تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة ENIG: العملية، مراقبة الجودة، ومعايير الصناعة

صور معتمدة من العميل

أصبح النيكل الكهربائي الذهبي الغمر (ENIG) هو المعيار الذهبي لأسطح ثنائي الفينيل متعدد الكلور في الإلكترونيات عالية الموثوقية، من الأجهزة الطبية إلى أنظمة الفضاء. إن تركيبه الفريد من مقاومة التآكل وقابلية اللحام والتوافق مع المكونات ذات الخطوة الدقيقة يجعله ضروريًا لثنائي الفينيل متعدد الكلور الحديثة. ومع ذلك، يعتمد أداء ENIG بالكامل على الالتزام الصارم بعمليات التصنيع ومعايير الجودة. حتى الانحرافات الطفيفة يمكن أن تؤدي إلى حالات فشل كارثية مثل عيوب "الوسادة السوداء" أو وصلات اللحام الضعيفة. يستكشف هذا الدليل عملية تصنيع ENIG، وإجراءات مراقبة الجودة الحرجة، والمعايير العالمية التي تضمن نتائج متسقة وموثوقة.​

ما هو ENIG، ولماذا يهم​
ENIG عبارة عن طبقة نهائية سطحية من طبقتين يتم تطبيقها على وسادات النحاس في ثنائي الفينيل متعدد الكلور:​
   1. طبقة من النيكل (بسماكة 3-7 ميكرومتر) تعمل كحاجز ضد انتشار النحاس وتوفر أساسًا لوصلات لحام قوية.​
   2. طبقة من الذهب (بسماكة 0.05-0.2 ميكرومتر) تحمي النيكل من الأكسدة، مما يضمن قابلية اللحام على المدى الطويل.​

على عكس التشطيبات المطلية بالكهرباء، يستخدم ENIG تفاعلات كيميائية (وليس كهرباء) للترسيب، مما يتيح تغطية موحدة حتى على الأشكال الهندسية المعقدة مثل الثقوب الدقيقة و BGAs ذات الخطوة الدقيقة. وهذا يجعله مثاليًا لـ:​
  1. ثنائي الفينيل متعدد الكلور عالي التردد (5G، الرادار) حيث تكون سلامة الإشارة أمرًا بالغ الأهمية.​
  2. الأجهزة الطبية التي تتطلب التوافق الحيوي ومقاومة التآكل.​
  3. إلكترونيات الفضاء المعرضة لدرجات الحرارة والاهتزازات الشديدة.​

عملية تصنيع ENIG: خطوة بخطوة​
تطبيق ENIG هو عملية كيميائية دقيقة ذات ست مراحل حرجة. يجب التحكم في كل خطوة بإحكام لتجنب العيوب.​

1. المعالجة المسبقة: تنظيف السطح النحاسي​
قبل تطبيق ENIG، يجب أن تكون وسادات النحاس في ثنائي الفينيل متعدد الكلور نظيفة تمامًا. تمنع الملوثات مثل الزيوت أو الأكاسيد أو بقايا التدفق الالتصاق المناسب للنيكل والذهب، مما يؤدي إلى الترقق.​
   أ. إزالة الشحوم: يتم غمر ثنائي الفينيل متعدد الكلور في منظف قلوي لإزالة الزيوت والمخلفات العضوية.​
   ب. الحفر الحمضي: يزيل الحمض الخفيف (مثل حمض الكبريتيك) الأكاسيد وينشئ سطحًا دقيقًا خشنًا لتحسين التصاق النيكل.​
   ج. الحفر الدقيق: يقوم محلول بيرسلفات الصوديوم أو بيروكسيد الهيدروجين بحفر السطح النحاسي إلى خشونة موحدة (Ra 0.2-0.4 ميكرومتر)، مما يضمن ربط طبقة النيكل بشكل آمن.​
المعلمات الحرجة:​
  أ. وقت التنظيف: 2-5 دقائق (التنظيف لفترة طويلة جدًا يسبب الحفر الزائد؛ التنظيف لفترة قصيرة جدًا يترك الملوثات).​
  ب. عمق الحفر: 1-2 ميكرومتر (يزيل الأكاسيد دون ترقيق الآثار الحرجة).​

