2025-07-28
في عالم تصنيع أقراص PCB، التشطيبات السطحية هي الأبطال غير المشهورين الذين يحمون الأغطية النحاسية، وضمان اللحام الموثوق به، ويمدد عمر اللوحة.من بين أكثر التشطيبات الموثوق بها هو الذهب الغمر النيكل بدون كهرباء (ENIG)ولكن ما الذي يجعل ENIG فعالًا جدًا؟ الجواب يكمن في بنيته ذات الطبقتين: قاعدة من النيكل الغمر،مغطاة بطبقة رقيقة من الذهب الغمرفي حين أن الذهب يحصل على الكثير من الاهتمام لمقاومته للتآكل، طبقة النيكل هو حصان العمل غير المشهور، بدونها، ENIG تفشل.هذا هو السبب في أن النيكل غير قابل للتفاوض قبل الذهب، وكيف يضمن أداء PCBs في التطبيقات الحرجة.
دور النيكل المغمور: أكثر من مجرد طبقة متوسطة
يقع النيكل الغمر بين وسائد النحاس في PCBs والطبقة الذهبية الخارجية ، ويخدم ثلاثة وظائف لا يمكن استبدالها تجعل ENIG المعيار الذهبي للإلكترونيات عالية الموثوقية.
1حماية الحاجز: وقف انتشار النحاس
النحاس موصل ممتاز، لكنه يتفاعل كيميائياً، خاصة عندما يتعرض للذهب. بدون حاجز، تنتقل ذرات النحاس إلى طبقة الذهب بمرور الوقت، وهي عملية تسمى الانتشار.هذا الخلط يفسد سلامة الذهبوالنتيجة ضعف مفاصل اللحام وتدهور الإشارة والفشل المبكر
يعمل النيكل الغمر كجدار حماية كيميائي. بنيته البلورية كثيفة بما فيه الكفاية لمنع أيونات النحاس من الوصول إلى الذهب ، حتى في بيئات عالية الحرارة (على سبيل المثال ، أثناء لحام التدفق).أظهرت الاختبارات أن طبقة النيكل 3 5μm تقلل من انتشار النحاس بأكثر من 99٪ مقارنة بالذهب المطبوق مباشرة على النحاس.
| سيناريو | معدل انتشار النحاس (أكثر من 6 أشهر) | التأثير على أداء PCB |
|---|---|---|
| الذهب مباشرة على النحاس | 5~10 ميكرومتر/شهر | الأكسدة، مفاصل اللحام الهشة، فقدان الإشارة |
| الذهب أكثر من 3 ميكرومتر من النيكل | < 0.1 ميكرومتر/شهر | لا توجد أكسدة ، مفاصل اللحام المستقرة |
2تحسين قابلية اللحام: أساس المفاصل القوية
بالنسبة لـ PCB ، لا تتعلق قابلية اللحام فقط بـ "التلصق" بها ، بل تتعلق بتشكيل روابط قوية ومتسقة تتحمل دورات درجة الحرارة والاهتزاز والوقت. يجعل النيكل الغمر هذا ممكناً.
a.سطح مسطح ومتساوي: على عكس النحاس العاري (الذي يتأكسد بسرعة) أو التشطيبات الخام (مثل HASL) ، يخلق النيكل قاعدة ناعمة ومتساوية لللحام. وهذا يضمن انتشار اللحام بالتساوي عبر الوسائد.الحد من العيوب مثل كرات اللحام أو مفاصل البرد.
b.تكوين متعدد المعادن المتحكم به: أثناء اللحام ، يتفاعل النيكل مع القصدير في اللحام لتشكيل Ni3Sn4 ، وهو مركب متعدد المعادن القوي الذي يقفل المفصل في مكانه.النحاس يتفاعل مع القصدير لتشكيل Cu6Sn5والتي هي هشة و عرضة للكسر تحت الضغط.
وجدت دراسة أجرتها اللجنة الدولية للصناعة أن مفاصل اللحام ENIG (مع النيكل) تتحمل دورات حرارية أكثر بثلاثة أضعاف (-55 درجة مئوية إلى 125 درجة مئوية) من المفاصل التي تستخدم النحاس المطلي بالذهب بدون النيكل.
