Citra yang diotorisasi pelanggan
Electroless Nickel Immersion Gold (ENIG) telah menjadi standar emas untuk lapisan permukaan PCB dalam elektronik dengan keandalan tinggi, mulai dari perangkat medis hingga sistem dirgantara. Kombinasi uniknya antara ketahanan korosi, kemampuan solder, dan kompatibilitas dengan komponen pitch halus membuatnya sangat diperlukan untuk PCB modern. Namun, kinerja ENIG sepenuhnya bergantung pada kepatuhan ketat terhadap proses manufaktur dan standar kualitas. Bahkan penyimpangan kecil dapat menyebabkan kegagalan bencana seperti cacat “bantalan hitam” atau sambungan solder yang lemah. Panduan ini mengeksplorasi proses manufaktur ENIG, langkah-langkah kontrol kualitas kritis, dan standar global yang memastikan hasil yang konsisten dan andal.
Apa itu ENIG, dan Mengapa Itu Penting
ENIG adalah lapisan permukaan dua lapis yang diterapkan pada bantalan tembaga PCB:
1. Lapisan nikel (tebal 3–7μm) yang berfungsi sebagai penghalang terhadap difusi tembaga dan menyediakan fondasi untuk sambungan solder yang kuat.
2. Lapisan emas (tebal 0,05–0,2μm) yang melindungi nikel dari oksidasi, memastikan kemampuan solder jangka panjang.
Tidak seperti lapisan elektroplating, ENIG menggunakan reaksi kimia (bukan listrik) untuk pengendapan, memungkinkan cakupan yang seragam bahkan pada geometri kompleks seperti microvia dan BGA pitch halus. Ini membuatnya ideal untuk:
1. PCB frekuensi tinggi (5G, radar) di mana integritas sinyal sangat penting.
2. Perangkat medis yang membutuhkan biokompatibilitas dan ketahanan korosi.
3. Elektronik dirgantara yang terpapar suhu ekstrem dan getaran.
Proses Manufaktur ENIG: Langkah demi Langkah
Aplikasi ENIG adalah proses kimia presisi dengan enam tahap kritis. Setiap langkah harus dikontrol ketat untuk menghindari cacat.
1. Pra-Perawatan: Membersihkan Permukaan Tembaga
Sebelum menerapkan ENIG, bantalan tembaga PCB harus benar-benar bersih. Kontaminan seperti minyak, oksida, atau residu fluks mencegah pelekatan nikel dan emas yang tepat, yang menyebabkan delaminasi.
a. Penyingkiran lemak: PCB direndam dalam pembersih alkali untuk menghilangkan minyak dan residu organik.
b. Etching asam: Asam ringan (misalnya, asam sulfat) menghilangkan oksida dan menciptakan permukaan mikro-kasar untuk pelekatan nikel yang lebih baik.
c. Mikroetching: Larutan natrium persulfat atau hidrogen peroksida mengukir permukaan tembaga hingga kekasaran yang seragam (Ra 0,2–0,4μm), memastikan lapisan nikel terikat dengan aman.
Parameter Kritis:
a. Waktu pembersihan: 2–5 menit (terlalu lama menyebabkan over-etching; terlalu singkat meninggalkan kontaminan).
b. Kedalaman etsa: 1–2μm (menghilangkan oksida tanpa menipiskan jejak kritis).
2. Pengendapan Nikel Tanpa Listrik
PCB yang dibersihkan direndam dalam bak nikel tanpa listrik, di mana reaksi kimia mengendapkan paduan nikel-fosfor pada permukaan tembaga.
Kimia Reaksi: Ion nikel (Ni²⁺) dalam bak direduksi menjadi nikel logam (Ni⁰) oleh agen pereduksi (biasanya natrium hipofosfit). Fosfor (5–12% berat) dimasukkan ke dalam lapisan nikel, meningkatkan ketahanan korosi.
