ENEPIG vs. ENIG: Het kiezen van de juiste PCB-oppervlakteafwerking voor uw toepassing

Bij de productie van PCB's is de oppervlakteafwerking een cruciaal maar vaak over het hoofd gezien onderdeel dat van invloed is op de soldeerbaarheid, corrosiebestendigheid en langdurige betrouwbaarheid. Twee van de meest populaire hoogwaardige afwerkingen zijn ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) en ENEPIG (Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold). Hoewel beide nikkel- en goudlagen gebruiken, maken hun verschillende structuren ze beter geschikt voor specifieke toepassingen - van consumentenelektronica tot lucht- en ruimtevaartsystemen.

Deze gids beschrijft de verschillen tussen ENEPIG en ENIG en vergelijkt hun samenstelling, productieprocessen, prestatiekenmerken en ideale gebruiksscenario's. Of u nu prioriteit geeft aan kosten, soldeerbaarheid of weerstand tegen zware omstandigheden, het begrijpen van deze afwerkingen helpt u weloverwogen beslissingen te nemen die aansluiten bij de eisen van uw PCB.

Wat zijn ENIG en ENEPIG?
Zowel ENIG als ENEPIG zijn op immersie gebaseerde oppervlakteafwerkingen die zijn ontworpen om koperen sporen te beschermen tegen oxidatie en tegelijkertijd een soldeerbaar oppervlak te bieden. Hun gelaagde structuren onderscheiden hen:

ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold)
ENIG bestaat uit twee lagen die worden aangebracht op blootliggende koperen pads:

a. Electroless Nickel (Ni): Een laag van 5–15 μm dik die fungeert als een barrière tussen koper en goud en diffusie voorkomt. Het zorgt voor hardheid en corrosiebestendigheid.
b. Immersion Gold (Au): Een dunne laag van 0,05–0,2 μm die het nikkel beschermt tegen oxidatie en uitstekende soldeerbaarheid garandeert.

ENEPIG (Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold)
ENEPIG voegt een palladiumlaag toe aan de structuur, waardoor een drielaagse afwerking ontstaat:

a. Electroless Nickel (Ni): 5–15 μm dik, hetzelfde als ENIG, en dient als basisbarrière.
b. Electroless Palladium (Pd): Een laag van 0,1–0,5 μm tussen nikkel en goud die de corrosiebestendigheid verbetert en nikkel-goud diffusie voorkomt.
c. Immersion Gold (Au): 0,05–0,2 μm dik, vergelijkbaar met ENIG, maar met een betere hechting dankzij de palladiumlaag.

Hoe ENIG en ENEPIG worden geproduceerd
De productieprocessen voor deze afwerkingen vertonen overeenkomsten, maar verschillen in belangrijke stappen, wat van invloed is op hun prestaties:

ENIG productieproces
1. Reiniging: Koperen oppervlakken worden gereinigd om oliën, oxiden en verontreinigingen te verwijderen.
2. Micro-etsen: Een milde zuurets creëert een ruw koperen oppervlak om de hechting van nikkel te verbeteren.
3. Electroless Nickel Deposition: Nikkel wordt afgezet via een chemische reactie (geen elektriciteit), waardoor een uniforme laag over koper wordt gevormd.
4. Immersion Gold Deposition: Goud vervangt nikkel aan het oppervlak via een galvanische reactie, waardoor een dunne, beschermende laag ontstaat.

ENEPIG productieproces
1. Reiniging en micro-etsen: hetzelfde als ENIG om het koperen oppervlak voor te bereiden.
2. Electroless Nickel Deposition: Identiek aan ENIG, waarbij de basislaag wordt gevormd.
3. Electroless Palladium Deposition: Palladium wordt chemisch afgezet over nikkel, waardoor een barrière ontstaat die voorkomt dat nikkel reageert met goud.
4. Immersion Gold Deposition: Goud vervangt palladium aan het oppervlak, waarbij de palladiumlaag een sterkere hechting garandeert dan ENIG.