3المقاومة الميكانيكية: منع التشطيب والارتداء
تتعرض PCBs للضغوط الميكانيكية المستمرة من إدخال / إزالة الموصلات إلى الاهتزاز في بيئات السيارات أو الفضاء الجوي. يضيف النيكل الغمر صلابة حاسمة:
الالتصاق: يرتبط النيكل بشكل وثيق بالنحاس والذهب ، مما يمنع التشريح (القشرة) الذي يعرض النحاس الأساسي للتآكل.
مقاومة الارتداء: في حين أن الذهب ناعم ، فإن صلابة النيكل (200 ′′ 300 HV) تحمي النهاية من الخدوش أثناء التعامل أو التجميع ، وهو أمر لا بد منه لـ PCBs في الأجهزة القوية مثل أجهزة الاستشعار الصناعية.
عملية ENIG: كيف يعمل النيكل والذهب معاً
ENIG ليس فقط "طلاء النيكل ثم الذهب"إنها عملية كيميائية دقيقة تعتمد على الخصائص الفريدة لكل طبقة.
الخطوة 1: ترسب النيكل عن طريق الغمر
يتم أولاً تنظيف وسائد النحاس في PCB لإزالة الأكسيدات ، ثم تغمر في حمام الفوسفور والنيكل. على عكس الغسيل الكهربائي (الذي يستخدم الكهرباء) ، يتشكل النيكل الغمر عن طريق تفاعل كيميائي:يتم تقليل أيونات النيكل في الحمام وترسب على سطح النحاس، في حين أن النحاس يتأكسد و يذوب في المحلول.
أ،الكتلة مهمة: يتم التحكم في طبقات النيكل بدقة بين 3 ¢ 7μm. رقيقة جدا (< 3μm) وتفشل كحاجز؛ سميكة جدا (> 7μm) وتصبح هشة، مما يسبب الشقوق أثناء الانحناء.
محتوى الفوسفور: تحتوي معظم النيكل ENIG على 7 ٪ إلى 11 ٪ من الفوسفور ، مما يعزز مقاومة التآكل ويقلل من الإجهاد في الطبقة.
الخطوة الثانية: إيداع الذهب عن طريق الغمر
بمجرد تشديد طبقة النيكل ، يتم غمر PCB في حمام ذهب. تحل أيونات الذهب محل ذرات النيكل على السطح (عملية تسمى طبقة التنقل) ، وتشكل طبقة رقيقة (0.05 ‰ 0.02).2μm) التي تغلق النيكل.
دور الذهب هو حماية النيكل من الأكسدة قبل اللحام.انها رقيقة بما فيه الكفاية لذوبان في لحام أثناء التجميع (معرّضة النيكل لتشكيل بين المعادن) ولكن سميكة بما فيه الكفاية لمقاومة التلوث أثناء التخزين (حتى 12+ أشهر).
لماذا لا يمكن تخطي هذه العملية ذات الخطوتين
الذهب وحده لا يمكن أن يحل محل طبقة النيكل الذهب ناعم جداً ليحجب انتشار النحاسيخلق الذهب المغطى مباشرة على النحاس زوجًا غالفانيًا (تأثير يشبه البطارية) يسرع التآكلسحر ENIG يكمن في التآزر: النيكل يمنع الانتشار ويمكّن اللحام القوي، في حين يحمي الذهب النيكل من الأكسدة.
ما الذي يحدث عندما يتم تخطي النيكل؟
يحاول بعض المصنعين خفض التكاليف عن طريق تخطي النيكل أو استخدام طبقات أقل من المتوسط،لكن العواقب خطيرة، وخاصة بالنسبة لـ"بي سي بي" في التطبيقات الحرجة مثل الأجهزة الطبية أو أنظمة الطيران.
