ENIG Surface Finish in PCB: מה זה, שלבי הציפוי, ו-ENIG לעומת HASL

בעת תכנון מעגל מודפס (PCB), בחירת הגימור (Surface Finish) משפיעה הרבה מעבר למראה – היא קובעת גם את יכולת ההלחמה, האמינות, חיי המדף והעלות.
מבין כל הגימורים הקיימים, ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold – ניקל כימי וזהב בהטבלה) נחשב לאחד המדויקים והאמינים ביותר. הוא מספק מישוריות מצוינת, עמידות לקורוזיה ויכולת הלחמה ארוכת טווח עבור עיצובים צפופים ומעודנים (Fine-Pitch, HDI).

מדריך זה מסביר מהו ENIG, כיצד פועל התהליך, טווחי העובי התקניים, יתרונות וחסרונות, וכיצד ENIG מושווה ל-HASL ולגימורים אחרים. בסוף תדעו מתי לבחור ENIG וכיצד להימנע מבעיות כמו “Black Pad”.

מהו ENIG ב-PCB?

ENIG הוא ציפוי דו-שכבתי המיושם מעל נחושת חשופה על גבי ה-PCB.
הוא משלב שכבת ניקל-זרחן (Ni-P) כימית-אוטוקטליטית ולאחריה שכבת זהב דקה בהטבלה (Immersion). לכל שכבה תפקיד מרכזי בהגנה על הנחושת ובהבטחת חיבורי הלחמה איכותיים.

המבנה הדו-שכבתי

• שכבת הניקל (Ni-P):
  משמשת מחסום דיפוזיה בין נחושת ללחם, מהווה את פני השטח הניתנים להלחמה ומונעת נדידת נחושת לתוך תפר ההלחמה.
• שכבת הזהב (Au):
  מגינה על הניקל מחמצון ומזיהום בזמן האחסון. שכבת הזהב דקה מאוד – בדיוק כדי לשמר יכולת הלחמה והתנגדות מגע נמוכה.
  בעת ההלחמה הזהב נמס לתוך הלחם, והחיבור נוצר ישירות אל שכבת הניקל.

ערימה טיפוסית:
נחושת → ניקל (3–7 μm) → זהב (0.05–0.23 μm)

הארכיטקטורה הזו הופכת את ENIG למתאים במיוחד כאשר נדרשים מישוריות גבוהה, עמידות לקורוזיה וחיי מדף ארוכים – למשל ב-BGA דק-פסיעה, לוחות HDI ואלקטרוניקה עתירת-אמינות.

תהליך ציפוי ENIG: שלב-אחר-שלב

תהליך ENIG הוא כימי (לא אלקטרוליטי) ומבוסס על תגובות אוטוקטליטיות ללא זרם חיצוני.

1) ניקוי ומיקרו-חריטה

הסרת מזהמים, תחמוצות ושיירי פלוקס מפני הנחושת. מיקרו-חריטה מחספסת קלות את המשטח ומשפרת היצמדות של שכבת הניקל.

2) אקטיבציה

מריחת זרז פלדיום (Pd) כדי “להפעיל” את המשטח. האקטיבציה מבטיחה שהניקל ישקע בצורה אחידה על כל הפדים והויות.

3) שקיעת ניקל כימית (Electroless Nickel)

יוני הניקל מחוזרים (לרוב באמצעות נתרן היפופוספיט) לשכבת Ni-P אחידה, ללא זרם חשמלי.

למה תכולת הזרחן חשובה:
תכולת P גבוהה יותר (כ-8–10%) משפרת עמידות לקורוזיה אך עשויה להפחית מעט את רטיבות ההלחמה. שליטה קפדנית בכימיית האמבט חיונית לאחידות.

4) זהב בהטבלה (Immersion Gold, תגובת העתקה)

בהטבלת זהב מתרחשת תגובת העתקה: יוני זהב מחליפים אטומי ניקל על פני השטח. כאשר שכבת זהב דקה וסגורה נבנית – התגובה נעצרת מעצמה, ולכן עובי הזהב נשאר בתחום צר וניתן לחיזוי.