2. ترسيب النيكل الكهربائي​
يتم غمر ثنائي الفينيل متعدد الكلور النظيف في حمام النيكل الكهربائي، حيث يتسبب تفاعل كيميائي في ترسيب سبيكة النيكل والفوسفور على السطح النحاسي.​
كيمياء التفاعل: يتم اختزال أيونات النيكل (Ni²⁺) في الحمام إلى نيكل معدني (Ni⁰) بواسطة عامل اختزال (عادةً هيبوفوسفيت الصوديوم). يتم دمج الفوسفور (5-12% بالوزن) في طبقة النيكل، مما يعزز مقاومة التآكل.​
ضوابط العملية:​
   أ. درجة الحرارة: 85-95 درجة مئوية (الاختلافات > ± 2 درجة مئوية تسبب ترسيبًا غير متساوٍ).​
   ب. الأس الهيدروجيني: 4.5-5.5 (الانخفاض الشديد يبطئ الترسيب؛ الارتفاع الشديد يسبب هطول هيدروكسيد النيكل).​
   ج. تحريك الحمام: يضمن توزيع النيكل بشكل موحد عبر ثنائي الفينيل متعدد الكلور.​
النتيجة: طبقة نيكل كثيفة وبلورية (بسماكة 3-7 ميكرومتر) تمنع انتشار النحاس وتوفر سطحًا قابلاً للحام.​

3. شطف ما بعد النيكل​
بعد ترسيب النيكل، يتم شطف ثنائي الفينيل متعدد الكلور جيدًا لإزالة المواد الكيميائية المتبقية في الحمام، والتي يمكن أن تلوث حمام الذهب اللاحق.​
  أ. الشطف متعدد المراحل: عادةً ما تكون 3-4 أحواض مياه، مع استخدام الشطف النهائي للمياه منزوعة الأيونات (DI) (نقاء 18 MΩ-cm) لتجنب الرواسب المعدنية.​
  ب. التجفيف: يمنع التجفيف بالهواء الدافئ (40-60 درجة مئوية) ظهور بقع الماء التي يمكن أن تشوه السطح.​

4. ترسيب الذهب الغمر​
يتم غمس ثنائي الفينيل متعدد الكلور في حمام ذهبي، حيث تحل أيونات الذهب (Au³⁺) محل ذرات النيكل في تفاعل كيميائي (إزاحة جلفانية)، مما يشكل طبقة ذهبية رقيقة.​
ديناميكيات التفاعل: أيونات الذهب أكثر نبلًا من النيكل، لذا تتأكسد ذرات النيكل (Ni⁰) إلى Ni²⁺، مما يؤدي إلى إطلاق الإلكترونات التي تقلل Au³⁺ إلى ذهب معدني (Au⁰). يشكل هذا طبقة ذهبية بسماكة 0.05-0.2 ميكرومتر مرتبطة بالنيكل.​
ضوابط العملية:​
   أ. درجة الحرارة: 70-80 درجة مئوية (درجات الحرارة المرتفعة تسرع الترسيب ولكنها تخاطر بسمك غير متساوٍ).​
   ب. الأس الهيدروجيني: 5.0-6.0 (يحسن معدل التفاعل).​
   ج. تركيز الذهب: 1-5 جم/لتر (الانخفاض الشديد يسبب ذهبًا رقيقًا وبقعيًا؛ الارتفاع الشديد يهدر المواد).​
الوظيفة الرئيسية: تحمي الطبقة الذهبية النيكل من الأكسدة أثناء التخزين والتعامل معه، مما يضمن قابلية اللحام لمدة تصل إلى 12 شهرًا أو أكثر.​