1فشل الوسادة السوداء: أكثر الكوارث شيوعًا
الـ"بادي الأسود" عيبٌ مخيفٌ حيث تتعرض طبقة النيكل للخطر، تاركةً بقاياً داكنةً متسطحةً بين الذهب والنحاس. يحدث ذلك عندما يكون النيكل رقيقًا جدًا، ومطليًا بشكل سيء،أو تتعرض للملوثاتبدون حاجز نيكل سليم، تتحطم واجهة الذهب والنحاس، مما يجعل اللحام مستحيلاً.
وجدت دراسة أجرتها اللجنة الدولية للصناعات الجوية أن 80% من فشل ENIG في PCBs في مجال الطيران يعود إلى طبقات النيكل غير الكافية ، مما يكلف المصنعين في المتوسط 50،000 دولار لكل دفعة في إعادة العمل والتأخير.
2التآكل والأكسدة
النيكل أكثر مقاومة للتآكل من النحاس، بدونه، تتأكسد وسائد النحاس بسرعة، حتى في تخزين خاضع للتحكم.مما يؤدي إلى "المفاصل الجافة" التي تفشل تحت الحمل الكهربائيعلى سبيل المثال، أبلغت شركة اتصالات تستخدم أقراص PCB مطلية بالذهب (خالية من النيكل) في محطات قاعدة 5G عن معدل فشل 30٪ في غضون 6 أشهر بسبب الأكسدة مقارنة بـ 0.5٪ مع ENIG.
3. سيئة مصداقية المفاصل اللحام
عندما يفتقر النيكل، يلتصق اللحام بشكل ضعيف بالنحاس المطلي بالذهب، مما يخلق مفاصل تتشقق تحت الضغط الحراري أو الميكانيكي.في PCBات السيارات (خاضعة لاهتزاز وتقلبات درجة الحرارة)، وهذا يؤدي إلى فشل متقطع في الأنظمة الحيوية مثل ADAS (أنظمة مساعدة السائق المتقدمة) خطر لا يمكن لأي مصنع تحمله.
ENIG مقابل التشطيبات الأخرى: لماذا النيكل يجعل الفرق
إن ENIG ليست التشطيب الوحيد لـ PCB، ولكن طبقتها من النيكل تمنحها مزايا لا يمكن أن تتطابق مع البدائل. إليك كيف تتراكم:
| نوع النهاية | طبقة نيكل؟ | قابلية اللحام | مقاومة التآكل | مدة الصلاحية | الأفضل ل |
|---|---|---|---|---|---|
| ENIG | نعم (37μm) | ممتاز | ممتازة (أكثر من 12 شهرا) | أكثر من 12 شهرا | الأجهزة الطبية، الطيران، وحدات الجيل الخامس |
| HASL (تسوية اللحام بالهواء الساخن) | لا.. | جيد | فقراء (6-9 أشهر) | 6-9 أشهر | الإلكترونيات الاستهلاكية منخفضة التكلفة |
| OSP (محافظ للصلابة العضوية) | لا.. | جيد | فقراء (3 ٪ 6 أشهر) | 3~6 أشهر | أجهزة قصيرة العمر (مثل أجهزة استشعار لمرة واحدة) |
| فضة الغمر | لا.. | جيد | معتدلة (6-9 أشهر) | 6-9 أشهر | الـ PCB الصناعية المتوسطة |
طبقة النيكل ENIG هي السبب في أنها تفوق الآخرين في البيئات القاسية. على سبيل المثال في التطبيقات البحرية (رطوبة عالية، التعرض للمالح) ،تستمر PCBs ENIG 5x أطول من تلك التي بها HASL أو OSP النهاية.
أفضل الممارسات لغمور النيكل في ENIG
لتحقيق أقصى قدر من الفوائد من النيكل، يجب على المصنعين الالتزام بمعايير صارمة للسمك والنقاء والتحكم في العملية.
1التحكم في السماكة: 3 ¢ 7μm غير قابل للتفاوض
كما ذكر ، فإن طبقات النيكل الرقيقة أكثر من 3 ميكرومتر تفشل كحواجز ، في حين تصبح الطبقات الأكثر سمكًا من 7 ميكرومتر هشة.IPC-4552 (المعيار العالمي للنيكل غير الكهربائي) يفرض تسامح ± 1μm لضمان الاتساقيستخدم المصنعون الرائدون فلوريسانس الأشعة السينية للتحقق من سمك 100٪ من الأغطية.
