ENIG versus andere PCB-oppervlakteafwerkingen: waarom onderdompelingsgoud opvalt

Elektrodeloos nikkel immersiegoud (ENIG) heeft een reputatie opgebouwd als een premium PCB-oppervlakteafwerking, gewaardeerd om zijn betrouwbaarheid, soldeerbaarheid en compatibiliteit met hoogwaardige elektronica. Maar met alternatieven zoals HASL, immersie tin, OSP en immersie zilver die concurreren in de markt, hangt het kiezen van de juiste afwerking af van het balanceren van kosten, prestaties en toepassingsbehoeften. Deze gids vergelijkt ENIG met andere veelvoorkomende PCB-oppervlakteafwerkingen, waarbij hun sterke en zwakke punten en ideale gebruiksscenario's worden uitgesplitst - waardoor ingenieurs en kopers weloverwogen beslissingen kunnen nemen voor hun projecten.

Belangrijkste punten
 1. ENIG biedt superieure soldeerbaarheid, corrosiebestendigheid en houdbaarheid (>1 jaar) in vergelijking met de meeste afwerkingen, waardoor het ideaal is voor medische, lucht- en ruimtevaart- en zeer betrouwbare elektronica.
 2. Het vlakke oppervlak (±2μm tolerantie) ondersteunt componenten met fijne pitch (≤0,4 mm pitch), wat beter presteert dan de ongelijke afwerking van HASL (±10μm) in dichte ontwerpen.
 3. Hoewel ENIG 1,5–2,5x meer kost dan HASL of OSP, vermindert de betrouwbaarheid op lange termijn veldfouten met 60% in kritieke toepassingen.
 4. Geen enkele afwerking is geschikt voor alle behoeften: HASL blinkt uit in goedkope consumentenelektronica, immersie tin in loodvrije industriële systemen en OSP in kortlevende, snelle apparaten.

Wat is ENIG?
ENIG is een oppervlakteafwerking met twee lagen die via chemische depositie op koperen PCB-pads wordt aangebracht (geen elektriciteit vereist):

  1. Nikellaag (3–6μm): Werkt als een barrière tussen koper en goud, waardoor koperdiffusie in soldeerverbindingen wordt voorkomen en de mechanische sterkte wordt verbeterd.
  2. Gouden laag (0,05–0,2μm): Een dunne, zuivere gouden coating die nikkel beschermt tegen oxidatie, waardoor de soldeerbaarheid op lange termijn wordt gewaarborgd.

De elektrodeloze nikkeldepositie gebruikt een chemisch bad om pads gelijkmatig te coaten, zelfs op kleine of dicht opeengepakte kenmerken, terwijl het immersiegoud de bovenste laag nikkel vervangt via een redoxreactie - wat resulteert in een vlakke, consistente afwerking.

Hoe ENIG zich verhoudt tot andere PCB-oppervlakteafwerkingen
Elke oppervlakteafwerking heeft unieke eigenschappen die zijn afgestemd op specifieke toepassingen. De onderstaande tabel belicht de belangrijkste verschillen:

Diepe duik: ENIG vs. alternatieven
1. ENIG vs. HASL (Hot Air Solder Leveling)
HASL is de meest kosteneffectieve afwerking, waarbij gesmolten soldeer (loodvrij Sn-Cu of traditioneel Sn-Pb) wordt gebruikt dat via dompelen wordt aangebracht en vervolgens wordt geëgaliseerd met hete lucht.

a. ENIG Voordelen:
   Vlakheid: Cruciaal voor 0,4 mm pitch BGAs of QFNs - het ongelijke oppervlak van HASL (door soldeermensicus) verhoogt het risico op bruggen met 40% in ontwerpen met fijne pitch.
   Houdbaarheid: De gouden laag van ENIG is onbeperkt bestand tegen oxidatie, terwijl het soldeer van HASL na 12+ maanden aantast, waardoor de soldeerbaarheid afneemt.
   Prestaties bij hoge temperaturen: ENIG is bestand tegen 300°C+ reflow-cycli (ideaal voor elektronica onder de motorkap van auto's), terwijl HASL het risico loopt op soldeerballing boven 260°C.