Belangrijkste verschillen in prestaties
De toevoeging van palladium in ENEPIG creëert verschillende prestatiekenmerken in vergelijking met ENIG:
1. Soldeerbaarheid
   ENIG: Uitstekende initiële soldeerbaarheid, maar nikkel kan na verloop van tijd broze intermetallische verbindingen (IMC's) vormen met soldeer, vooral met loodvrije soldeersels (bijv. SAC305). Dit kan de sterkte van de verbinding verminderen in toepassingen bij hoge temperaturen.
   ENEPIG: De palladiumlaag fungeert als buffer, waardoor de IMC-vorming wordt vertraagd en de soldeerbaarheid behouden blijft, zelfs na meerdere reflow-cycli (tot 5–10 vs. 3–5 voor ENIG). Dit maakt het ideaal voor PCB's die nabewerking of meerdere montagestappen vereisen.

2. Corrosiebestendigheid
   ENIG: Nikkel biedt een goede corrosiebestendigheid, maar gaatjes in de dunne goudlaag kunnen nikkel blootstellen aan vocht, wat leidt tot 'black pad'-defecten - gecorrodeerd nikkel dat de soldeerbaarheid aantast.
   ENEPIG: Palladium vult gaatjes in de goudlaag en is corrosiebestendiger dan nikkel, waardoor het risico op black pad met 70–80% wordt verminderd. Het presteert beter in vochtige of zoute omgevingen (bijv. marine-elektronica).

3. Draadverbindingsmogelijkheid
   ENIG: Acceptabel voor gouddraadverbindingen (gebruikelijk in halfgeleiderverpakkingen), maar de dunne goudlaag kan slijten bij meerdere verbindingen.
   ENEPIG: De palladiumlaag verbetert de hechting van goud, waardoor het geschikt is voor zowel goud- als aluminiumdraadverbindingen. Het ondersteunt hogere verbindingsaantallen (1000+ vs. 500–800 voor ENIG) zonder degradatie.

4. Kosten
   ENIG: Lagere kosten vanwege minder materialen en stappen - doorgaans 10–20% goedkoper dan ENEPIG voor equivalente PCB-volumes.

   ENEPIG: De palladiumlaag voegt materiaal- en verwerkingskosten toe, waardoor het duurder is, maar vaak gerechtvaardigd door de verbeterde betrouwbaarheid.

Vergelijkende tabel: ENIG vs. ENEPIG

Ideale toepassingen voor ENIG
De balans tussen prestaties en kosten van ENIG maakt het geschikt voor veel gangbare toepassingen:
1. Consumentenelektronica
Smartphones, laptops en tablets: ENIG biedt voldoende corrosiebestendigheid voor gebruik binnenshuis en ondersteunt componenten met fijne pitch (0,4 mm BGA) tegen lagere kosten.
Draagbare apparaten: De dunne goudlaag werkt goed voor kleine apparaten met een laag vermogen waarbij nabewerking zeldzaam is.

2. Industriële besturingen
PLC's en sensoren: ENIG kan omgaan met gematigde temperaturen (tot 125°C) en af en toe blootstelling aan stof of vocht, waardoor het een kosteneffectieve keuze is voor fabrieksomgevingen.

3. Prototyping met een laag volume
De lagere kosten en brede beschikbaarheid van ENIG maken het ideaal voor prototypes en kleine batchproductie, waarbij de langetermijnbetrouwbaarheid minder cruciaal is dan het budget.

Ideale toepassingen voor ENEPIG
De superieure prestaties van ENEPIG rechtvaardigen de hogere kosten in veeleisende omgevingen:
1. Lucht- en ruimtevaart en defensie
Avionica en radarsystemen: ENEPIG is bestand tegen corrosie door vochtigheid en zoutnevel (cruciaal voor toepassingen in de lucht en op zee) en behoudt de soldeerbaarheid door extreme temperatuurcycli (-55°C tot 125°C).

2. Medische apparaten
Implanteerbare en diagnostische apparatuur: De palladiumlaag voorkomt black pad-defecten, waardoor biocompatibiliteit en langetermijnbetrouwbaarheid in steriele omgevingen of lichaamsvloeistoffen worden gegarandeerd.

3. Zeer betrouwbare automotive-elektronica
ADAS- en EV-vermogensmodules: ENEPIG is bestand tegen temperaturen onder de motorkap (tot 150°C) en herhaalde thermische cycli, waardoor het risico op defecten in soldeerverbindingen in veiligheidskritische systemen wordt verminderd.

