ENIG son las siglas de Electroless Nickel Immersion Gold. También se denomina oro químico de inmersión en níquel. Es un acabado superficial utilizado en placas de circuito impreso (PCB). A menudo se abrevia ENIG o se denomina placa de oro químico. En la actualidad, muchas PCBA Las placas de los teléfonos móviles utilizan ENIG. BGA también utilizan ENIG.
En comparación con el níquel-oro electrodepositado, ENIG no necesita electricidad en la placa durante los pasos de chapado. Tampoco es necesario pasar un cable por cada placa para chapar níquel y oro. Como el proceso es más sencillo, los fabricantes pueden fabricar muchas placas rápidamente. El resultado es un mayor rendimiento y un menor coste.
Flujo de producción de la ENIG
He aquí dos secuencias de producción habituales. La primera es el flujo ENIG normal. La segunda es el flujo de oro grueso para plataformas que necesitan más oro.
Flujo típico de ENIG:
Prelimpieza horizontal → Carga de placas → Desengrasado (eliminación de aceite) → Aclarado con agua (x2) → Micrograbado → Aclarado con agua (x2) → Limpieza ácida → Aclarado con agua pura (x2) → Preinmersión → Activación → Aclarado con agua pura (x3) → Depósito químico de níquel (Ni/P) → Aclarado con agua pura (x2) → Oro de inmersión → Recuperación → Aclarado con agua pura (x2) → Descarga → Lavado de placas → Inspección de placas.
Flujo de oro grueso:
Prelimpieza horizontal → Carga de placas → Desengrasado → Aclarado con agua (x2) → Micrograbado → Aclarado con agua (x2) → Limpieza ácida → Aclarado con agua pura (x2) → Preinmersión → Activación → Aclarado con agua pura (x3) → Depósito químico de níquel (Ni/P) → Aclarado con agua pura (x2) → Preinmersión para oro → Depósito grueso de oro → Recuperación → Aclarado con agua pura (x2) → Descarga → Lavado de placas → Inspección de placas.
Explicaciones de los pasos clave: sencillas
Tratamiento previo: El objetivo es cepillar o chorrear el cobre para eliminar el óxido. De este modo también se desbasta la superficie del cobre. La rugosidad ayuda a que el níquel y el oro se adhieran mejor posteriormente.
Micrograbado: Utilice persulfato sódico o ácido sulfúrico para eliminar el óxido del cobre. El micrograbado también reduce los arañazos profundos causados por el cepillado. Las marcas profundas del cepillado pueden ayudar a que el oro de inmersión ataque posteriormente al níquel.
Activación: El cobre no puede iniciar por sí solo la deposición química del níquel. Así que primero ponemos una fina capa de paladio (Pd) sobre el cobre. El paladio actúa como catalizador para la deposición del níquel. La química utiliza el hecho de que el cobre es más activo que el paladio. Los iones de paladio se reducen a paladio metálico y se adhieren a la superficie de cobre.
Níquel químico (Ni/P): Se trata de un depósito de níquel-fósforo. Su función principal es detener la migración y difusión entre el cobre y el oro. También reacciona con la soldadura durante el proceso de soldadura para formar compuestos intermetálicos (IMC). En otras palabras, la capa de níquel impide que el cobre se desplace hacia la soldadura y ayuda a que ésta se adhiera.
Oro de inmersión: El oro protege el níquel de la oxidación. El oro no reacciona en la química de la soldadura. Demasiado oro puede reducir la resistencia de la unión soldada. Por tanto, la capa de oro sólo debe cubrir el níquel lo suficiente para evitar la oxidación. Si realiza uniones de alambre Chip On Board (COB), necesitará una capa de oro más gruesa. Para la mayoría de las almohadillas de superficie, una capa delgada alrededor de 0,05 µm (2 µ ”) o más delgada es común. Esta capa fina es fácil de controlar y reduce el coste en comparación con el níquel-oro electrodepositado.
Por qué el oro de la ENIG es escaso y el riesgo
Como el oro ENIG es muy fino, sólo protege al níquel del aire y la corrosión. Si el oro no es suficiente, el níquel entrará en contacto con el aire y se corroerá. O el baño de oro ácido puede sobreoxidar el oro. Ambos casos pueden causar “níquel negro” o “almohadilla negra”. La capa de oro puede seguir pareciendo brillante a simple vista. Por tanto, la comprobación visual no es fiable. Es muy importante comprobar la calidad de la placa de circuito impreso ENIG antes del montaje.
