يرمز ENIG إلى الذهب المغمور بالنيكل عديم النيكل الكهربائي. ويسميه الناس أيضاً بالذهب المغمور بالنيكل الكيميائي. وهو عبارة عن تشطيب سطحي يستخدم على لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs). غالبًا ما يختصرها الناس إلى ENIG أو يطلقون عليها اسم لوحة الذهب الكيميائي. اليوم العديد من ثنائي الفينيل متعدد الكلور تستخدم اللوحات الموجودة داخل الهواتف المحمولة ENIG. بعض BGA تستخدم لوحات الناقل أيضًا ENIG.
بالمقارنة مع الذهب والنيكل المطلي بالكهرباء، لا تحتاج ENIG إلى كهرباء على اللوح أثناء خطوات الطلاء. كما أنها لا تحتاج إلى سلك يتم سحبه إلى كل لوح لطلاء النيكل والذهب. ولأن العملية أبسط، يمكن للمنتجين صنع العديد من الألواح بسرعة. والنتيجة هي إنتاج أعلى وتكلفة أقل.
تدفق إنتاج ENIG
فيما يلي تسلسلان شائعان للإنتاج. الأول هو تدفق ENIG العادي. والثاني هو تدفق الذهب السميك للمنصات التي تحتاج إلى المزيد من الذهب.
تدفق ENIG النموذجي:
التنظيف الأفقي المسبق الأفقي ← تحميل الألواح ← إزالة الشحوم (إزالة الزيت) ← الشطف بالماء (x2) ← الشطف بالماء (x2) ← الطلاء الدقيق ← الشطف بالماء (x2) ← التنظيف الحمضي ← الشطف بالماء النقي (x2) ← التنظيف المسبق للغطس ← التنشيط ← الشطف بالماء النقي (x3) ← الترسبات الكيميائية للنيكل (ني/ب) ← الشطف بالماء النقي (x2) ← غمر الذهب ← الاسترداد ← الشطف بالماء النقي (x2) ← التفريغ ← غسل اللوح ← فحص اللوح
تدفّق الذهب السميك:
التنظيف الأفقي المسبق الأفقي ← تحميل الألواح ← إزالة الشحوم ← الشطف بالماء (x2) ← الشطف بالماء (x2) ← التنظيف الحمضي ← الشطف بالماء النقي (x2) ← الشطف بالماء النقي (x2) ← الشطف قبل الغمس ← التنشيط ← الشطف بالماء النقي (x3) ← الترسيب الكيميائي للنيكل (ني/ب) ← الشطف بالماء النقي (x2) ← الشطف بالماء النقي (x2) ← الغمس المسبق للذهب ← ترسيب الذهب السميك ← الاسترداد ← الشطف بالماء النقي (x2) ← التفريغ ← غسيل الألواح ← فحص الألواح
توضيحات الخطوات الرئيسية - بسيطة
المعالجة المسبقة: الهدف هو تنظيف النحاس بالفرشاة أو السفع الرملي لإزالة الأكسيد. يؤدي ذلك أيضًا إلى تخشين سطح النحاس. تساعد الخشونة على التصاق النيكل والذهب بشكل أفضل فيما بعد.
الحفر الدقيق: استخدم بيرسولفات الصوديوم أو حمض الكبريتيك لإزالة الأكسيد الموجود على النحاس. يقلل الحفر الدقيق أيضاً من الخدوش العميقة الناتجة عن التنظيف بالفرشاة. يمكن أن تساعد علامات الفرشاة العميقة في غمر الذهب بالذهب في وقت لاحق.
التنشيط: لا يمكن للنحاس أن يبدأ ترسيب النيكل الكيميائي من تلقاء نفسه. لذلك نضع أولاً طبقة رقيقة من البلاديوم (Pd) على النحاس. يعمل البلاديوم كمحفز لترسيب النيكل. تستخدم الكيمياء حقيقة أن النحاس أكثر نشاطًا من البلاديوم. تختزل أيونات البلاديوم إلى معدن البلاديوم وتلتصق بسطح النحاس.
نيكل كيميائي (Ni/P): وهو عبارة عن رواسب النيكل والفوسفور. وتتمثل وظيفته الرئيسية في وقف الهجرة والانتشار بين النحاس والذهب. كما أنها تتفاعل مع اللحام أثناء اللحام لتكوين مركبات بين الفلزات (IMC). وبعبارة أخرى، تمنع طبقة النيكل النحاس من الانتقال إلى اللحام وتساعد على ترابط اللحام.
