Fabricación de PCB ENIG: Proceso, control de calidad y estándares de la industria

Imágenes antropizadas por el cliente

El oro de inmersión de níquel sin electro (ENIG) se ha convertido en el estándar de oro para los acabados de superficie de PCB en electrónica de alta confiabilidad, desde dispositivos médicos hasta sistemas aeroespaciales.Su combinación única de resistencia a la corrosión, la solderabilidad y la compatibilidad con componentes de tono fino lo hacen indispensable para los PCB modernos.El rendimiento del ENIG depende enteramente del estricto cumplimiento de los procesos de fabricación y de las normas de calidad. Incluso pequeñas desviaciones pueden conducir a fallos catastróficos como defectos de "black pad" o juntas de soldadura débiles.y estándares globales que garanticen, resultados confiables.

¿Qué es ENIG y por qué es importante?
El ENIG es un acabado superficial de dos capas aplicado a las almohadillas de cobre de PCB:
1.Una capa de níquel (de un grosor de 37 μm) que actúa como barrera contra la difusión de cobre y proporciona una base para juntas de soldadura fuertes.
2.Una capa de oro (0,05 0,2 μm de espesor) que protege el níquel de la oxidación, garantizando la soldadura a largo plazo.

A diferencia de los acabados electroplacados, ENIG utiliza reacciones químicas (no electricidad) para la deposición, lo que permite una cobertura uniforme incluso en geometrías complejas como microvias y BGA de tono fino.Esto lo hace ideal para¿ Qué pasa?
1.PCB de alta frecuencia (5G, radar) donde la integridad de la señal es crítica.
2.Dispositivos médicos que requieren biocompatibilidad y resistencia a la corrosión.
3Electrónica aeroespacial expuesta a temperaturas y vibraciones extremas.

El proceso de fabricación de ENIG: paso a paso
La aplicación de ENIG es un proceso químico de precisión con seis etapas críticas, cada una de las cuales debe controlarse estrictamente para evitar defectos.

1Tratamiento previo: limpieza de la superficie de cobre.
Antes de aplicar ENIG, las almohadillas de cobre de los PCB deben estar perfectamente limpias. Los contaminantes como aceites, óxidos o residuos de flujo impiden la adherencia adecuada del níquel y el oro, lo que conduce a la delaminación.
a.Desengrasado: el PCB se sumerge en un limpiador alcalino para eliminar los aceites y los residuos orgánicos.
b.Etirado con ácido: Un ácido suave (por ejemplo, ácido sulfúrico) elimina los óxidos y crea una superficie micro rugosa para una mejor adhesión del níquel.
c. Microetching: una solución de persulfato de sodio o peróxido de hidrógeno grava la superficie de cobre hasta una rugosidad uniforme (Ra 0,2 ∼ 0,4 μm), asegurando que los enlaces de la capa de níquel sean seguros.
Parámetros críticos:
a.Tiempo de limpieza: 2 ̊5 minutos (la duración excesiva provoca un exceso de grabado; la duración corta deja contaminantes).
b.Profundidad de grabado: 1 ‰ 2 μm (elimina los óxidos sin dejar rastros críticos de adelgazamiento).

2- Deposición de níquel sin electro.
El PCB limpiado se sumerge en un baño de níquel sin electro, donde una reacción química deposita una aleación de níquel-fósforo en la superficie de cobre.
Química de la reacción: los iones de níquel (Ni2+) en el baño se reducen a níquel metálico (Ni0) mediante un agente reductor (generalmente hipofosfito de sodio).Se incorpora fósforo (5­12% en peso) en la capa de níquel, mejorando la resistencia a la corrosión.
Controles del proceso:
a.Temperatura: 85°C a 95°C (las variaciones > ± 2°C provocan una deposición desigual).
b.pH: 4,5 5,5 (demasiado bajo ralentiza la deposición; demasiado alto provoca la precipitación de hidróxido de níquel).
c. Agitación del baño: garantiza una distribución uniforme del níquel en el PCB.
Resultado: una capa densa de níquel cristalino (37 μm de espesor) que bloquea la difusión del cobre y proporciona una superficie soldable.