4. Draadverbindingstoepassingen
Halfgeleiderverpakkingen en RF-modules: De compatibiliteit van ENEPIG met aluminiumdraadverbindingen en hogere verbindingsaantallen maakt het ideaal voor hoogfrequente apparaten (5G, radar).

Veelvoorkomende misvattingen
 A. 'ENEPIG is altijd beter dan ENIG': Niet waar - ENIG is voldoende voor veel toepassingen en de lagere kosten zijn een voordeel in prijsgevoelige markten.
 B. 'Het black pad-defect van ENIG is onvermijdelijk': Een goede procesbeheersing (bijv. het handhaven van de badchemie, het beperken van de goudlaagdikte) vermindert het risico op black pad tot<1% in kwaliteitsgerichte productie.
 C. 'Palladium in ENEPIG maakt het te duur': Voor toepassingen met een hoge betrouwbaarheid compenseren de langere levensduur en de lagere nabewerkingskosten van ENEPIG vaak de hogere initiële prijs.

Hoe te kiezen tussen ENIG en ENEPIG
Overweeg deze factoren om te beslissen:

1. Betrouwbaarheidseisen: Als uw PCB in zware omgevingen werkt (vocht, zout, extreme temperaturen) of meerdere reflows vereist, is ENEPIG de investering waard.
2. Kostengevoeligheid: Voor consumentenelektronica of projecten met een laag volume waarbij de langetermijnbetrouwbaarheid secundair is, biedt ENIG een betere waarde.
3. Montagebehoeften: ENEPIG heeft de voorkeur voor PCB's die nabewerking, draadverbindingen of loodvrije soldeersels vereisen (die nikkel meer belasten dan alternatieven met lood).
4. Industriële normen: Lucht- en ruimtevaart (AS9100) en medisch (ISO 13485) schrijven vaak ENEPIG voor vanwege de verbeterde betrouwbaarheid, terwijl consumentenelektronica ENIG kan accepteren.

FAQ
V: Kunnen ENIG en ENEPIG op dezelfde PCB worden gebruikt?
A: Ja, hoewel het ongebruikelijk is. Sommige ontwerpen gebruiken ENIG voor niet-kritieke pads en ENEPIG voor gebieden met een hoge betrouwbaarheid (bijv. voedingsconnectoren), maar dit verhoogt de complexiteit van de productie.

V: Hoe lang gaan ENIG- en ENEPIG-afwerkingen mee in opslag?
A: ENIG heeft een houdbaarheid van 6–12 maanden onder gecontroleerde omstandigheden (30°C, 60% RV), terwijl ENEPIG dit verlengt tot 12–18 maanden vanwege de palladiumlaag.

V: Is ENEPIG compatibel met loodvrije soldeersels?
A: Ja, en het presteert beter dan ENIG met loodvrije soldeersels (bijv. SAC305), omdat palladium de vorming van broze intermetallische verbindingen vermindert.

V: Wat veroorzaakt black pad in ENIG?
A: Over-etsen tijdens de goudafzetting of verontreiniging in het goudbad kan poreus nikkel creëren, dat corrodeert (zwart wordt) wanneer het wordt blootgesteld aan vocht.

V: Kan ENEPIG worden gebruikt voor componenten met fijne pitch (≤0,3 mm pitch)?
A: Ja, de uniforme laagstructuur maakt het geschikt voor BGA's en QFP's met fijne pitch, en presteert vaak beter dan ENIG bij het voorkomen van soldeerbruggen.

Conclusie
ENIG en ENEPIG zijn beide hoogwaardige oppervlakteafwerkingen, maar hun verschillende structuren maken ze beter geschikt voor specifieke toepassingen. ENIG blinkt uit in kostengevoelige, binnenshuis of scenario's met weinig nabewerking, terwijl de palladiumlaag van ENEPIG superieure corrosiebestendigheid, soldeerbaarheid en betrouwbaarheid biedt voor zware omgevingen en hoogwaardige systemen.

Door uw keuze af te stemmen op de bedrijfsomstandigheden, montagevereisten en het budget van uw PCB, zorgt u voor optimale prestaties en een lange levensduur. Voor veel engineers komt de beslissing neer op het balanceren van kosten en risico's - ENIG bespaart vooraf geld, terwijl ENEPIG het risico op storingen in kritieke toepassingen vermindert.