ذهب الغمر: يحمي الذهب النيكل من الأكسدة. لا يتفاعل الذهب في كيمياء اللحام. يمكن أن يقلل الكثير من الذهب من قوة وصلة اللحام. لذلك تحتاج طبقة الذهب فقط إلى تغطية النيكل بشكل جيد بما يكفي لمنع الأكسدة. إذا كنت تقوم بربط الأسلاك على اللوحة (COB)، فأنت بحاجة إلى طبقة ذهبية أكثر سمكًا. بالنسبة لمعظم الوسادات السطحية، تكون الطبقة الرقيقة حوالي 0.05 ميكرومتر (2 ميكرومتر) أو أرق شائعة. يسهل التحكم في هذه الطبقة الرقيقة وتقلل التكلفة مقارنةً بالذهب والنيكل المطلي بالكهرباء.
لماذا ذهب ENIG ضعيف والمخاطر
ولأن ذهب ENIG رقيق للغاية، فإنه يحمي النيكل من الهواء والتآكل فقط. إذا لم يكن الذهب غير كافٍ، سيتلامس النيكل مع الهواء ويتآكل. أو يمكن أن يتآكل الذهب أكثر من اللازم بواسطة حمام الذهب الحمضي. يمكن أن تتسبب كلتا الحالتين في حدوث “نيكل أسود” أو “وسادة سوداء”. قد تظل الطبقة الذهبية تبدو لامعة بالعين. لذا فإن الفحص البصري غير موثوق به. من المهم جداً التحقق من جودة ثنائي الفينيل متعدد الكلور ENIG قبل التجميع.
النيكل الأسود - كيف يتكون ولماذا هو سيء
تعتمد جودة طبقة النيكل على صيغة حمام النيكل والتحكم في درجة الحرارة أثناء الترسيب الكيميائي. وتؤثر خطوة غمر الذهب أيضاً على النتيجة. تستخدم عملية النيكل الكيميائي للنيكل هيبو فوسفيت (هيبو فوسفيت الصوديوم) وأملاح النيكل في تفاعل ذاتي التحفيز. يتضمن الترسيب بعض الفوسفور (P). تشير الدراسات إلى أن محتوى الفوسفور الطبيعي في رواسب النيكل يجب أن يكون حوالي 7% إلى 10%. إذا لم يتم حفظ الحمام جيدًا أو فشل التحكم في درجة الحرارة، فإن محتوى الفسفور سيقع خارج هذا النطاق.
إذا كان الفوسفور منخفضًا جدًا، يصبح من السهل تآكل طبقة النيكل. يبدأ هذا التآكل غالبًا من حمام الذهب الحمضي الذي يهاجم النيكل. إذا كان الفوسفور مرتفعًا جدًا، تصبح الرواسب صلبة. وهذا يقلل من قابلية اللحام. كما أنه يضر بتكوين وصلات لحام موثوقة.
إذا كانت رواسب النيكل تحتوي على فوسفور منخفض ولم يتم التعامل مع خطوة غمر الذهب بشكل جيد، فقد تتشقق طبقة الذهب كثيرًا. أثناء التنظيف في وقت لاحق، قد يكون من الصعب إزالة حمام الذهب الحمضي. سوف يتآكل النيكل المكشوف بشكل أسرع في الهواء. وهذا يؤدي إلى نيكل أسود، يسمى أيضًا الوسادة السوداء. تتسبب الوسادة السوداء في سوء وصلات اللحام.
عندما يتشكل النيكل الأسود، قد تظل الطبقة الذهبية على سطح اللوح تبدو لامعة وذهبية. لذا قد يعتقد الناس أن اللوحة جيدة. أثناء اللحام بدرجة حرارة عالية، تذوب الطبقة الذهبية بسرعة في عجينة اللحام. لا يمكن للنيكل المتآكل أن يتفاعل مع اللحام المنصهر لصنع مركب بين المعادن (IMC). وهذا يقلل من موثوقية وصلة اللحام. ثم تتشقق الوصلات بسهولة تحت قوى خارجية صغيرة.
طبقة غنية بالفوسفور - التكوين والضرر
في ENIG، المعدن الذي يتحالف مع اللحام هو النيكل. المركب بين الفلزات النموذجي (IMC) هو Ni3Sn4. لا ينضم الفوسفور في النيكل إلى المركب المعدني. ولكن الفوسفور موجود في رواسب النيكل وينتشر بالتساوي. عندما يتفاعل النيكل ويكوِّن مركبًا فوسفوريًا فوسفوريًا متبقيًا. ويتركز عند حافة مركب النيكل المختلط ويشكل طبقة غنية بالفوسفور.
إذا كانت الطبقة الغنية بالفوسفور سميكة للغاية، تكون قوتها منخفضة. عندما تتعرض وصلة اللحام للإجهاد، تنكسر أضعف بقعة أولاً. وغالبًا ما تكون الطبقة الغنية بالفوسفور هي تلك البقعة الضعيفة. ثم تنخفض موثوقية وصلة اللحام.