3Después del lavado con níquel.
Después de la deposición de níquel, el PCB se enjuaga a fondo para eliminar los residuos químicos del baño, que podrían contaminar el baño de oro posterior.
a.Enjuague en varias etapas: por lo general, 3 o 4 baños de agua, con el enjuague final utilizando agua desionizada (DI) (18 MΩ-cm de pureza) para evitar depósitos minerales.
b.Secado: el secado por aire caliente (40-60°C) evita manchas de agua que puedan estropear la superficie.

4- Deposición de oro de inmersión.
El PCB se sumerge en un baño de oro, donde los iones de oro (Au3+) desplazan los átomos de níquel en una reacción química (desplazamiento galvánico), formando una fina capa de oro.
Dinámica de reacción: Los iones de oro son más nobles que el níquel, por lo que los átomos de níquel (Ni0) se oxidan a Ni2+, liberando electrones que reducen Au3+ a oro metálico (Au0). Esto forma un 0.05 ‰ 0.2 μm de capa de oro unida al níquel- ¿ Por qué?
Controles del proceso:
a.Temperatura: 70°C a 80°C (las temperaturas más altas aceleran la deposición pero corren el riesgo de que el espesor sea desigual).
b.pH: 5,0 6,0 (optimiza la velocidad de reacción).
c.Concentración de oro: 1 5 g/l (concentración demasiado baja causa oro delgado y irregular; material de desecho demasiado alto).
Función clave: La capa de oro protege el níquel de la oxidación durante el almacenamiento y el manejo, garantizando la solderabilidad durante más de 12 meses.

5Después del tratamiento de oro.
Después de la deposición de oro, el PCB se somete a la limpieza y secado final para prepararse para la prueba y el ensamblaje.
a.Enjuague final: enjuague con agua DI para eliminar los residuos del baño de oro.
b.Secado: secado a baja temperatura (30-50°C) para evitar el estrés térmico en el acabado.
c. Pasivación opcional: Algunos fabricantes aplican un delgado revestimiento orgánico para mejorar la resistencia del oro a los aceites de los dedos o a los contaminantes ambientales.

6- Curado (opcional)
Para las aplicaciones que requieren una dureza máxima, el acabado ENIG puede someterse a un curado térmico:
a.Temperatura: 120-150 °C durante 30-60 minutos.
b.Propósito: mejora la cristalinidad del níquel-fósforo, mejorando la resistencia al desgaste de los conectores de ciclo alto.

Pruebas críticas de control de calidad para ENIG
El rendimiento del ENIG depende de un estricto control de calidad.
1. Medida del grosor
Método:Espectroscopia de fluorescencia de rayos X (XRF), que mide de manera no destructiva el espesor del níquel y el oro a través de más de 10 puntos por PCB.
Criterios de aceptación:
Niquel: 3 ‰ 7 μm (por IPC-4552 clase 3).
Oro: 0,05 ‰ 0,2 μm (por IPC-4554).
Por qué es importante: El níquel delgado (< 3 μm) no bloquea la difusión del cobre; el oro grueso (> 0,2 μm) aumenta los costes sin beneficio alguno y puede causar fragilidad en las juntas de soldadura.

2Pruebas de soldadura
Método: IPC-TM-650 2.4.10 Saldurabilidad de los recubrimientos metálicos. Los PCB se exponen a la humedad (85°C/85% RH durante 168 horas) y luego se soldan para hacer cupones de prueba.
Criterios de aceptación: ≥95% de las juntas de soldadura deben presentar una humedad completa (sin humedad o sin humedad).
Modo de fallo: La mala solderabilidad indica defectos en la capa de oro (por ejemplo, porosidad) o oxidación del níquel.