Níquel negro: cómo se forma y por qué es malo
La calidad de la capa de níquel depende de la fórmula del baño de níquel y del control de la temperatura durante la deposición química. La etapa de inmersión en oro también afecta al resultado. El proceso de níquel químico utiliza hipofosfito (hipofosfito sódico) y sales de níquel en una reacción autocatalizada. El depósito incluye algo de fósforo (P). Los estudios demuestran que el contenido normal de fósforo en el depósito de níquel debe ser de unos 7% a 10%. Si el baño no se mantiene bien o falla el control de la temperatura, el contenido de fósforo quedará fuera de este rango.
Si el fósforo es demasiado bajo, la capa de níquel se corroe con facilidad. Esta corrosión suele deberse a que el baño de oro ácido ataca al níquel. Si el fósforo es demasiado alto, el depósito se endurece. Esto reduce la soldabilidad. También perjudica la formación de juntas de soldadura fiables.
Si el depósito de níquel tiene poco fósforo y el paso de inmersión en oro no se maneja bien, la capa de oro puede agrietarse mucho. Durante la limpieza posterior, el baño de oro ácido puede ser difícil de eliminar. El níquel expuesto se corroe más rápidamente en el aire. Esto conduce al níquel negro, también llamado almohadilla negra. La almohadilla negra causa malas juntas de soldadura.
Cuando se forma níquel negro, la capa dorada de la superficie de la placa puede seguir pareciendo brillante y dorada. Por ello, la gente puede pensar que la almohadilla está bien. Durante la soldadura a alta temperatura, la capa de oro se disuelve rápidamente en la pasta de soldadura. El níquel corroído no puede reaccionar con la soldadura fundida para formar el compuesto intermetálico (IMC). Esto reduce la fiabilidad de la unión soldada. Las uniones se agrietan fácilmente bajo pequeñas fuerzas externas.
Capa rica en fósforo: formación y daños
En ENIG, el metal que se alea con la soldadura es el níquel. El compuesto intermetálico (IMC) típico es Ni3Sn4. El fósforo del níquel no se une al compuesto metálico. Pero el fósforo está presente en el depósito de níquel y se reparte uniformemente. Cuando el níquel reacciona y forma el IMC, el fósforo sobrante se acumula. Se concentra en el borde del IMC y forma una capa rica en fósforo.
Si la capa rica en fósforo es demasiado gruesa, su resistencia es baja. Cuando una unión soldada sufre tensiones, el punto más débil se rompe primero. A menudo, la capa rica en fósforo es ese punto débil. Entonces, la fiabilidad de la unión por soldadura disminuye.
Esto es peor en los procesos sin plomo de alto calor. Si el control del proceso es deficiente, el IMC se vuelve espeso. Más IMC significa más fósforo sobrante. Así que la capa rica en fósforo crece. El resultado es un mayor riesgo de fallo de la unión soldada. La capa rica en fósforo puede verse como una banda oscura entre el IMC y el níquel. La espectroscopia de dispersión de energía de rayos X (EDS) muestra que esta banda tiene un contenido muy alto de fósforo. Muchos casos de fallo muestran que la capa rica en fósforo provoca el agrietamiento de la unión.
Cómo evitar el níquel negro y la capa rica en fósforo
Tanto el níquel negro como las capas ricas en fósforo son defectos ocultos. Los controles visuales normales pueden pasarlos por alto. Pero si conocemos sus causas, podemos utilizar buenos controles para prevenirlos.
Para níquel negro:
Mantenga el baño de niquelado y la temperatura estable. Esto ayuda a mantener la relación níquel-fósforo en el rango adecuado.
Mantener el baño de oro ácido. Si el baño de oro es demasiado corrosivo, ajústelo a tiempo.
Controlar bien el pretratamiento. Evitar líneas de cepillado profundas. Eliminar bien los residuos.
Controle la activación y los aclarados para que la siembra de paladio sea uniforme y el níquel se deposite bien.
Controle el tiempo de inmersión del oro para que no se agriete.
Para usuarios y compradores, compruebe la calidad ENIG antes del montaje. Existen varios métodos:
Utilice un microscopio electrónico de barrido (SEM) para observar la superficie de la almohadilla. Compruebe si el oro tiene grietas. Utilice EDS para medir la proporción de fósforo en el níquel. Esto proporciona una microvisión clara.
Prueba de soldadura manual. Suelde a mano almohadillas típicas y, a continuación, mida la fuerza de tracción o cizallamiento de la unión. Si la fuerza de tracción es muy inferior a la normal, es posible que exista níquel negro. Esta prueba es fácil y rápida.
Ensayo de corrosión por gas ácido. Exponga las muestras de ENIG a gas ácido. Si se forma polvo o la superficie se decolora, significa que la capa de oro tiene grietas. Eso muestra probablemente níquel negro.
