2025-07-24
의료 기기에서 항공우주 시스템에 이르기까지 고신뢰성 전자 제품용 PCB를 지정할 때, 올바른 표면 마감을 선택하는 것은 매우 중요한 결정입니다. 특히, 무전해 금 도금(ENIG)은 내식성, 평평한 표면, 미세 피치 부품과의 호환성으로 두각을 나타냅니다. 그러나, 그 이점을 극대화하려면 금 두께, 납땜성, 신호 성능 및 제조업체 전문성에 세심한 주의를 기울여야 합니다. 이 가이드에서는 ENIG PCB가 설계 목표를 충족하고 까다로운 환경에서 안정적으로 작동하도록 보장하는 데 필요한 중요한 요소를 설명합니다.
주요 내용
a. ENIG는 미세 피치 부품(≤0.4mm) 및 고주파 응용 분야(최대 28GHz)에 이상적인 평평하고 내식성이 있는 표면을 제공합니다.
b. 금 두께(0.05–0.2μm) 및 니켈 균일성(3–6μm)은 솔더 조인트 강도 및 장기적인 신뢰성에 직접적인 영향을 미칩니다.
c. ENIG는 보관 수명(>1년) 및 가혹한 환경에서 HASL 및 OSP보다 우수하지만 초기 비용이 20–50% 더 높습니다.
d. IPC-4552 인증을 받은 제조업체와 협력하면 금/니켈 층에 대한 산업 표준을 준수하고 “블랙 패드”와 같은 결함을 줄일 수 있습니다.
ENIG 표면 마감이 중요한 이유
ENIG는 얇은 금층(0.05–0.2μm)으로 덮인 니켈-인층(3–6μm)으로 구성됩니다. 이 조합은 다음과 같은 고유한 이점을 제공합니다.
a. 평탄도: 고르지 않은 표면을 생성하는 HASL(열풍 솔더 레벨링)과 달리 ENIG의 매끄러운 마감은 미세 피치 BGA 및 QFN에서 솔더 브리징 위험을 제거합니다.
b. 내식성: 금은 장벽 역할을 하여 습기, 화학 물질 및 산화로부터 구리 및 니켈을 보호합니다. 이는 자동차 후드 아래 또는 해양 응용 분야에 매우 중요합니다.
c. 납땜성: 니켈층은 구리가 솔더로 확산되는 것을 방지하여 여러 리플로우 사이클(최대 5회) 후에도 강력한 조인트를 보장합니다.
ENIG vs. 기타 표면 마감
| 마감 유형 | 표면 평탄도 | 미세 피치 적합성 | 보관 수명 | 비용(상대적) | 최적 용도 |
|---|---|---|---|---|---|
| ENIG | 우수(±2μm) | 이상적(≤0.4mm 피치) | >1년 | 1.5x–2x | 의료 기기, 5G, 항공우주 |
| HASL(무연) | 불량(±10μm) | 위험( <0.8mm 피치)6–9개월 | 1x | 소비자 전자 제품, 저가 PCB | OSP |
| 양호(±5μm) | 보통(0.6–0.8mm 피치) | 3–6개월 | 0.8x | 단기 수명 장치, 소량 프로토타입 | 금 두께 및 균일성: 신뢰성의 기반 |
ENIG의 금층은 얇게 설계되었습니다. 너무 두꺼우면 “금 취성”이 발생하여 솔더 조인트가 약해지고, 너무 얇으면 니켈층이 산화로부터 보호되지 않습니다.
a. 최적 범위: 0.05–0.2μm 금은 납땜성을 손상시키지 않으면서 부식 방지를 보장합니다.
b. 니켈 역할: 3–6μm 니켈층은 구리가 솔더로 침출되는 것을 방지하는 장벽 역할을 합니다. 인 함량 6–8%는 내식성과 솔더 조인트 강도의 균형을 맞춥니다.
c. 균일성: 금 두께의 변화(>±0.02μm)는 약점을 만듭니다. 제조업체는 X선 형광(XRF)을 사용하여 층 일관성을 확인하고 IPC-4552를 준수하는지 확인합니다.
