ENIG는 무전해 니켈 침지 금의 약자입니다. 사람들은 이를 화학 니켈 침지 금이라고도 부릅니다. 인쇄 회로 기판(PCB)에 사용되는 표면 마감재입니다. 사람들은 종종 ENIG로 줄여서 부르거나 케미컬 골드 보드라고 부릅니다. 오늘날 많은 PCBA 휴대폰 내부의 보드는 ENIG를 사용합니다. 일부 BGA 캐리어 보드도 ENIG를 사용합니다.
전기 도금 니켈-금에 비해 ENIG는 도금 단계에서 보드에 전기가 필요하지 않습니다. 또한 니켈과 금을 도금하기 위해 각 패드에 와이어를 당길 필요도 없습니다. 공정이 더 간단하기 때문에 생산자는 많은 보드를 빠르게 만들 수 있습니다. 그 결과 생산량은 증가하고 비용은 낮아집니다.
ENIG 생산 흐름
다음은 두 가지 일반적인 프로덕션 시퀀스입니다. 첫 번째는 일반적인 ENIG 흐름입니다. 두 번째는 더 많은 금이 필요한 패드를 위한 두꺼운 금 흐름입니다.
일반적인 ENIG 흐름:
수평 사전 세척 → 기판 적재 → 탈지(오일 제거) → 물로 헹굼(x2) → 마이크로 에칭 → 물로 헹굼(x2) → 산 세척 → 순수 물 헹굼(x2) → 프리 딥 → 활성화 → 순수 물 헹굼(x3) → 화학 니켈 침전(Ni/P) → 순수 물 헹굼(x2) → 침지 골드 → 회수 → 순수 물 헹굼(x2) → 언로드 → 보드 세척 → 보드 검사
두꺼운 금색 흐름:
수평 사전 세척 → 기판 적재 → 탈지 → 물로 헹굼(x2) → 마이크로 에칭 → 물로 헹굼(x2) → 산 세척 → 순수 물 헹굼(x2) → 프리 딥 → 활성화 → 순수 물 헹굼(x3) → 화학 니켈 침전(Ni/P) → 순수 물 헹굼(x2) → 금용 프리 딥 → 두꺼운 금 침전 → 회수 → 순수 물 헹굼(x2) → 언로드 → 보드 세척 → 보드 검사
주요 단계 설명 - 간단
전처리: 구리를 솔질하거나 샌드블라스팅하여 산화물을 제거하는 것이 목표입니다. 이렇게 하면 구리 표면이 거칠어집니다. 거칠게 하면 나중에 니켈과 금이 더 잘 붙는 데 도움이 됩니다.
마이크로 에칭: 과황산나트륨 또는 황산을 사용하여 구리의 산화물을 제거합니다. 마이크로 에칭은 브러싱으로 인한 깊은 스크래치도 줄여줍니다. 깊은 브러시 자국은 나중에 침지 금이 니켈을 공격하는 데 도움이 될 수 있습니다.
활성화: 구리는 자체적으로 화학적 니켈 증착을 시작할 수 없습니다. 따라서 먼저 구리에 얇은 팔라듐(Pd) 층을 씌웁니다. 팔라듐은 니켈 증착을 위한 촉매 역할을 합니다. 이 화학은 구리가 팔라듐보다 더 활동적이라는 사실을 이용합니다. 팔라듐 이온은 팔라듐 금속으로 환원되어 구리 표면에 달라붙습니다.
화학 니켈(Ni/P): 이것은 니켈-인 매장지입니다. 주요 역할은 구리와 금 사이의 이동과 확산을 막는 것입니다. 또한 납땜 중에 땜납과 반응하여 금속 간 화합물(IMC)을 형성합니다. 즉, 니켈 층은 구리가 땜납으로 이동하는 것을 방지하고 땜납 결합을 돕습니다.