وهذا أسوأ في العمليات الخالية من الرصاص عالية الحرارة. إذا كان التحكم في العملية ضعيفًا، يصبح الكربون الهيدروكسي الفسيفسائي المختلط سميكًا. ويعني المزيد من الكيمياء العضوية المتداخلة المزيد من الفوسفور المتبقي. لذلك تنمو الطبقة الغنية بالفوسفور. والنتيجة هي زيادة خطر فشل وصلة اللحام. يمكن رؤية الطبقة الغنية بالفوسفور على شكل شريط داكن بين الكربون العضوي الفوسفوري المتداخل والنيكل. يُظهر التحليل الطيفي للأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDS) أن هذا النطاق يحتوي على نسبة عالية جدًا من الفوسفور. تُظهر العديد من حالات الفشل أن الطبقة الغنية بالفوسفور تسبب تشقق الوصلة.
كيفية الوقاية من النيكل الأسود والطبقة الغنية بالفوسفور
كل من طبقات النيكل الأسود والطبقات الغنية بالفسفور هي عيوب خفية. يمكن للفحوصات البصرية العادية أن تغفلها. ولكن إذا عرفنا أسبابها، يمكننا استخدام ضوابط جيدة لمنعها.
للنيكل الأسود:
الحفاظ على حمام الطلاء بالنيكل والحفاظ على درجة الحرارة مستقرة. يساعد ذلك على الحفاظ على نسبة النيكل والفوسفور في النطاق الصحيح.
حافظ على حمام الذهب الحمضي. إذا كان حمام الذهب شديد التآكل، قم بتعديله في الوقت المناسب.
تحكمي في المعالجة المسبقة جيداً. تجنب خطوط الفرشاة العميقة. إزالة البقايا جيداً.
تحكم في التنشيط والشطف بحيث يكون بذر البلاديوم متجانسًا ويترسب النيكل جيدًا.
تحكم في وقت غمر الذهب حتى لا يتشقق الذهب.
بالنسبة للمستخدمين والمشترين، تحقق من جودة ENIG قبل التجميع. هناك عدة طرق:
استخدم المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) لفحص سطح الوسادة. تحقق مما إذا كان الذهب به شقوق. استخدم EDS لقياس نسبة الفسفور في النيكل. هذا يعطي رؤية دقيقة واضحة.
اختبار اللحام اليدوي. قم بلحام اللبادات النموذجية يدوياً، ثم قم بقياس قوة السحب أو قوة القص للوصلة. إذا كانت قوة السحب أقل بكثير من المعتاد، فقد يكون هناك نيكل أسود. هذا الاختبار سهل وسريع.
اختبار التآكل بالغاز الحمضي. قم بتعريض عينات ENIG للغاز الحمضي. إذا تكوّن مسحوق أو تغيّر لون السطح، فهذا يعني أن طبقة الذهب بها تشققات. يُظهر ذلك احتمال وجود نيكل أسود.
من بين هذه الطرق، الطريقة الثانية هي الأكثر ملاءمة وسرعة. من السهل القيام بها. باستخدام هذه الفحوصات يمكنك العثور على المشاكل قبل التجميع. وهذا يقلل من عدد الألواح التي تتعطل لاحقًا ويقلل من الخسارة.
التحكم في الطبقة الغنية بالفوسفور
لتقليل الطبقة الغنية بالفسفور، حافظ على نسبة النيكل إلى الفسفور في النطاق الصحيح في الترسيب. تحكم أيضًا في عملية اللحام. تحكم في وقت اللحام ودرجة حرارة اللحام. اسعَ إلى الحفاظ على سمك الطبقة المتوسطة السميكة بالقرب من النطاق الأفضل وهو حوالي 1-2 ميكرون (ميكرومتر). إذا أصبحت الطبقة المتوسطة السميكة للغاية، سيتركز المزيد من الفوسفور. وهذا يجعل الطبقة الغنية بالفوسفور أسوأ.
وباختصار، فإن الصيانة الجيدة للحوض والتحكم في درجة الحرارة وملامح اللحام الدقيقة هي المفتاح. تحافظ هذه الخطوات على رقة الكيمياء المتوسطة وصغر حجم الطبقة الغنية بالفوسفور. ومن ثم تظل موثوقية وصلة اللحام عالية.
ملخص - نقاط بسيطة
ENIG هو نيكل غير مكهرب متبوع بذهب مغمور. وهو شائع في لوحة PCBA للهاتف وبعض حاملات BGA.