Kontrol Proses:
a. Suhu: 85–95°C (varians >±2°C menyebabkan pengendapan yang tidak merata).
b. pH: 4,5–5,5 (terlalu rendah memperlambat pengendapan; terlalu tinggi menyebabkan pengendapan endapan nikel hidroksida).
c. Pengadukan bak: Memastikan distribusi nikel yang seragam di seluruh PCB.
Hasil: Lapisan nikel kristalin yang padat (tebal 3–7μm) yang memblokir difusi tembaga dan menyediakan permukaan yang dapat disolder.
3. Bilas Pasca-Nikel
Setelah pengendapan nikel, PCB dibilas secara menyeluruh untuk menghilangkan bahan kimia bak yang tersisa, yang dapat mencemari bak emas berikutnya.
a. Pembilasan Multi-Tahap: Biasanya 3–4 bak air, dengan bilasan akhir menggunakan air deionisasi (DI) (kemurnian 18 MΩ-cm) untuk menghindari endapan mineral.
b. Pengeringan: Pengeringan udara hangat (40–60°C) mencegah bintik-bintik air yang dapat merusak permukaan.
4. Pengendapan Emas Imersi
PCB dicelupkan ke dalam bak emas, di mana ion emas (Au³⁺) menggantikan atom nikel dalam reaksi kimia (perpindahan galvanik), membentuk lapisan emas tipis.
Dinamika Reaksi: Ion emas lebih mulia daripada nikel, sehingga atom nikel (Ni⁰) teroksidasi menjadi Ni²⁺, melepaskan elektron yang mereduksi Au³⁺ menjadi emas logam (Au⁰). Ini membentuk lapisan emas 0,05–0,2μm yang terikat pada nikel.
Kontrol Proses:
a. Suhu: 70–80°C (suhu yang lebih tinggi mempercepat pengendapan tetapi berisiko ketebalan yang tidak merata).
b. pH: 5,0–6,0 (mengoptimalkan laju reaksi).
c. Konsentrasi emas: 1–5 g/L (terlalu rendah menyebabkan emas tipis, tambalan; terlalu tinggi membuang material).
Fungsi Utama: Lapisan emas melindungi nikel dari oksidasi selama penyimpanan dan penanganan, memastikan kemampuan solder hingga 12+ bulan.
5. Perawatan Pasca-Emas
Setelah pengendapan emas, PCB menjalani pembersihan dan pengeringan akhir untuk mempersiapkan pengujian dan perakitan.
a. Bilas Akhir: Bilas air DI untuk menghilangkan residu bak emas.
b. Pengeringan: Pengeringan suhu rendah (30–50°C) untuk menghindari tekanan termal pada lapisan akhir.
c. Passivasi Opsional: Beberapa produsen menerapkan lapisan organik tipis untuk meningkatkan ketahanan emas terhadap minyak jari atau kontaminan lingkungan.
6. Pengawetan (Opsional)
Untuk aplikasi yang membutuhkan kekerasan maksimum, lapisan akhir ENIG dapat menjalani pengawetan termal:
a. Suhu: 120–150°C selama 30–60 menit.
b. Tujuan: Meningkatkan kristalinitas nikel-fosfor, meningkatkan ketahanan aus untuk konektor siklus tinggi.
Pengujian Kontrol Kualitas Kritis untuk ENIG
Kinerja ENIG bergantung pada kontrol kualitas yang ketat. Produsen menggunakan pengujian ini untuk memvalidasi setiap batch:
1. Pengukuran Ketebalan
Metode: Spektroskopi fluoresensi sinar-X (XRF), yang secara non-destruktif mengukur ketebalan nikel dan emas di 10+ titik per PCB.
Kriteria Penerimaan:
Nikel: 3–7μm (per IPC-4552 Kelas 3).
Emas: 0,05–0,2μm (per IPC-4554).
Mengapa Itu Penting: Nikel tipis (0,2μm) meningkatkan biaya tanpa manfaat dan dapat menyebabkan sambungan solder yang rapuh.