5. معالجة ما بعد الذهب​
بعد ترسيب الذهب، يخضع ثنائي الفينيل متعدد الكلور للتنظيف والتجفيف النهائيين للتحضير للاختبار والتجميع.​
  أ. الشطف النهائي: شطف بماء DI لإزالة بقايا الحمام الذهبي.​
  ب. التجفيف: تجفيف بدرجة حرارة منخفضة (30-50 درجة مئوية) لتجنب الإجهاد الحراري على التشطيب.​
  ج. التخميل الاختياري: يطبق بعض المصنعين طلاءًا عضويًا رقيقًا لتعزيز مقاومة الذهب لزيوت الأصابع أو الملوثات البيئية.​

6. المعالجة (اختياري)​
بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب أقصى صلابة، قد يخضع تشطيب ENIG للمعالجة الحرارية:​
  أ. درجة الحرارة: 120-150 درجة مئوية لمدة 30-60 دقيقة.​
  ب. الغرض: يحسن تبلور النيكل والفوسفور، مما يعزز مقاومة التآكل للموصلات عالية الدورة.​

اختبارات مراقبة الجودة الحرجة لـ ENIG​
يعتمد أداء ENIG على مراقبة الجودة الصارمة. يستخدم المصنعون هذه الاختبارات للتحقق من صحة كل دفعة:​
1. قياس السُمك​
الطريقة: قياس طيفي لفلورة الأشعة السينية (XRF)، والذي يقيس بشكل غير مدمر سمك النيكل والذهب عبر 10+ نقاط لكل ثنائي الفينيل متعدد الكلور.​
معايير القبول:​
  النيكل: 3-7 ميكرومتر (لكل IPC-4552 الفئة 3).​
  الذهب: 0.05-0.2 ميكرومتر (لكل IPC-4554).​
لماذا يهم: النيكل الرقيق (0.2 ميكرومتر) يزيد التكلفة دون فائدة ويمكن أن يسبب وصلات لحام هشة.​

2. اختبار قابلية اللحام​
الطريقة: IPC-TM-650 2.4.10 "قابلية لحام الطلاءات المعدنية." تتعرض ثنائي الفينيل متعدد الكلور للرطوبة (85 درجة مئوية/85% رطوبة نسبية لمدة 168 ساعة) ثم يتم لحامها لاختبار العينات.​
معايير القبول: يجب أن تظهر ≥95% من وصلات اللحام ترطيبًا كاملاً (عدم التبلل أو عدم التبلل).​
وضع الفشل: تشير قابلية اللحام الضعيفة إلى عيوب الطبقة الذهبية (مثل المسامية) أو أكسدة النيكل.​

3. مقاومة التآكل​
الطريقة: اختبار رش الملح ASTM B117 (محلول 5% NaCl، 35 درجة مئوية، 96 ساعة) أو اختبار الرطوبة IPC-TM-650 2.6.14 (85 درجة مئوية/85% رطوبة نسبية لمدة 1000 ساعة).​
معايير القبول: لا يوجد تآكل أو أكسدة أو تغير في اللون على الوسادات أو الآثار.​
الأهمية: أمر بالغ الأهمية للإلكترونيات الخارجية (محطات قاعدة 5G) أو التطبيقات البحرية.​

4. اختبار الالتصاق​
الطريقة: IPC-TM-650 2.4.8 "قوة تقشير الطلاءات المعدنية." يتم تطبيق شريط من الشريط اللاصق على التشطيب وتقشيره للخلف بزاوية 90 درجة.​
معايير القبول: لا يوجد ترقق أو إزالة للطلاء.​
إشارة الفشل: يشير الالتصاق الضعيف إلى معالجة مسبقة غير كافية (ملوثات) أو ترسيب غير صحيح للنيكل.​

