Electroless Nickel Immersion Gold (ENIG): Überlegene PCB-Oberflächenveredelung für High-Performance-Elektronik

Das perfekte elektronische Gerät muss leicht und klein sein, während es maximale elektronische Funktionalität bietet. Die PCB-Industrie hat sich fortschrittlichen Verpackungsmethoden zugewandt, um diese Voraussetzung zu erfüllen.

Dabei geht es um die Erhöhung der Dichte integrierter Schaltkreise auf einer Leiterplatte sowie die Kombination mehrerer Funktionalitäten in ein einzelnes dichtes Paket.

Electroless Nickel Immersion Gold (ENIG)

Electroless Nickel Immersion Gold ist eine zweilagige metallische Oberflächenveredelung aus 2 bis 8 µin (Mikrozoll) Gold über 120 bis 240 µin Nickel.

Das Nickel fungiert hier als Barriere für das Kupfer und bietet eine Oberfläche, auf der Sie Ihre Bauteile verlöten können. Das Gold schützt die Nickelbeschichtung während der Lagerzeit und bietet niedrigen Kontaktwiderstand – eine Voraussetzung für dünne Goldabscheidungen.

ENIG ist zweifellos eine der am häufigsten verwendeten Oberflächenveredelungen in der PCB-Industrie – ganz aufgrund der Umsetzung und des Wachstums der RoHS-Richtlinien.

Oberflächenveredelung für Drahtbonden (Wire Bonding)

Während elektrolytisches Nickel-Gold makellose Leistung für Gold-Drahtbonden bietet, leidet es unter drei Mängeln. Jeder dieser Nachteile stellt ein großes Hindernis für ENIGs Einsatz als führende Oberflächenveredelung für Leiterplatten dar. Hier sind die drei Mängel:

• Der Prozess ist sehr teuer und erfordert üblicherweise eine hohe Goldschichtdicke.
• Bei höherer Goldschichtdicke kann die Lötverbindungszuverlässigkeit drastisch sinken – aufgrund der Zinn-Gold-Intermetallphasenbildung.
• Die Anforderung elektrischer Busse für Verbindungen zu den Strukturen während des Beschichtungsprozesses begrenzt die Dichte der gewünschten Strukturen.

Die genannten Limitationen bieten auch Chancen für elektrolose Verfahren – wie ENEG und ENEPIG mit elektrolosem Gold und elektrolosem Palladium.

Diese Oberflächenveredelung hat eigene Vorteile, wie Kosten und Verpackungszuverlässigkeit. Die Kosten werden insbesondere zum besorgniserregendsten Aspekt. Mit dem jüngsten Anstieg des Goldpreises wird die Preisgestaltung dieser Veredelungsart immer schwieriger zu kontrollieren.

Da der Preis von Palladium jedoch vergleichsweise weit niedriger als Gold ist, haben Hersteller nun die Option, Gold durch Palladium zu ersetzen – für einen kosteneffektiven, aber qualitativ identischen Prozess.

ENIG ist eine gängige Oberflächenveredelung, die eine Nickelschicht nutzt – tatsächlich eine Nickel-Phosphor-Legierungsschicht. Dieser Phosphorgehalt hat zwei Kategorien: mittlere Phosphor-Nickel oder hochphosphorhaltiges Nickel. Die Anwendung beider ist nicht identisch.

Nickel bietet bestimmte Vorteile: Es eignet sich für bleifreie Lötprozesse. Die erzeugte Oberfläche ist flach, fein und glatt. Sie kann längere Zeit gelagert werden – vorausgesetzt, die Lagerbedingungen sind angemessen und nicht zu hart.

Zusätzlich eignet sich Nickel für die Verbindung mit Aluminium und für dicke Platten, die Angriffen mehrerer Umwelteinflüsse standhalten.

Vor- und Nachteile von ENIG

Hier sind einige Vor- und Nachteile der ENIG-Oberflächenveredelung.

Vorteile

• Es erzeugt ebene Oberflächen
• Es bietet vollständig bleifreie Oberflächenveredelung für PCBs
• Es eignet sich gut für metallisierte Durchkontaktierungen (PTH)
• Es bietet längere Haltbarkeit für Leiterplatten

Nachteile

• Dieser Prozess ist aufgrund hoher Goldpreise am Markt sehr kostspielig
• Die Oberflächenveredelung ist nicht nacharbeitbar (non-reworkable)
• Black Nickel und Black Pad
• Die Oberflächenveredelung kann ET-Schäden verursachen
• Die Leiterbahnen auf der PCB können Signalverluste (HF/RF) erleiden
• Der gesamte ENIG-Prozess ist recht komplex

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