b. HASL Voordelen:
  Kosten: 50–60% goedkoper dan ENIG, waardoor het ideaal is voor consumentenelektronica met grote volumes (bijv. tv's, routers) met grote componenten (≥0,8 mm pitch).
   Duurzaamheid: Dikkere soldeerlaag (5–25μm) is beter bestand tegen krassen dan het dunne goud van ENIG, handig voor handmatige hantering in goedkope assemblage.

c. Beste voor:
  ENIG: Medische apparaten, sensoren voor de lucht- en ruimtevaart, 5G-basisstations.
  HASL: Goedkope apparaten, LED-verlichting met grote pads.

2. ENIG vs. Immersie Tin
Immersie tin deponeert een dunne laag zuiver tin via een chemische reactie en biedt een vlakke, loodvrije afwerking.

a. ENIG Voordelen:
  Weerstand tegen tinwhiskers: ENIG heeft geen risico op geleidende tinwhiskers (kleine filamenten die kortsluiting veroorzaken), een probleem met immersie tin in vochtige omgevingen (≥60% RV).
  Corrosiebestendigheid: ENIG overleeft 1.000+ uur zoutnevel (ASTM B117), versus 300+ uur voor immersie tin - cruciaal voor maritiem of industrieel gebruik.
  Betrouwbaarheid van soldeerverbindingen: De nikellaag van ENIG vormt sterkere intermetallische bindingen met soldeer, waardoor verbindingsfouten in trillingsgevoelige apparaten (bijv. drones) worden verminderd.

b. Immersie Tin Voordelen:
  Kosten: 30–40% goedkoper dan ENIG, met een vergelijkbare vlakheid - geschikt voor industriële controllers van gemiddelde kwaliteit (0,5 mm pitch).
  Loodvrije naleving: Zuiver tin voldoet aan strenge RoHS-normen zonder nikkel, wat aantrekkelijk is voor markten met nikkelbeperkingen (bijv. sommige medische apparaten).

c. Beste voor:
  ENIG: Implanteerbare medische apparaten, PCB's voor de lucht- en ruimtevaart.
  Immersie Tin: Automotive ADAS, industriële motoraandrijvingen.

3. ENIG vs. OSP (Organic Solderability Preservative)
OSP is een dunne organische film (benzotriazolederivaten) die koper beschermt tegen oxidatie en oplost tijdens het solderen om vers koper bloot te leggen.

a. ENIG Voordelen:
  Houdbaarheid: ENIG gaat >1 jaar mee in opslag, terwijl OSP in 3–6 maanden degradeert - cruciaal voor projecten met lange doorlooptijden (bijv. militaire hardware).
  Bewerkingstolerantie: Overleeft 5+ reflow-cycli, versus 1–2 voor OSP, waardoor het gemakkelijker is om veldfouten te repareren.
  Milieubestendigheid: OSP lost op in vocht of chemicaliën, terwijl ENIG bestand is tegen oliën, reinigingsmiddelen en vochtigheid.

b. OSP Voordelen:
  Kosten: 50–60% goedkoper dan ENIG, met minimale impact op de signaalintegriteit - ideaal voor snelle PCB's (5G, 100 Gbps datalinks) waar metalen lagen signaalverlies veroorzaken.
  Ultra-vlak oppervlak: ±1μm tolerantie is geschikt voor componenten met een pitch van 0,4 mm, zonder metalen laag om de impedantiecontrole te compliceren.

c. Beste voor:
  ENIG: Apparaten met een lange levensduur en een ruwe omgeving (sensoren voor olieplatforms, satellieten).
  OSP: Kortlevende consumentenelektronica (smartphones, wearables), hoogfrequente PCB's.

