ENIG wybiera się, gdy pola lutownicze muszą być płaskie (drobny raster, BGA, elementy o małych padach), a HASL, gdy płytka ma elementy przewlekane i szersze rastry, a liczy się niższy koszt procesu. Oba wykończenia zapewniają lutowność, ale na innej zasadzie: HASL pokrywa pola warstwą stopu cyny zanurzoną w kąpieli i wyrównaną strumieniem gorącego powietrza, ENIG tworzy cienką warstwę złota na niklu osadzanym bez prądu. Poniżej porównujemy je według czterech kryteriów z zamówień: płaskość pól, trwałość magazynowa, sposób sprawdzenia lutowności oraz struktura kosztu.
Jak powstają oba wykończenia
| Cecha | HASL (hot air solder leveling) | ENIG (electroless nickel immersion gold) |
|---|---|---|
| Warstwa na miedzi | Stop cyny (z ołowiem lub bez), kilka do kilkudziesięciu mikrometrów, nierównomierny | Nikiel kilka µm, złoto zanurzeniowe około dziesiątych części mikrometra |
| Proces | Zanurzenie w ciekłym stopie i wyrównanie gorącym powietrzem | Seria kąpieli chemicznych: aktywacja, nikiel, złoto |
| Obciążenie cieplne płytki | Wyższe: płytka przechodzi przez kąpiel o temperaturze rzędu 250–265 °C (wartość zależy od stopu) | Niższe; proces mokry w temperaturach kąpieli chemicznych |
| Powierzchnia pól | Wypukła lub nierówna, grubość zmienia się między polami | Płaska, grubość równomierna |
| Rodzaje ołowiu | Wersje z ołowiem i bezołowiowe | Bezołowiowe |
Szczegóły grubości i kontroli ENIG zawiera artykuł o ENIG na PCB, a o wariancie z palladem w ścieżce — ENEPIG kontra ENIG.
Drobny raster i płaskość pól
Pole pokryte HASL ma kształt lekko wypukły, a grubość stopu na sąsiednich polach może się różnić o wiele mikrometrów (często cytuje się zakres od około 1 do 40 µm; konkretny rozrzut podaje wytwórca). Na dużych polach lub pod elementami przewlekanymi nie ma to znaczenia. Dla elementów o małym polu, takich jak obudowy z rastrem 0,5 mm i drobniejszym, duży rozrzut grubości oznacza ryzyko, że wyprowadzenie nie dotknie pola jednakowo lub że pasta nałożona przez szablon będzie się inaczej zachowywać na sąsiednich polach. ENIG daje płaskie pole, więc nadaje się lepiej do takich elementów i do padów BGA.
Przykład założeniowy: obudowa o rastrze 0,5 mm i polach 0,30 mm. Szczelina między sąsiednimi polami wynosi 0,5 − 0,30 = 0,20 mm. Przy rastrze 0,4 mm i polach 0,25 mm jest to 0,15 mm. Na tak wąskich szczelinach wypukłość stopu i skłonność do mostków powodują, że wielu wytwórców odradza HASL; próg zależy od wytwórcy i obudowy i trzeba go potwierdzić. Płaskie wykończenia (ENIG, ENEPIG, srebro zanurzeniowe, cyna zanurzeniowa, OSP) omawiamy także w artykułach o OSP i ENEPIG.
Trwałość magazynowa
Trwałość magazynowa to czas, w którym pola zachowują dobrą lutowność. Zależy od wykończenia, ale też od opakowania (próżnia, środek pochłaniający wilgoć), temperatury i wilgotności magazynu oraz czasu od produkcji. Wartości w ofertach wytwórców i w literaturze często mieszczą się w okolicach roku dla HASL i ENIG, a dla OSP są krótsze; to wartości orientacyjne i należy je potwierdzić dla konkretnej oferty. W praktyce do zamówienia warto zapisać: datę produkcji na etykiecie, rodzaj opakowania i maksymalny wiek płytki przy montażu. Płytka przechowywana dłużej niż zalecenie może wymagać dodatkowej kontroli lutowności albo ponownego wykończenia, o ile wytwórca to dopuszcza.