3Resistencia a la corrosión
Método: ensayo con sal B117 (solución de 5% de NaCl, 35°C, 96 horas) o IPC-TM-650 2.6.14 ensayo de humedad (85°C/85% RH durante 1.000 horas).
Criterios de aceptación: No hay corrosión visible, oxidación o decoloración en las almohadillas o rastros.
Significado: Critico para la electrónica exterior (5G estaciones base) o aplicaciones marinas.

4Pruebas de adhesión
Método: IPC-TM-650 2.4.8 Resistencia a la descamación de los recubrimientos metálicos. Se aplica una cinta adhesiva al acabado y se descasca a 90°.
Criterios de aceptación: No hay delaminación ni eliminación de revestimiento.
Indicación de falla: La mala adhesión sugiere un tratamiento previo inadecuado (contaminantes) o una deposición de níquel inadecuada.

5Detección de Black Pad.
El Black Pad es el defecto más temido del ENIG: una capa frágil y porosa entre el oro y el níquel causada por una deposición inadecuada de níquel-fósforo.
Métodos:
a.Inspección visual: con aumento de tamaño (40x), el panel negro aparece como una capa oscura y agrietada.
b. Microscopía electrónica de escaneo (SEM): revela la porosidad y la interfaz desigual entre el níquel y el oro.
c. Pruebas de corte de las articulaciones de soldadura: la almohadilla negra hace que la resistencia al corte disminuya en un 50% + en comparación con el buen ENIG.
Prevención:Control estricto del pH y la temperatura del baño de níquel y análisis regulares del baño para evitar el exceso de fósforo (> 12%).

Normas mundiales para la ENIG
La fabricación de ENIG está regulada por varias normas clave para garantizar la coherencia:

Defectos comunes del ENIG y cómo evitarlos
Incluso con controles estrictos, el ENIG puede desarrollar defectos.

ENIG vs. otros acabados: cuándo elegir ENIG
ENIG no es la única opción, pero supera a las alternativas en áreas clave:

El ENIG es la elección clara para aplicaciones de alta fiabilidad, alta frecuencia o tono fino donde el rendimiento a largo plazo es crítico.

Preguntas frecuentes
P: ¿Es el ENIG adecuado para la soldadura sin plomo?
R: Sí. La capa de níquel de ENIG® forma intermetales fuertes con soldadoras libres de plomo (por ejemplo, SAC305), por lo que es ideal para dispositivos compatibles con RoHS.

P: ¿Por cuánto tiempo se puede vender ENIG?
R: Los PCB ENIG correctamente almacenados (en envases sellados) mantienen la solderabilidad durante 12 a 24 meses, mucho más que OSP (3 a 6 meses) o HASL (6 a 9 meses).

P: ¿Se puede utilizar ENIG en PCB flexibles?
R: Absolutamente. ENIG se adhiere bien a los sustratos de poliimida y resiste la flexión sin agrietarse, por lo que es adecuado para dispositivos flexibles portátiles y médicos.

P: ¿Cuál es el coste de ENIG en comparación con HASL?
R: El ENIG cuesta un 30­50% más que el HASL, pero reduce los costes a largo plazo al minimizar las fallas en aplicaciones de alta fiabilidad.

Conclusión
ENIG es un acabado de superficie sofisticado que exige precisión en todas las etapas de la fabricación, desde el pretratamiento hasta la deposición de oro.IPC-4554) y validado mediante pruebas rigurosas, ofrece una resistencia a la corrosión sin igual, solderabilidad y compatibilidad con los diseños modernos de PCB.
Para los fabricantes e ingenieros, comprender los procesos y los requisitos de calidad de ENIG es esencial para aprovechar sus beneficios.Al asociarse con proveedores que dan prioridad a controles estrictos y trazabilidad, puede asegurarse de que sus PCBs cumplan con las demandas de la medicina, aeroespacial, 5G y otras aplicaciones críticas.
ENIG no es sólo un acabado, es un compromiso con la fiabilidad.
El rendimiento del ENIG depende del dominio de sus procesos químicos y de la aplicación de un estricto control de calidad.