5. الكشف عن الوسادة السوداء​
"الوسادة السوداء" هي العيب الأكثر رعبًا في ENIG: طبقة هشة ومسامية بين الذهب والنيكل ناتجة عن ترسيب غير صحيح للنيكل والفوسفور.​
الطرق:​
   أ. الفحص البصري: تحت التكبير (40x)، تظهر الوسادة السوداء كطبقة داكنة ومتشققة.​
   ب. المجهر الإلكتروني الماسح (SEM): يكشف عن المسامية وواجهة النيكل والذهب غير المتساوية.​
   ج. اختبار القص لوصلة اللحام: تتسبب الوسادة السوداء في انخفاض قوة القص بنسبة 50%+ مقارنة بـ ENIG الجيد.​
الوقاية: تحكم صارم في الأس الهيدروجيني ودرجة حرارة حمام النيكل، وتحليل الحمام بانتظام لتجنب الفوسفور الزائد (>12%).​

المعايير العالمية التي تحكم ENIG​
يتم تنظيم تصنيع ENIG من خلال العديد من المعايير الرئيسية لضمان الاتساق:​

عيوب ENIG الشائعة وكيفية تجنبها​
حتى مع الضوابط الصارمة، يمكن أن يتطور ENIG إلى عيوب. إليك كيفية منعها:​

ENIG مقابل التشطيبات الأخرى: متى تختار ENIG​
ENIG ليس الخيار الوحيد، ولكنه يتفوق على البدائل في المجالات الرئيسية:​

ENIG هو الخيار الواضح للتطبيقات عالية الموثوقية أو عالية التردد أو ذات الخطوة الدقيقة حيث يكون الأداء على المدى الطويل أمرًا بالغ الأهمية.​

الأسئلة الشائعة​
س: هل ENIG مناسب للحام الخالي من الرصاص؟​
ج: نعم. تشكل طبقة النيكل في ENIG مواد معدنية قوية مع اللحامات الخالية من الرصاص (مثل SAC305)، مما يجعلها مثالية للأجهزة المتوافقة مع RoHS.​

س: إلى متى يظل ENIG قابلاً للحام؟​
ج: تحافظ ثنائي الفينيل متعدد الكلور ENIG المخزنة بشكل صحيح (في عبوات محكمة الإغلاق) على قابلية اللحام لمدة 12-24 شهرًا، وهي أطول بكثير من OSP (3-6 أشهر) أو HASL (6-9 أشهر).​

س: هل يمكن استخدام ENIG على ثنائي الفينيل متعدد الكلور المرنة؟​
ج: بالتأكيد. يلتصق ENIG جيدًا بركائز البولي إيميد ويتحمل الانحناء دون تشقق، مما يجعله مناسبًا للأجهزة المرنة القابلة للارتداء والطبية.​

س: ما هي تكلفة ENIG مقارنة بـ HASL؟​
ج: تكلف ENIG أكثر بنسبة 30-50% من HASL ولكنها تقلل التكاليف على المدى الطويل عن طريق تقليل حالات الفشل في التطبيقات عالية الموثوقية.

الخلاصة​
ENIG عبارة عن تشطيب سطحي متطور يتطلب الدقة في كل مرحلة من مراحل التصنيع - من المعالجة المسبقة إلى ترسيب الذهب. عند تنفيذه وفقًا للمعايير العالمية (IPC-4552، IPC-4554) والتحقق من صحته من خلال الاختبارات الصارمة، فإنه يوفر مقاومة تآكل لا مثيل لها، وقابلية اللحام، والتوافق مع تصميمات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الحديثة.​
بالنسبة للمصنعين والمهندسين، يعد فهم عملية ENIG ومتطلبات الجودة أمرًا ضروريًا للاستفادة من فوائدها. من خلال الشراكة مع الموردين الذين يعطون الأولوية للضوابط الصارمة وإمكانية التتبع، يمكنك التأكد من أن ثنائي الفينيل متعدد الكلور الخاصة بك تلبي متطلبات التطبيقات الطبية والفضاء و 5G وغيرها من التطبيقات الهامة.​
ENIG ليس مجرد تشطيب - إنه التزام بالموثوقية.​
الخلاصة الرئيسية: يعتمد أداء ENIG على إتقان عملياته الكيميائية وإنفاذ مراقبة الجودة الصارمة. عند القيام بذلك بشكل صحيح، فهو أفضل تشطيب سطحي للإلكترونيات عالية الموثوقية.​