إن ENIG أرخص وأبسط من الذهب والنيكل المطلي بالكهرباء لأنه لا يحتاج إلى طلاء كهربائي أو أسلاك وسادة.
الخطوات الرئيسية هي المعالجة المسبقة والحفر الدقيق والتنشيط بالبلاديوم والنيكل الكيميائي (Ni/P) والذهب الغاطس. هناك أيضاً نوع من الذهب السميك للاحتياجات الخاصة.
يحجب النيكل الكيميائي انتقال النحاس والذهب ويساعد على تشكيل اللحام بالذهب المختلط. يحمي الذهب الغاطس النيكل من الأكسدة. الذهب رقيق ويحتاج فقط لحماية النيكل. الكثير من الذهب يضر بقوة اللحام. لربط الأسلاك (COB) استخدم ذهب أكثر سمكًا.
يحدث النيكل الأسود (الوسادة السوداء) عندما يحتوي النيكل على محتوى فوسفوري خاطئ أو عندما تتشقق طبقة الذهب. يمكن أن يختبئ النيكل الأسود تحت الذهب اللامع. يتسبب في سوء اللحام والتشققات.
تتشكل طبقات غنية بالفوسفور بالقرب من حافة الهياكل المعدنية الفسيفسائية المتوسطة عندما يحتوي النيكل على الفوسفور. ويزيد هذا الأمر سوءًا بسبب سمك التشكيلات الفسيفسائية المختلطة السميكة وضعف التحكم في العملية. تقلل الطبقة الغنية بالفوسفور من قوة الوصلة وتسبب التشقق.
منع المشاكل عن طريق الحفاظ على حمام النيكل وحمام الذهب بشكل جيد، والتحكم في درجة الحرارة، وتجنب علامات الفرشاة العميقة، والتحكم في ملامح اللحام.
لفحص الجودة استخدم SEM/EDS أو اختبارات سحب اللحام اليدوي أو اختبارات التآكل بالغاز الحمضي. السحب اليدوي للحام هو الأسرع والأسهل.
حافظ على سمك الكيمياء المتوسطة المتوسطة بالقرب من 1-2 ميكرومتر في العمليات الخالية من الرصاص لتقليل مخاطر فشل الطبقة الغنية بالفوسفور.
الأسئلة الشائعة
يوفر ENIG سطحًا مستوٍ ومستوٍ للغاية وعمر تخزين جيد وقابلية لحام موثوق بها للمكونات ذات الرتبة الدقيقة ووسادات BGA. وغالبًا ما يتم اختياره للتركيبات الحساسة لاستواء السطح.
التسطيح (جيد للتشطيبات الدقيقة وBGA)، ومقاومة جيدة للتآكل، وقابلية لحام متسقة، وعمر تخزين/عمر تخزين طويل مقارنة ببعض التشطيبات العضوية.
إحدى المشاكل المعروفة هي “الوسادة السوداء” (تآكل النيكل) عندما تتم معالجة طبقة النيكل والفوسفور بشكل غير صحيح؛ ويمكن أن يؤثر ذلك على موثوقية وصلة اللحام. يقلل التحكم السليم في عملية البائع وضمان الجودة من المخاطر.
ليس عادةً-طبقة الذهب في ENIG رقيقة جداً ووقائية في المقام الأول. في حالة التزاوج/فك التزاوج المتكرر أو موصلات الحواف يوصى باستخدام الذهب الصلب (المطلي بالكهرباء) فوق النيكل.
نعم. إن تسطيح ENIG واستواءها يجعلها خيارًا جيدًا للمكونات ذات المسافات الدقيقة وقابلية لحام BGA عندما تكون العملية مؤهلة.
اذكر الطلاء النهائي على أنه “ENIG (نيكل عديم الإلكتروليت/الذهب المغمور)” وأدرج أي معايير قبول مطلوبة (على سبيل المثال، فئة النيكل/الذهب، أو خشونة السطح، أو ملاحظات الطلاء الخاصة) حتى يعرف الصانع توقعاتك.
يجب أن تتعامل فرق التركيب مع ENIG مثل التشطيبات النبيلة الأخرى: استخدم ملفات إعادة التدفق/اللحام العادية، ولكن نسق إذا كنت تحتاج إلى تعبئة عبر اللوحة أو تنظيف خاص أو إذا كنت تخطط للحام الموجي بالقرب من مناطق ENIG.
تضيف ENEPIG (النيكل عديم النيكل الكهربائي والذهب المغمور بالبلاديوم عديم النيكل الكهربائي) طبقة من البلاديوم بين النيكل والذهب لتحسين ربط الأسلاك وموثوقية التلامس في بعض الحالات. اختر اللمسة النهائية بناءً على دورات التزاوج واحتياجات الربط والميزانية.