침지 골드: 금은 니켈이 산화되지 않도록 보호합니다. 금은 납땜 화학에서 반응하지 않습니다. 금이 너무 많으면 납땜 접합 강도가 떨어질 수 있습니다. 따라서 금 층은 산화를 방지할 수 있을 정도로만 니켈을 덮으면 됩니다. 칩 온 보드(COB) 와이어 본딩을 하는 경우 더 두꺼운 금층이 필요합니다. 대부분의 표면 패드의 경우 0.05µm(2µ”) 이하의 얇은 층이 일반적입니다. 이 얇은 층은 전기 도금된 니켈-금에 비해 제어하기 쉽고 비용이 저렴합니다.
ENIG 금이 얇은 이유와 위험
ENIG 금은 매우 얇기 때문에 니켈을 공기와 부식으로부터 보호할 뿐입니다. 금이 충분하지 않으면 니켈이 공기와 접촉하여 부식됩니다. 또는 산성 금 욕조에 의해 금이 과도하게 에칭될 수 있습니다. 두 경우 모두 “검은 니켈” 또는 “검은 패드”가 발생할 수 있습니다. 금층은 여전히 육안으로 반짝이는 것처럼 보일 수 있습니다. 따라서 육안 확인은 신뢰할 수 없습니다. 조립하기 전에 ENIG PCB 품질을 확인하는 것이 매우 중요합니다.
블랙 니켈-형성 방법과 나쁜 이유
니켈 층 품질은 니켈 배스 공식과 화학 증착 중 온도 제어에 따라 달라집니다. 침지 금 단계도 결과에 영향을 미칩니다. 화학적 니켈 공정은 자체 촉매 반응에서 차아인산나트륨(차아인산나트륨)과 니켈 염을 사용합니다. 침전물에는 약간의 인(P)이 포함되어 있습니다. 연구에 따르면 니켈 침전물의 정상적인 인 함량은 약 7%~10%여야 합니다. 수조가 잘 유지되지 않거나 온도 제어에 실패하면 인 함량이 이 범위를 벗어나게 됩니다.
인이 너무 낮으면 니켈 층이 부식되기 쉽습니다. 이러한 부식은 산성 금탕이 니켈을 공격하면서 시작되는 경우가 많습니다. 인이 너무 높으면 침전물이 딱딱해집니다. 이는 납땜성을 떨어뜨립니다. 또한 안정적인 솔더 조인트 형성을 방해합니다.
니켈 침전물에 인이 적고 침지 금 단계를 잘 처리하지 않으면 금 층이 많이 깨질 수 있습니다. 나중에 청소하는 동안 산성 금 욕조는 제거하기 어려울 수 있습니다. 노출된 니켈은 공기 중에서 더 빨리 부식됩니다. 이로 인해 블랙 패드라고도 하는 검은 니켈이 생깁니다. 검은색 패드는 납땜 조인트의 불량 원인이 됩니다.
검은 니켈이 형성되어도 보드 표면의 금색 층은 여전히 반짝이는 금색으로 보일 수 있습니다. 따라서 사람들은 패드가 괜찮다고 생각할 수 있습니다. 고온 납땜 중에 금층은 납땜 페이스트에 빠르게 용해됩니다. 부식된 니켈은 용융된 땜납과 반응하여 금속 간 화합물(IMC)을 만들 수 없습니다. 이는 솔더 조인트의 신뢰성을 떨어뜨립니다. 그러면 조인트는 작은 외부 힘에도 쉽게 균열이 생깁니다.
인이 풍부한 층-형성 및 해로움
ENIG에서 땜납과 합금하는 금속은 니켈입니다. 일반적인 금속 간 화합물(IMC)은 Ni3Sn4입니다. 니켈의 인은 금속 화합물에 결합하지 않습니다. 그러나 인은 니켈 침전물에 존재하며 고르게 퍼져 있습니다. 니켈이 반응하여 IMC를 형성하면 남은 인이 모입니다. 이는 IMC의 가장자리에 집중되어 인이 풍부한 층을 형성합니다.
인이 풍부한 층이 너무 두꺼우면 강도가 낮습니다. 솔더 조인트에 응력이 가해지면 가장 약한 부분이 먼저 파손됩니다. 종종 인이 풍부한 층이 그 약한 지점입니다. 그러면 솔더 조인트의 신뢰성이 떨어집니다.