2. Pengujian Kemampuan Solder
Metode: IPC-TM-650 2.4.10 “Kemampuan Solder dari Lapisan Logam.” PCB terkena kelembaban (85°C/85% RH selama 168 jam) kemudian disolder untuk menguji kupon.
Kriteria Penerimaan: ≥95% dari sambungan solder harus menunjukkan pembasahan yang lengkap (tidak ada dewetting atau non-wetting).
Mode Kegagalan: Kemampuan solder yang buruk menunjukkan cacat lapisan emas (misalnya, porositas) atau oksidasi nikel.
3. Ketahanan Korosi
Metode: Pengujian semprotan garam ASTM B117 (larutan 5% NaCl, 35°C, 96 jam) atau pengujian kelembaban IPC-TM-650 2.6.14 (85°C/85% RH selama 1.000 jam).
Kriteria Penerimaan: Tidak ada korosi, oksidasi, atau perubahan warna yang terlihat pada bantalan atau jejak.
Signifikansi: Kritis untuk elektronik luar ruangan (stasiun pangkalan 5G) atau aplikasi kelautan.
4. Pengujian Adhesi
Metode: IPC-TM-650 2.4.8 “Kekuatan Kupas dari Lapisan Logam.” Selembar pita perekat diterapkan pada lapisan akhir dan dikupas kembali pada 90°.
Kriteria Penerimaan: Tidak ada delaminasi atau pelepasan lapisan.
Indikasi Kegagalan: Adhesi yang buruk menunjukkan pra-perawatan yang tidak memadai (kontaminan) atau pengendapan nikel yang tidak tepat.
5. Deteksi Bantalan Hitam
“Bantalan hitam” adalah cacat ENIG yang paling ditakuti: lapisan rapuh dan berpori antara emas dan nikel yang disebabkan oleh pengendapan nikel-fosfor yang tidak tepat.
Metode:
a. Inspeksi Visual: Di bawah pembesaran (40x), bantalan hitam tampak sebagai lapisan gelap dan retak.
b. Mikroskopi Elektron Pemindaian (SEM): Mengungkapkan porositas dan antarmuka nikel-emas yang tidak rata.
c. Pengujian Geser Sambungan Solder: Bantalan hitam menyebabkan kekuatan geser turun sebesar 50%+ dibandingkan dengan ENIG yang baik.
Pencegahan: Kontrol ketat terhadap pH dan suhu bak nikel, dan analisis bak secara teratur untuk menghindari kelebihan fosfor (>12%).
Standar Global yang Mengatur ENIG
Manufaktur ENIG diatur oleh beberapa standar utama untuk memastikan konsistensi:
|
Standar
|
Badan Penerbit
|
Area Fokus
|
Persyaratan Utama
|
|
IPC-4552
|
IPC
|
Pelapisan nikel tanpa listrik
|
Ketebalan nikel (3–7μm), kandungan fosfor (5–12%)
|
|
IPC-4554
|
IPC
|
Pelapisan emas imersi
|
Ketebalan emas (0,05–0,2μm), kemampuan solder
|
|
IPC-A-600
|
IPC
|
Penerimaan papan cetak
|
Standar visual untuk ENIG (tidak ada korosi, delaminasi)
|
|
ISO 10993-1
|
ISO
|
Biokompatibilitas (perangkat medis)
|
ENIG harus tidak beracun dan tidak menyebabkan iritasi
|
|
AS9100
|
SAE
|
Manajemen kualitas dirgantara
|
Ketertelusuran bahan dan proses ENIG
|
Cacat ENIG Umum dan Cara Menghindarinya
Bahkan dengan kontrol yang ketat, ENIG dapat mengembangkan cacat. Berikut cara mencegahnya:
|
Cacat
|
Penyebab
|
Langkah pencegahan
|
|
Bantalan Hitam
|
Kelebihan fosfor dalam nikel (>12%), pH yang tidak tepat
|
Kontrol kimia bak nikel; uji kandungan fosfor setiap hari
|
|
Pitting Emas
|
Kontaminan dalam bak emas (misalnya, klorida)
|
Saring bak emas; gunakan bahan kimia kemurnian tinggi
|
|
Bintik Emas Tipis
|