Jak zweryfikować lutowność dla każdego wykończenia
| Pytanie | HASL | ENIG |
|---|---|---|
| Co ocenić wzrokowo | Mostki między polami, brak pokrycia (odsłonięta miedź), odwilżenie, nierówna wypukłość | Jednolity złoty kolor, brak przebarwień i plam, brak odsłoniętej miedzi |
| Co zmierzyć | Płaskość pól (profilometr lub mikroskop), grubość stopu na reprezentatywnych polach | Grubość złota i niklu (zwykle fluorescencja rentgenowska XRF) |
| Co zbadać na przekroju | Ciągłość pokrycia w otworach i na krawędziach pól | Stan niklu pod złotem, tzw. czarne pole (black pad), czyli skorodowany nikiel |
| Próba lutowności | Zwilżenie lutem na próbce (metody zbliżone do J-STD-003) | Jak obok; uwaga na zwilżenie po dłuższym magazynowaniu |
| Typowe wady do wykrycia | Mostki, wypukłość, mikropęknięcia po szoku termicznym | Słabe zwilżenie niklu, cienkie złoto, kruche połączenie przy złym stanie niklu |
Pomiar grubości przekrojem opisuje artykuł o mikrosekcji, a próby zwilżenia — tekst o testach lutowności PCB. Wymagania odbiorcze zapisuje się w zamówieniu jako konkretny zakres grubości, metodę pomiaru i liczbę punktów kontroli, a nie samą nazwę wykończenia.
Koszt: struktura zamiast cen
Nie podajemy cen ani wycen. Poniżej struktura kosztu z założeniowymi liczbami, aby pokazać, co składa się na różnicę. Jednostki są umowne (j.u.).
- Wykończenie jest kosztem procesu na panel, rozłożonym na liczbę płytek na panelu. Przyjmujemy 12 płytek na panel. Koszt procesu: HASL 12 j.u. na panel, ENIG 30 j.u. na panel. Na płytkę: HASL 12 / 12 = 1,00 j.u., ENIG 30 / 12 = 2,50 j.u.
- Metal szlachetny jest jedynie małą częścią kosztu. Pole odsłoniętej miedzi 10 cm² pokryte złotem grubości 0,05 µm to objętość 10 cm² · 5·10⁻⁶ cm = 5·10⁻⁵ cm³, a przy gęstości złota 19,32 g/cm³ masa 0,97 mg. Gdyby złoto kosztowało (wartość wyłącznie przykładowa) 100 j.u. za gram, byłoby to około 0,097 j.u. na płytkę.
- Uzysk: jeśli przy drobnym rastrze HASL daje odpad 3% (uzysk 0,97), a ENIG 1% (uzysk 0,99) — założenia, nie wyniki — koszt na dobrą płytkę wynosi HASL 1,00 / 0,97 = 1,03 j.u., ENIG (2,50 + 0,097) / 0,99 = 2,62 j.u.
Wniosek z przykładu: różnica między wykończeniami wynika głównie z kosztu procesu, a nie z ceny złota. Wyższy uzysk ENIG przy drobnym rastrze skraca tę różnicę, ale jej nie zamyka, dopóki odpad HASL jest niewielki. Przy płytce bez drobnych elementów HASL zwykle pozostaje tańszy; przy BGA lub rastrze 0,5 mm koszt odpadu, poprawek i niepewności montażu może zrównoważyć różnicę, co zależy od konkretnego projektu. Rzeczywiste liczby daje tylko zapytanie dla tej samej płytki z dwoma wykończeniami w jednej ofercie.
Tabela decyzji
| Sytuacja | Zwykle wybór | Uwaga |
|---|---|---|
| Elementy przewlekane i szersze rastry, ograniczony budżet | HASL (w tym bezołowiowy) | Dla płytek bardzo cienkich lub o dużym obciążeniu cieplnym sprawdź, czy wytwórca dopuszcza HASL |
| BGA, raster 0,5 mm i drobniejszy | ENIG lub inne płaskie wykończenie | Płaskość pól i kontrola zwilżenia |
| Wymagane pola do bondowania drutem | ENEPIG lub wykończenie przeznaczone do bondowania | Zob. ENEPIG |
| Płytka montowana szybko po produkcji, bez długiego magazynu | Także OSP | Krótszy czas od produkcji do montażu |
| Wielokrotne cykle lutowania (rework) | Wybór konsultuj z wytwórcą i montażownią | Wpływ liczby cykli zależy od wykończenia i materiału |
Wybór wykończenia warto podać razem z resztą specyfikacji (stos warstw, miedź, maska) już w zapytaniu; zob. płytki PCB na zamówienie oraz strona o montażu PCB.
Czego nie zweryfikowano: grubości i okresów magazynowych dla konkretnego wytwórcy, odporności wykończeń na wielokrotny rework, cen i zakresów rastra, dla których dany wytwórca odradza HASL. Rachunek kosztu opiera się na założeniach (j.u., uzysk, liczba płytek na panelu) i nie stanowi oferty.