4. ENIG vs. Immersie Zilver
Immersie zilver deponeert een dunne zilverlaag via een chemische reactie en biedt een balans tussen kosten en prestaties.

a. ENIG Voordelen:
  Aantastingsbestendigheid: Zilver wordt aangetast (zwart) in een hoge luchtvochtigheid (>60% RV) of zwavelrijke omgevingen (bijv. industriële fabrieken), waardoor de soldeerbaarheid afneemt. De gouden laag van ENIG is volledig bestand tegen aantasting.
  Sterkte van soldeerverbindingen: De nikkel-soldeerbinding van ENIG is 30% sterker dan zilver-soldeer, cruciaal voor toepassingen met hoge trillingen (bijv. motorruimtes van auto's).
  Consistentie: Immersie zilver kan last hebben van 'zilvermigratie' (dendrietgroei) in hoogspannings-PCB's, waardoor het risico op kortsluiting ontstaat. ENIG vermijdt dit probleem.

b. Immersie Zilver Voordelen:
  Snelheid: Snellere verwerking dan ENIG (5–10 minuten versus 30–45 minuten), waardoor de doorlooptijden voor tijdgevoelige projecten worden verkort.
  Kosten: 30–40% goedkoper dan ENIG, met een betere geleidbaarheid dan tin of OSP - geschikt voor telecomapparatuur (routers, basisstations).

c. Beste voor:
  ENIG: Zeer betrouwbare hoogspanningssystemen (EV-omvormers, lucht- en ruimtevaart).
  Immersie Zilver: Telecom, militaire PCB's met matige blootstelling aan vochtigheid.

Veelvoorkomende uitdagingen met ENIG (en hoe deze te verminderen)
Hoewel ENIG superieure prestaties biedt, heeft het unieke uitdagingen die zorgvuldige fabricage vereisen:
1. Zwart pad-defect
“Zwart pad” treedt op wanneer nikkel corrodeert tijdens de gouddepositie, waardoor een brosse, niet-soldeerbare laag ontstaat op het nikkel-goud-grensvlak. Het wordt veroorzaakt door:

a. Over-etsen van nikkel tijdens goudimmersie.
b. Verontreinigde goudbadbaden.

Vermindering:

a. Gebruik gecertificeerde fabrikanten met IPC-4552-naleving (normen voor nikkel-goud-afwerkingen).
b. Inspecteer dwarsdoorsneden van ENIG-pads om de nikkelintegriteit te verifiëren (geen zwarting).

2. Kosten
De hogere prijs van ENIG (1,8–2,5x HASL) kan onbetaalbaar zijn voor producten met een lage marge.

Vermindering:

a. Gebruik ENIG selectief: Alleen op kritieke pads (bijv. BGAs) en HASL op niet-kritieke gebieden (doorlopende pinnen).
b. Onderhandel voor productie met grote volumes over bulkprijzen met fabrikanten.

3. Gouddiktecontrole
Overmatig goud (>0,2μm) veroorzaakt soldeerverbrossing (zwakke verbindingen), terwijl onvoldoende goud (<0,05μm) nikkel blootlegt.

Vermindering:

a. Specificeer een goudlaag van 0,05–0,1μm voor de meeste toepassingen.
b. Gebruik röntgenfluorescentie (XRF) om de dikte tijdens QC te verifiëren.

Hoe de juiste afwerking te kiezen
Het selecteren van een oppervlakteafwerking hangt af van 5 belangrijke factoren:
1. Component Pitch
a.≤0,4 mm pitch: ENIG, OSP of immersie tin (vlakke afwerkingen).
b.≥0,8 mm pitch: HASL (kosteneffectief) of immersie zilver.

2. Houdbaarheid
a. 1 jaar: ENIG (ideaal) of immersie tin.
b. 3–6 maanden: OSP of immersie zilver.

3. Blootstelling aan het milieu
a. Hoge luchtvochtigheid/zout: ENIG (1.000+ uur zoutnevel).
b. Lage luchtvochtigheid: Immersie tin, zilver of HASL.
c. Zwavel/chemicaliën: ENIG (bestand tegen corrosie).

4. Gevoeligheid voor kosten
a. Budgetgericht: HASL of OSP.
b. Middenklasse: Immersie tin of zilver.
c. Zeer betrouwbaar: ENIG (gerechtvaardigd door lagere uitvalpercentages).