Permukaan nikel yang tidak rata (dari pembersihan yang buruk)
|
Tingkatkan pra-perawatan; pastikan mikroetch yang seragam
|
|
Delaminasi Nikel
|
Residu minyak atau oksida pada tembaga
|
Tingkatkan langkah penyingkiran lemak dan etsa
|
|
Noda Emas
|
Paparan senyawa sulfur
|
Simpan PCB dalam kemasan bebas sulfur yang disegel
|
ENIG vs. Lapisan Akhir Lainnya: Kapan Memilih ENIG
ENIG bukan satu-satunya pilihan, tetapi mengungguli alternatif di area utama:
|
Lapisan Akhir
|
Terbaik Untuk
|
Keterbatasan Dibandingkan dengan ENIG
|
|
HASL
|
Elektronik konsumen berbiaya rendah
|
Kinerja pitch halus yang buruk; permukaan yang tidak rata
|
|
OSP
|
Perangkat berumur pendek (misalnya, sensor)
|
Teroksidasi dengan cepat; tidak ada ketahanan korosi
|
|
Emas Elektroplating
|
Konektor tahan pakai tinggi
|
Biaya lebih tinggi; membutuhkan listrik; berpori tanpa nikel
|
|
Perak Imersi
|
PCB industri kelas menengah
|
Menodai di lingkungan yang lembab; umur simpan lebih pendek
|
ENIG adalah pilihan yang jelas untuk aplikasi keandalan tinggi, frekuensi tinggi, atau pitch halus di mana kinerja jangka panjang sangat penting.
FAQ
T: Apakah ENIG cocok untuk penyolderan bebas timah?
J: Ya. Lapisan nikel ENIG membentuk intermetalik yang kuat dengan solder bebas timah (misalnya, SAC305), menjadikannya ideal untuk perangkat yang sesuai dengan RoHS.
T: Berapa lama ENIG tetap dapat disolder?
J: PCB ENIG yang disimpan dengan benar (dalam kemasan yang disegel) mempertahankan kemampuan solder selama 12–24 bulan, jauh lebih lama daripada OSP (3–6 bulan) atau HASL (6–9 bulan).
T: Bisakah ENIG digunakan pada PCB fleksibel?
J: Tentu saja. ENIG menempel dengan baik pada substrat polimida dan tahan lentur tanpa retak, menjadikannya cocok untuk perangkat fleksibel yang dapat dikenakan dan medis.
T: Berapa biaya ENIG dibandingkan dengan HASL?
J: ENIG berharga 30–50% lebih mahal daripada HASL tetapi mengurangi biaya jangka panjang dengan meminimalkan kegagalan dalam aplikasi keandalan tinggi.
Kesimpulan
ENIG adalah lapisan permukaan canggih yang menuntut presisi di setiap tahap manufaktur—mulai dari pra-perawatan hingga pengendapan emas. Ketika dieksekusi sesuai dengan standar global (IPC-4552, IPC-4554) dan divalidasi melalui pengujian yang ketat, ia memberikan ketahanan korosi, kemampuan solder, dan kompatibilitas yang tak tertandingi dengan desain PCB modern.
Untuk produsen dan insinyur, memahami proses dan persyaratan kualitas ENIG sangat penting untuk memanfaatkan manfaatnya. Dengan bermitra dengan pemasok yang memprioritaskan kontrol ketat dan ketertelusuran, Anda dapat memastikan PCB Anda memenuhi tuntutan medis, dirgantara, 5G, dan aplikasi kritis lainnya.
ENIG bukan hanya lapisan akhir—ini adalah komitmen terhadap keandalan.
Pengambilan Kunci: Kinerja ENIG bergantung pada penguasaan proses kimianya dan penegakan kontrol kualitas yang ketat. Jika dilakukan dengan benar, ini adalah lapisan permukaan terbaik untuk elektronik dengan keandalan tinggi.
Pesan Anda harus antara 20-3.000 karakter!