성능에 대한 금 두께의 영향
금 두께(μm)
| 내식성 | 솔더 조인트 강도 | 결함 위험 | <0.05 |
|---|---|---|---|
| 불량 | 높음(초기) | 니켈 산화 | 0.05–0.2 |
| 우수 | 감소(취성) | 낮음 | >0.2 |
| 우수 | 감소(취성) | 금-솔더 반응 | 납땜성 및 조립: 일반적인 문제점 방지 |
ENIG의 납땜성은 적절한 공정에 달려 있습니다. 주요 고려 사항:
a. 블랙 패드 방지: 이 결함(금 아래 니켈 부식)은 금이 니켈 입자 경계를 관통할 때 발생합니다. 도금 시 엄격한 pH(4.5–5.5) 및 온도(85–90°C) 제어를 하는 제조업체를 선택하십시오.
b. 리플로우 프로파일: ENIG는 무연 리플로우(피크 온도 245–260°C)에서 가장 잘 작동합니다. 260°C 이상에 장시간 노출되면 니켈-솔더 결합이 약해지므로 피하십시오.
c. 검사: 조립 후 X선 및 AOI(자동 광학 검사)는 의료 임플란트 및 자동차 안전 시스템에 중요한 BGA 조인트의 보이드와 같은 숨겨진 결함을 감지합니다.
고주파 응용 분야의 신호 무결성
ENIG는 대부분의 고속 설계에서 뛰어나지만 다음 사항에 주의해야 합니다.
a. 임피던스 제어: 금의 전도율(410 S/m)은 구리보다 낮지만 5G(28GHz) 및 IoT 응용 분야에 충분합니다. 정확한 트레이스 폭(3–5mil) 및 유전체 두께(4–6mil)로 50Ω(단일 종단) 또는 100Ω(차동) 임피던스를 유지하십시오.
b. mmWave에서의 손실: 60GHz 이상의 주파수에서 ENIG의 니켈층은 약간의 신호 손실(침지 은보다 약 0.5dB/inch 더 많음)을 유발합니다. 레이더 또는 위성 시스템의 경우 제조업체와 “얇은 니켈 ENIG” 옵션에 대해 논의하십시오.
비용 및 가치: ENIG에 투자할 가치가 있습니까?
ENIG는 초기 비용이 더 많이 들지만 장기적인 비용을 줄입니다.
a. 초기 비용: 금 가격 및 도금 복잡성으로 인해 HASL보다 20–50% 더 높습니다. 4층 PCB의 경우 ENIG는 평균 $61인 반면 무연 HASL은 $45입니다(100개 단위 실행).
b. 총 소유 비용: 더 나은 납땜성으로 인해 재작업이 줄어들고(더 나은 납땜성 덕분) 산업 응용 분야에서 5년 동안 제품 수명이 연장되어(내식성) 비용이 30% 절감됩니다.
올바른 제조업체 선택
다음과 같은 파트너를 찾으십시오.
a. 인증: IPC-4552(금/니켈 표준) 및 IPC-A-600 Class 3(고신뢰성 PCB).
b. 공정 관리: 층 두께에 대한 XRF, 표면 결함에 대한 AOI, 신뢰성을 검증하기 위한 열 사이클 테스트(-40°C ~ 125°C).
c. 맞춤형 기능: 금 두께 조정 기능(예: 소비자 장치의 경우 0.1μm, 항공우주의 경우 0.2μm) 및 엄격한 공차(±0.01μm) 지원.
자주 묻는 질문
Q: ENIG를 와이어 본딩에 사용할 수 있습니까?
A: 예. 0.15–0.2μm 금층은 센서 및 RF 모듈에서 알루미늄 와이어 본딩에 적합합니다.
Q: ENIG는 습한 환경에서 어떻게 작동합니까?
A: ENIG는 OSP 또는 HASL보다 습기에 더 잘 견디므로 열대 또는 해양 응용 분야에 이상적입니다(IPC-TM-650 2.6.3.7, 95% RH에서 1000시간 테스트).
Q: ENIG는 RoHS를 준수합니까?
A: 예. ENIG는 무연 니켈과 금을 사용하여 RoHS 2.0 및 REACH 표준을 충족합니다.
결론
ENIG는 고신뢰성 전자 제품을 위한 프리미엄 선택으로, 타의 추종을 불허하는 평탄도, 내식성 및 납땜성을 제공합니다. 금 두께, 제조업체 전문성 및 설계 용이성에 중점을 둠으로써 ENIG의 이점을 활용하는 동시에 비용을 관리할 수 있습니다. 5G 기지국에서 생명을 구하는 의료 기기에 이르기까지 성능과 수명이 중요한 프로젝트의 경우 ENIG는 단순한 표면 마감이 아니라 신뢰성에 대한 투자입니다.
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