5. Industriële normen
a. Medisch (ISO 13485): ENIG (biocompatibiliteit, lange houdbaarheid).
b. Automotive (IATF 16949): ENIG of immersie tin (trillingsbestendigheid).
c. Lucht- en ruimtevaart (AS9100): ENIG (prestaties bij extreme temperaturen).

Voorbeelden van toepassingen in de praktijk
1. Medische implanteerbare apparaten
Behoefte: Biocompatibiliteit, houdbaarheid van 5+ jaar, corrosiebestendigheid.
Afwerking: ENIG (nikkel-goud is inert; bestand tegen lichaamsvloeistoffen).
Resultaat: 99,9% betrouwbaarheid in pacemakers en neurostimulatoren.

2. 5G-basisstations
Behoefte: 0,4 mm BGA-compatibiliteit, signaalintegriteit met hoge frequentie.
Afwerking: ENIG (vlak oppervlak minimaliseert signaalverlies; goud is bestand tegen corrosie buitenshuis).
Resultaat: 30% minder signaalfouten versus HASL in veldproeven.

3. Consumentensmartphones
Behoefte: Lage kosten, componenten met een pitch van 0,4 mm, korte houdbaarheid (6 maanden).
Afwerking: OSP (goedkoopste vlakke afwerking; voldoende voor de levensduur van het apparaat).
Resultaat: 50% lagere kosten per eenheid versus ENIG, met acceptabele betrouwbaarheid.

4. EV-batterijbeheersystemen
Behoefte: Hoge trillingsbestendigheid, 125°C bedrijfstemperatuur, 0,5 mm pitch.
Afwerking: ENIG (sterke soldeerverbindingen; nikkel is bestand tegen hoge temperaturen).
Resultaat: 70% vermindering van veldfouten versus immersie zilver.

Veelgestelde vragen
V: Is ENIG compatibel met loodvrij soldeer?
A: Ja. ENIG werkt met Sn-Ag-Cu (SAC) loodvrije soldeersels en vormt sterke intermetallische bindingen (Cu₆Sn₅ en Ni₃Sn₄) die voldoen aan de RoHS-vereisten.

V: Kan ENIG worden gebruikt op flexibele PCB's?
A: Ja. ENIG hecht goed aan gewalst koper (gebruikt in flexibele PCB's), waarbij nikkel flexibiliteit biedt om buigen te weerstaan (10.000+ cycli).

V: Hoe beïnvloedt ENIG hoogfrequente signalen?
A: De dunne gouden laag van ENIG (0,05–0,2μm) heeft minimale impact op de impedantie, waardoor het geschikt is voor 5G (28 GHz+) en radar (60 GHz+) PCB's - en beter presteert dan dikkere afwerkingen zoals HASL.

V: Wat is de minimale padgrootte voor ENIG?
A: ENIG coate betrouwbaar pads van slechts 0,2 mm × 0,2 mm, waardoor het ideaal is voor 01005 passieven en micro-BGAs.

V: Is ENIG milieuvriendelijker dan andere afwerkingen?
A: ENIG gebruikt minder goud dan elektrolytisch vergulden, waardoor de impact op het milieu wordt verminderd. Het is loodvrij en RoHS-conform, hoewel de verwijdering van nikkel een juiste behandeling vereist.

Conclusie
ENIG onderscheidt zich als een premium oppervlakteafwerking voor zeer betrouwbare, hoogwaardige PCB's en biedt ongeëvenaarde soldeerbaarheid, corrosiebestendigheid en compatibiliteit met fijne pitch. Hoewel alternatieven zoals HASL, immersie tin, OSP en immersie zilver uitblinken in specifieke gebruiksscenario's - kosten, doorlooptijd of kortetermijntoepassingen - blijft ENIG de gouden standaard voor kritieke elektronica in de medische, lucht- en ruimtevaart- en auto-industrie.

Door de selectie van de afwerking af te stemmen op de toepassingsbehoeften - component pitch, houdbaarheid, omgeving en budget - kunnen ingenieurs prestaties en kosten effectief in evenwicht brengen. Voor projecten waarbij falen geen optie is, valt de hogere initiële kostprijs van ENIG in het niet bij de besparingen op lange termijn door minder veldfouten en garantieclaims.