksidasyon veya renk değişikliği yok.​
Önemi: Dış mekan elektroniği (5G baz istasyonları) veya deniz uygulamaları için kritik öneme sahiptir.​

4. Yapışma Testi​
Yöntem: IPC-TM-650 2.4.8 “Metalik Kaplamaların Soyulma Mukavemeti.” Kaplamaya bir şerit yapışkan bant uygulanır ve 90° açıyla geri soyulur.​
Kabul Kriterleri: Delaminasyon veya kaplama sökülmesi yok.​
Arıza Göstergesi: Zayıf yapışma, yetersiz ön işlem (kirleticiler) veya uygunsuz nikel birikimi olduğunu gösterir.​

5. Siyah Ped Tespiti​
“Siyah ped”, ENIG'in en korkulan kusurudur: uygunsuz nikel-fosfor birikiminden kaynaklanan altın ve nikel arasında kırılgan, gözenekli bir katman.​
Yöntemler:​
   a.Görsel İnceleme: Büyütme altında (40x), siyah ped koyu, çatlak bir katman olarak görünür.​
   b.Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM): Gözenekliliği ve düzensiz nikel-altın arayüzünü ortaya çıkarır.​
   c.Lehim Bağlantısı Kesme Testi: Siyah ped, kesme mukavemetinin iyi ENIG'e kıyasla %50+'den fazla düşmesine neden olur.​
Önleme: Nikel banyosu pH'sının ve sıcaklığının sıkı kontrolü ve aşırı fosfor (>%12) önlemek için düzenli banyo analizi.​

ENIG'i Yöneten Küresel Standartlar​
ENIG üretimi, tutarlılığı sağlamak için çeşitli temel standartlarla düzenlenir:​

Yaygın ENIG Kusurları ve Bunlardan Nasıl Kaçınılır​
Sıkı kontrollere rağmen, ENIG kusurlar geliştirebilir. İşte bunları nasıl önleyeceğiniz:​

ENIG ve Diğer Kaplamalar: ENIG Ne Zaman Seçilir?​
ENIG tek seçenek değil, ancak temel alanlarda alternatiflerden daha iyi performans gösteriyor:​

ENIG, uzun süreli performansın kritik olduğu yüksek güvenilirlikli, yüksek frekanslı veya ince aralıklı uygulamalar için açık bir seçimdir.​

SSS​
S: ENIG kurşunsuz lehimleme için uygun mudur?​
C: Evet. ENIG'in nikel katmanı, kurşunsuz lehimlerle (örneğin, SAC305) güçlü ara metaller oluşturarak RoHS uyumlu cihazlar için ideal hale getirir.​

S: ENIG ne kadar süre lehimlenebilir kalır?​
C: Düzgün bir şekilde saklanan ENIG PCB'leri (kapalı ambalajlarda), OSP (3–6 ay) veya HASL'den (6–9 ay) çok daha uzun süre, 12–24 ay boyunca lehimlenebilirliği korur.​

S: ENIG esnek PCB'lerde kullanılabilir mi?​
C: Kesinlikle. ENIG, poliimid alt tabakalara iyi yapışır ve çatlamadan bükülmeye dayanır, bu da onu giyilebilir ve tıbbi esnek cihazlar için uygun hale getirir.​

S: ENIG'in maliyeti HASL'ye göre ne kadardır?​
C: ENIG, HASL'den %30–50 daha pahalıdır, ancak yüksek güvenilirlikli uygulamalarda arızaları en aza indirerek uzun vadeli maliyetleri azaltır.

Sonuç​
ENIG, ön işlemden altın birikimine kadar üretimin her aşamasında hassasiyet gerektiren sofistike bir yüzey kaplamasıdır. Küresel standartlara (IPC-4552, IPC-4554) göre uygulandığında ve titiz testlerle doğrulandığında, eşsiz korozyon direnci, lehimlenebilirlik ve modern PCB tasarımlarıyla uyumluluk sağlar.​
Üreticiler ve mühendisler için, ENIG'in sürecini ve kalite gereksinimlerini anlamak, faydalarından yararlanmak için gereklidir. Sıkı kontrolleri ve izlenebilirliği önceliklendiren tedarikçilerle ortaklık kurarak, PCB'lerinizin tıbbi, havacılık, 5G ve diğer kritik uygulamaların taleplerini karşılamasını sağlayabilirsiniz.​
ENIG sadece bir kaplama değil, güvenilirliğe bir bağlılıktır.​
Temel Çıkarım: ENIG'in performansı, kimyasal süreçlerinde ustalaşmaya ve sıkı kalite kontrolü uygulamaya bağlıdır. Doğru yapıldığında, yüksek güvenilirlikli elektronik için en iyi yüzey kaplamasıdır.​