De todos ellos, el segundo método es el más cómodo y rápido. Es sencillo de realizar. Con estas comprobaciones se pueden encontrar problemas antes del montaje. Eso reduce el número de placas que fallan después y disminuye las pérdidas.
Control de la capa rica en fósforo
Para reducir la capa rica en fósforo, mantenga la relación níquel-fósforo en el rango adecuado en el depósito. Controle también el proceso de soldadura. Controle el tiempo y la temperatura de soldadura. Intente mantener el grosor de la capa IMC en el rango óptimo de 1-2 micras (µm). Si el IMC se vuelve demasiado grueso, se concentrará más fósforo. Esto empeora la capa rica en fósforo.
En resumen, un buen mantenimiento del baño, el control de la temperatura y unos perfiles de soldadura precisos son la clave. Estos pasos mantienen la IMC fina y la capa rica en fósforo pequeña. Así, la fiabilidad de la unión soldada se mantiene alta.
Resumen - puntos sencillos
ENIG es níquel químico seguido de oro por inmersión. Es habitual en PCBA de teléfonos y algunos soportes BGA.
La ENIG es más barata y sencilla que el níquel-oro electrodepositado porque no necesita chapado eléctrico ni cableado de almohadillas.
Los pasos principales son el pretratamiento, el micrograbado, la activación con paladio, el níquel químico (Ni/P) y el oro por inmersión. También existe una variante de oro grueso para necesidades especiales.
El níquel químico bloquea la migración cobre-oro y ayuda a formar el IMC de la soldadura. El oro de inmersión protege al níquel de la oxidación. El oro es fino y sólo necesita proteger el níquel. Demasiado oro perjudica la resistencia de la soldadura. Para la unión de alambres (COB) utilice oro más grueso.
El níquel negro (almohadilla negra) se produce cuando el níquel tiene un contenido de fósforo incorrecto o cuando la capa de oro se agrieta. El níquel negro puede ocultarse bajo el oro brillante. Provoca soldaduras deficientes y grietas.
Las capas ricas en fósforo se forman cerca del borde de la IMC cuando el níquel contiene fósforo. Un IMC grueso y un control deficiente del proceso empeoran esta situación. La capa rica en fósforo reduce la resistencia de la unión y provoca grietas.
Prevenga los problemas manteniendo el baño de níquel y el baño de oro en buen estado, controlando la temperatura, evitando las marcas profundas de los cepillos y controlando los perfiles de soldadura.
Para comprobar la calidad, utilice SEM/EDS, pruebas manuales de extracción de soldadura o pruebas de corrosión por gas ácido. La extracción manual de la soldadura es la más rápida y sencilla.
Mantenga el grosor IMC cerca de 1-2 µm en procesos sin plomo para reducir el riesgo de fallo de la capa rica en fósforo.
Preguntas frecuentes
El ENIG proporciona una superficie muy plana y plana, una buena vida útil y una soldabilidad fiable para componentes de paso fino y pastillas BGA. Suele elegirse para montajes sensibles a la planitud de la superficie.
Planeidad (buena para paso fino y BGA), buena resistencia a la corrosión, soldabilidad consistente y larga vida de almacenamiento/estantería en comparación con algunos acabados orgánicos.
Un problema conocido es la “almohadilla negra” (corrosión del níquel) cuando la capa de níquel-fósforo no se procesa correctamente; esto puede afectar a la fiabilidad de la unión soldada. Un control de procesos y una garantía de calidad adecuados por parte del proveedor reducen el riesgo.
Normalmente no. La capa de oro de ENIG es muy fina y principalmente protectora. Para acoplamientos/desacoplamientos frecuentes o conectores de borde, se recomienda oro duro (galvanoplastia) sobre níquel.
Sí. La planitud y planaridad de ENIG lo convierten en una buena opción para componentes de paso fino y soldabilidad BGA cuando el proceso está cualificado.
Indique el acabado como “ENIG (níquel químico / oro por inmersión)” e incluya cualquier criterio de aceptación requerido (por ejemplo, clase de níquel/oro, rugosidad de la superficie o notas especiales sobre el chapado) para que el fabricante conozca sus expectativas.
Los equipos de montaje deben tratar la ENIG como otros acabados nobles: utilice perfiles de reflujo/soldadura normales, pero coordine si necesita rellenar vía-en-pad, limpieza especial o si planea soldadura por ola cerca de zonas ENIG.
ENEPIG (níquel químico, paladio químico por inmersión en oro) añade una capa de paladio entre el níquel y el oro para mejorar la unión de los cables y la fiabilidad de los contactos en algunos casos. Elija el acabado en función de los ciclos de acoplamiento, las necesidades de unión y el presupuesto.