5) שטיפה, ייבוש ובקרת איכות

לאחר הציפוי שוטפים ומייבשים היטב.
בודקים עובי ואחידות באמצעות XRF בהתאם לתקן IPC-4552.

עוביים ותקנים ב-ENIG

תקן IPC-4552 ממליץ על הטווחים הבאים:

שכבה	טווח טיפוסי (μm)	טווח טיפוסי (μin)
ניקל (Ni-P)	3–7	120–275
זהב (Au)	0.05–0.23	2–9

שכבת זהב עבה יותר אינה מבטיחה אמינות טובה יותר. עודף זהב מעלה עלות ועלול להוביל להפרכת זהב במפרקי הלחמה. חשוב יותר לשמור על אחידות ועקביות.

ניסוח מומלץ במסמכי ייצור:
“ENIG לפי IPC-4552, Ni: 3–7 μm, Au: 0.05–0.23 μm, מדידה ב-XRF.”

יתרונות גימור ENIG

1) מישוריות מצוינת (Planarity)

להבדיל מ-HASL (יישור אוויר חם), ENIG מספק משטח שטוח מאוד, אידאלי ל-Fine-Pitch, BGA, QFN – לשיפור הדפסת משחת הלחמה ואחידות מפרקים.

2) עמידות קורוזיה וחיי מדף ארוכים

הזהב מונע התחמצנות והצהבה; באריזה ותנאים נאותים ניתן להגיע ל-12+ חודשים.

3) יכולת הלחמה יציבה

פני שטח נקיים מחמצון שומרים על רטיבות טובה גם לאחר אחסון ממושך.
תואם תהליכי הלחמה ללא עופרת ו-SnPb.

4) התנגדות מגע נמוכה לנקודות בדיקה

Ni/Au מספק התנגדות מגע נמוכה ויציבה לנקודות בדיקה ומקשים; עבור Wire Bonding זהוב – לעיתים ENEPIG עדיף.

חסרונות ואתגרים נפוצים

1) עלות גבוהה יותר

ריבוי אמבטיות כימיות, חלונות תהליך צרים וזהב כחומר גלם – כולם מעלים עלות. מול HASL ניתן לצפות ל-+15–25% (תלוי בלוח ובהיקף).

2) סיכון “Black Pad”

הפגם הידוע ביותר ב-ENIG הוא Black Pad – קורוזיה בממשק Ni-P, לרוב בגלל שקיעת זהב אגרסיבית מדי או שליטה לקויה באמבט.
ויזואלית נראים אזורים כהים וחסרי רטיבות, המובילים לכשלי הלחמה.

צ’קליסט מניעה:

• שמירה על pH, טמפרטורה וריכוז היפופוספיט באמבט הניקל.
• סינון/ריענון סדיר של אמבט הזהב למניעת מזהמים.
• שטיפה קפדנית בין השלבים למניעת זיהום צולב.
• ניטור תכולת ה-P בניקל (טיפוסית 7–9%) לשיפור עמידות.
• בדיקות XRF ולחימותיות בכל אצווה.

כאשר התהליך נשלט היטב, הסיכון ל-Black Pad נמוך – מניעה חשובה יותר מבדיקה מאוחרת.

ENIG לעומת HASL: מה עדיף?

מאפיין	ENIG	HASL
מישוריות פני שטח	מעולה	לא אחידה, בעיקר בפסיעות דקות
לחימותיות	יציבה, ללא תחמוצת	טובה, נוטה להידרדר עם הזמן
חיי מדף	ארוכים (≥12 חודשים)	קצרים יותר
עלות	גבוהה יותר	נמוכה
התאמה ל-BGA/HDI	מצוינת	נמוכה
סיכונים נפוצים	Black Pad	גשרים/עובי לא אחיד

סיכום:
בחרו ENIG עבור BGA, SMT עדין ודרישות אמינות גבוהות.
בחרו HASL כאשר העלות קריטית, בתכנון THT/אבות-טיפוס, וכאשר מישוריות פחות חשובה.

ENIG לעומת OSP, כסף בהטבלה וגימורים אחרים

ENIG לעומת OSP (Organic Solderability Preservative)

OSP זול ושטוח מאוד, אך רגיש יותר לטיפול/אחסון ופחות עמיד למספר מעברי Reflow.