이는 고열 무연 공정에서 더 심합니다. 공정 제어가 제대로 이루어지지 않으면 IMC가 두꺼워집니다. IMC가 두꺼워지면 인이 더 많이 남게 됩니다. 따라서 인이 풍부한 층이 증가합니다. 그 결과 솔더 조인트 실패의 위험이 높아집니다. 인이 풍부한 층은 IMC와 니켈 사이의 어두운 띠로 볼 수 있습니다. 에너지 분산형 X-선 분광법(EDS)은 이 밴드가 인 함량이 매우 높다는 것을 보여줍니다. 많은 고장 사례에서 인이 풍부한 층이 조인트 균열을 일으키는 것으로 나타났습니다.
검은 니켈과 인이 풍부한 층을 방지하는 방법
검은색 니켈과 인이 풍부한 층은 모두 숨겨진 결함입니다. 일반적인 육안 검사로는 이를 놓칠 수 있습니다. 하지만 원인을 알면 적절한 제어를 통해 이를 방지할 수 있습니다.
블랙 니켈의 경우:
니켈 도금 욕조를 유지하고 온도를 안정적으로 유지합니다. 이렇게 하면 니켈-인 비율을 적절한 범위로 유지하는 데 도움이 됩니다.
산성 금탕을 유지합니다. 금탕이 너무 부식성이 강하면 제때 조정하세요.
전처리를 잘 조절합니다. 브러시 라인이 깊지 않도록 합니다. 잔여물을 잘 제거합니다.
팔라듐 시딩이 균일하고 니켈이 잘 침착되도록 활성화 및 헹굼을 제어합니다.
금이 깨지지 않도록 침수 골드 시간을 제어합니다.
사용자와 구매자는 조립하기 전에 ENIG 품질을 확인하세요. 몇 가지 방법이 있습니다:
주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여 패드 표면을 살펴봅니다. 금에 균열이 있는지 확인합니다. EDS를 사용하여 니켈의 인 비율을 측정합니다. 이렇게 하면 선명한 마이크로 뷰를 얻을 수 있습니다.
수동 납땜 테스트. 일반적인 패드를 손으로 납땜한 다음 조인트의 당기는 힘 또는 전단 강도를 측정합니다. 당기는 힘이 정상보다 훨씬 낮으면 검은 니켈이 존재할 수 있습니다. 이 테스트는 쉽고 빠릅니다.
산성 가스 부식 테스트. ENIG 샘플을 산성 가스에 노출시킵니다. 가루가 생기거나 표면이 변색되면 금층에 균열이 있다는 뜻입니다. 이는 검은색 니켈일 가능성이 높습니다.
이 중 두 번째 방법이 가장 편리하고 빠릅니다. 방법은 간단합니다. 이러한 점검을 통해 조립 전에 문제를 발견할 수 있습니다. 이렇게 하면 나중에 실패하는 보드의 수를 줄이고 손실을 줄일 수 있습니다.
인이 풍부한 층 제어하기
인이 풍부한 층을 줄이려면 침전물에서 니켈-인 비율을 적절한 범위로 유지하세요. 납땜 공정도 제어하세요. 납땜 시간과 납땜 온도를 제어합니다. IMC 두께를 최적의 범위인 약 1~2마이크론(µm)에 가깝게 유지하는 것을 목표로 합니다. IMC가 너무 두꺼워지면 더 많은 인이 농축됩니다. 그러면 인이 풍부한 층이 악화됩니다.
요컨대, 우수한 수조 유지 관리, 온도 제어 및 정밀한 납땜 프로파일이 핵심입니다. 이러한 단계를 통해 IMC는 얇고 인이 풍부한 층을 작게 유지합니다. 그러면 솔더 조인트의 신뢰성이 높게 유지됩니다.
요약 - 간단한 요점
ENIG는 무전해 니켈과 침지 금입니다. 휴대폰 PCBA 및 일부 BGA 캐리어에서 흔히 사용됩니다.