2محتوى الفوسفور: 711% لأفضل أداء
سبائك النيكل والفوسفور مع 7 ٪ 11٪ من الفوسفور توازن صلابة ومقاومة التآكل. إنخفاض الفوسفور (< 7٪) يجعل النيكل ناعمًا جدًا ؛ مستويات أعلى (> 11٪) تزيد من هشاشة.
3مراقبة العمليات: تجنب الـ"بلاك باد"
يحدث البطاقة السوداء عندما يكون حمام النيكل سيئ الصيانة (على سبيل المثال، الحموضة غير الصحيحة، المواد الكيميائية الملوثة). يجب على المصنعين:
اختبار كيمياء الحمام يوميًا (حموضة الحموضة 4.5 إلى 5.5 هي المثالية).
(ب) تصفية الحمام لإزالة الملوثات الجسيمية.
c.استخدام معدات التصفية الآلية لضمان الترسب المتساوي.
تأثير العالم الحقيقي: ENIG في التطبيقات الحرجة
إن موثوقية ENIG، مدعومة بطبقة النيكل، تجعلها لا غنى عنها في المجالات التي لا يكون فيها الفشل خيارًا:
أ.الأجهزة الطبية: تستخدم أجهزة تنظيم ضربات القلب و أجهزة نزع ضربات القلب ENIG لضمان مقاومة مفاصل اللحام لسوائل الجسم وتقلبات درجة الحرارة لمدة تزيد عن 10 سنوات.
b.الفضاء: تعتمد أقراص PCB الصناعية على ENIG لمقاومة الإشعاع وتقلبات درجات الحرارة الشديدة (من 200 درجة مئوية إلى 150 درجة مئوية) دون تآكل.
بنية تحتية 5G: سطح ENIG® المسطح يدعم BGAs ذات النقطة الدقيقة (0.4mm pitch) في المحطات الأساسية ، مما يضمن إشارات عالية التردد المستقرة (28+ GHz).
الأسئلة الشائعة
س: ماذا يحدث إذا كان نيكل الغمر رقيقًا جدًا (< 3μm) ؟
الجواب: الفولاذ الرقيق لا يمنع انتشار النحاس، مما يؤدي إلى الأكسدة والذهب الهش، وضعف مفاصل اللحام. فهذا يزيد من خطر وجود عيوب في اللوحة السوداء.
س: هل يمكن للمعادن الأخرى أن تحل محل النيكل في ENIG؟
الجواب: لا. البدائل مثل البلاديوم مكلفة ولا تشكل نفس المعادن المتداخلة القوية مع اللحام. النيكل هو المواد الوحيدة التي توازن بين الحماية الحاجزية، قابلية اللحام، والتكلفة.
س: كم من الوقت يستمر النيكل الغمر في ENIG؟
ج: مع التصفيف المناسب (سمك 37μm ، 711% من الفوسفور) ، يبقى النيكل فعالًا لفترة حياة PCBs غالبًا 10 سنوات أو أكثر في البيئات الخاضعة للرقابة.
س: لماذا ENIG أغلى من التشطيبات الأخرى؟
ج: تكلفة ENIG تعكس دقة العملية ذات الطبقتين، بما في ذلك النيكل والذهب عالي النقاء ومراقبة الجودة الصارمة.خاصة للأجهزة الإلكترونية ذات القيمة العالية.
الاستنتاج
النيكل الغمر ليس فكرة لاحقة في ENIG والحماية ضد الإجهاد الميكانيكي تجعله لا غنى عنهتخطي النيكل أو قطع الزوايا على سمكها لا يضع في خطر النهاية فحسب بل يُعرّض أداء جميع PCBs للخطر ، خاصة في التطبيقات الحرجة.
بالنسبة للمهندسين والمصنعين ، الرسالة واضحة: عند تحديد ENIG ، إعطاء الأولوية لطبقة النيكل. نوعيتها تحدد ما إذا كان PCB يزدهر أو يفشل.
أرسل استفسارك مباشرة إلينا