ENIG לעומת כסף בהטבלה (Immersion Silver, ImAg)

ImAg שטוח ולחימים במחיר נמוך יותר, אך נוטה להכתמה/תסוגה במיוחד בלחות גבוהה או בסביבה עתירת גופרית. ENIG מעניק לרוב יציבות ארוכת טווח טובה יותר.

ENIG לעומת ENEPIG

ENEPIG (ניקל כימי – פלדיום כימי – זהב בהטבלה) מוסיף שכבת Pd בין Ni ל-Au, מצמצם קורוזיית ניקל ותומך Wire Bonding, אבל יקר יותר – מתאים לאריזה מתקדמת ותעופה/רפואה.

ENIG לעומת זהב קשיח (Hard Gold, גלווני)

Hard Gold מייצר שכבות זהב עבות ועמידות לשחיקה – אידאלי למחברי קצה ומגעים מרובי מחזור, לא כפני הלחמה. לצרכי Reflow ואמינות מפרקי הלחמה, ENIG עדיף.

ENIG סלקטיבי: איזון ביצועים ועלות

ב-Mixed Technology אין חובה לצפות הכל ב-ENIG.
ENIG סלקטיבי מצפה Ni/Au רק באזורים קריטיים, ושאר האזורים מקבלים OSP או HASL.

יתרונות:

• עלות כוללת נמוכה יותר
• אמינות גבוהה בדיוק היכן שנדרש
• מצריך מסיכות והפרדת תהליך מדויקת

מומלץ כאשר בלוח יש גם אזורי BGA עדיני-פסיעה וגם אזורים מחוררים גדולים.

מתי כדאי לציין ENIG?

בחרו ENIG כשמתקיים אחד (או יותר) מהבאים:

• Fine-Pitch SMT או BGA (<0.5 מ״מ פסיעה)
• מספר מעברי Reflow ללא עופרת
• אחסון/שילוח ממושכים לפני הרכבה
• אמינות גבוהה (תעשייה, תעופה/ביטחון, רפואה)
• מישוריות גבוהה לצורכי דפוס/בדיקת משחה
• הרכבה מעורבת הדורשת רטיבות עקבית

אם עלות/לו״ז הם הקריטיים – שקלו OSP או HASL.

פתרון תקלות ובקרת איכות

גם בתהליך מתוכנן היטב, ENIG דורש פיקוח. צעדי QC פרקטיים:

1. בדיקת קבלה:
   גוון זהב מט אחיד, ללא אזורים כהים/שינויי צבע.
2. אימות עובי (XRF):
   דגימה בכל אצווה; תיעוד Ni/Au בתחום IPC-4552.
3. בדיקת לחימותיות:
   Wetting Balance או Dip-and-Look – אפשר גם לאחר הבשלה מואצת.
4. תנאי אחסון:
   אריזת Dry-Pack; לחות יחסית <40%, טמפרטורה <25°C.

שאלות נפוצות (FAQ)

עיקרי הדברים

• ENIG = ניקל כימי + זהב בהטבלה: שתי שכבות מתכת המגנות על הנחושת ומבטיחות הלחמה אמינה.
• שליטה בתהליך היא קריטית: כימיית אמבט וניקיון קפדניים מונעים Black Pad ושונות בעוביים.
• בחרו ENIG כשמישוריות/אמינות קודמות לעלות.
• ציינו תקנים במדויק: IPC-4552, עוביי Ni/Au ובדיקת XRF במסמכי הייצור.

מחשבות אחרונות

בייצור PCB מודרני, ENIG הוא גימור מוביל ל-Fine-Pitch, צפיפויות גבוהות ודרישות אמינות.
השילוב של Ni-P מדויק עם שכבת זהב דקה מגינה מספק מישוריות יוצאת דופן, עמידות לקורוזיה ולחימותיות ארוכת טווח.

למרות ש-ENIG יקר יותר ודורש בקרת תהליך הדוקה, העקביות והביצועים שלו מצדיקים את העלות עבור מהנדסים שמעדיפים אמינות וחזרתיות.