ENIG는 전기 도금이나 패드 배선이 필요 없기 때문에 전기 도금 니켈-금보다 저렴하고 간단합니다.
주요 단계는 전처리, 마이크로 에칭, 팔라듐, 화학 니켈(Ni/P), 침지 금을 사용한 활성화입니다. 특별한 요구 사항을 위한 두꺼운 금 변형도 있습니다.
화학 니켈은 구리-금 이동을 차단하고 솔더 IMC 형성을 돕습니다. 침지 금은 니켈이 산화되지 않도록 보호합니다. 금은 얇고 니켈만 보호하면 됩니다. 금이 너무 많으면 솔더 강도가 떨어집니다. 와이어 본딩(COB)의 경우 더 두꺼운 금을 사용합니다.
블랙 니켈(검은색 패드)은 니켈의 인 함량이 잘못되었거나 금층에 균열이 생겼을 때 발생합니다. 검은 니켈은 반짝이는 금 아래에 숨을 수 있습니다. 납땜 불량과 균열을 유발합니다.
니켈에 인이 포함되어 있으면 IMC 가장자리 근처에 인이 풍부한 층이 형성됩니다. 두꺼운 IMC와 열악한 공정 제어는 이 문제를 악화시킵니다. 인이 풍부한 층은 접합 강도를 낮추고 균열을 일으킵니다.
니켈 배스와 금 배스를 잘 관리하고, 온도를 조절하고, 브러시 자국이 깊지 않도록 하고, 납땜 프로파일을 제어하여 문제를 예방하세요.
품질 검사에는 SEM/EDS, 수동 솔더 풀 테스트 또는 산성 가스 부식 테스트를 사용합니다. 수동 솔더 풀 테스트가 가장 빠르고 쉽습니다.
무연 공정에서 IMC 두께를 1~2µm 가까이 유지하여 인이 풍부한 층의 고장 위험을 낮춥니다.
자주 묻는 질문
ENIG는 매우 평탄하고 평면적인 표면, 우수한 보관 수명, 미세 피치 부품 및 BGA 패드에 대한 안정적인 납땜성을 제공합니다. 표면 평탄도에 민감한 어셈블리에 주로 사용됩니다.
평탄도(미세 피치 및 BGA에 적합), 우수한 내식성, 일관된 납땜성, 일부 유기 마감재에 비해 긴 보관/보관 수명을 제공합니다.
알려진 문제 중 하나는 니켈-인 층이 부적절하게 처리될 때 발생하는 “블랙 패드”(니켈 부식)로, 이는 솔더 조인트 신뢰성에 영향을 미칠 수 있습니다. 적절한 공급업체 프로세스 제어와 QA를 통해 위험을 줄일 수 있습니다.
일반적으로 ENIG의 금 층은 매우 얇고 주로 보호용입니다. 잦은 결합/분리 또는 엣지 커넥터의 경우 니켈보다 단단한(전기 도금된) 금을 사용하는 것이 좋습니다.
예. ENIG의 평탄도와 평탄도는 공정이 검증된 경우 미세 피치 부품 및 BGA 납땜에 적합한 선택입니다.
마감재를 “ENIG(무전해 니켈/침지 금)”로 명시하고 필요한 승인 기준(예: 니켈/금 등급, 표면 거칠기 또는 특수 도금 참고 사항)을 포함하여 제작자가 기대치를 알 수 있도록 하세요.
조립 팀은 ENIG를 다른 고급 마감재와 마찬가지로 취급해야 합니다. 일반 리플로/납땜 프로파일을 사용하되, 비아 인 패드 충진, 특수 청소가 필요하거나 ENIG 영역 근처에 웨이브 솔더링을 계획하는 경우 조율해야 합니다.
ENEPIG(무전해 니켈 무전해 팔라듐 침지 금)는 니켈과 금 사이에 팔라듐 층을 추가하여 경우에 따라 와이어 결합과 접촉 신뢰성을 개선합니다. 결합 주기, 본딩 요구 사항 및 예산에 따라 마감 처리를 선택하세요.