❓Зачем индустрия печатных плат пытается избавиться от никеля?
При разговоре о финишных покрытиях никель десятилетиями был одним из ключевых элементов надежных печатных плат. В ENIG и ENEPIG слой химического никеля отделяет медь от верхних слоев покрытия, препятствует ее диффузии и обеспечивает стабильную поверхность для пайки.
Но по мере роста рабочих частот и уменьшения размеров элементов его преимущества постепенно начинают превращаться в ограничения. Рассмотрим проблемы, которые возникают из-за использования никеля.
🔶 Высокочастотные потери
В ENIG и ENEPIG слой никеля имеет толщину 3-6 мкм согласно требованиям IPC.
На низких частотах это несущественно, но с ростом частоты всё сильнее проявляется скин-эффект.
При этом удельное сопротивление химического никеля значительно выше, чем у меди.
В результате на десятках ГГц слой никеля уже может заметно увеличивать потери линии передачи и ухудшать характеристики СВЧ-структур.
Особенно это актуально это для:
• автомобильных радаров 77 GHz;
• 5G/6G;
• высокочастотных антенн, работающих на миллиметровых волнах;
• других СВЧ-приложений.
🔶 Изменение размеров проводников при нанесении покрытия
При нанесении нескольких микрометров химического никеля металл растет не только по верхней поверхности, но и по боковым стенкам медного рисунка. Для обычной платы это не играет большой роли, но при переходе к узким проводникам, сверхвысокой плотности межсоединений (UHDI - ultra HDI) и подложкам микросхем — несколько микрометров уже становятся заметной долей расстояния между соседними проводниками.
Т.е. чем меньше проводник/зазор, тем привлекательнее становятся покрытия, позволяющие отказаться от толстого барьерного слоя.
✏️ Поэтому сегодня развивается сразу несколько вариантов финишных покрытий без никеля, либо с его уменьшенной толщиной:
2️⃣ DIG (Direct Immersion Gold)
Cu → Au
3️⃣ EPIG (Electroless Palladium / Immersion Gold)
Cu → Pd → Au
3️⃣ ISIG (Immersion Silver / Immersion Gold)
Cu → Ag → Au
3️⃣ Ultrathin-Ni ENEPIG — компромиссный вариант, где никель остается, но его толщина значительно уменьшается.
4️⃣ IGEPIG (Immersion Au / Electroless Pd / Immersion Au)
Cu → Au → Pd → Au
Все эти технологии решают задачу немного по-разному, но направление одно — уменьшить влияние слоя никеля, сохранив паяемость, защиту меди и надежность покрытия.
При наличии таких потенциальных альтернатив логично задать следующий вопрос:
❓Почему ENIG всё еще доминирует?
ENIG хорошо изучен, стандартизован, доступен практически на любом производстве и имеет огромную накопленную статистику надежности. Плюсом к этому, для подавляющего большинства печатных плат проблемы пока не существует.
Альтернативные покрытия требуют другую химию и технологические линии, а также появления достаточного объема заказов, чтобы новый процесс был экономически оправдан.
По мере роста частот и уменьшения размеров элементов индустрия постепенно исследует границы, за которыми слой никеля перестает быть преимуществом и становится ограничивающим фактором. Вполне возможно, что следующий этап развития финишных покрытий — это не одно новое покрытие вместо ENIG, а целое семейство технологий, в которых роль толстого слоя химического никеля постепенно уменьшается или передается другим барьерным слоям.
При разговоре о финишных покрытиях никель десятилетиями был одним из ключевых элементов надежных печатных плат. В ENIG и ENEPIG слой химического никеля отделяет медь от верхних слоев покрытия, препятствует ее диффузии и обеспечивает стабильную поверхность для пайки.
Но по мере роста рабочих частот и уменьшения размеров элементов его преимущества постепенно начинают превращаться в ограничения. Рассмотрим проблемы, которые возникают из-за использования никеля.
🔶 Высокочастотные потери
В ENIG и ENEPIG слой никеля имеет толщину 3-6 мкм согласно требованиям IPC.
На низких частотах это несущественно, но с ростом частоты всё сильнее проявляется скин-эффект.
При этом удельное сопротивление химического никеля значительно выше, чем у меди.
В результате на десятках ГГц слой никеля уже может заметно увеличивать потери линии передачи и ухудшать характеристики СВЧ-структур.
Особенно это актуально это для:
• автомобильных радаров 77 GHz;
• 5G/6G;
• высокочастотных антенн, работающих на миллиметровых волнах;
• других СВЧ-приложений.
🔶 Изменение размеров проводников при нанесении покрытия
При нанесении нескольких микрометров химического никеля металл растет не только по верхней поверхности, но и по боковым стенкам медного рисунка. Для обычной платы это не играет большой роли, но при переходе к узким проводникам, сверхвысокой плотности межсоединений (UHDI - ultra HDI) и подложкам микросхем — несколько микрометров уже становятся заметной долей расстояния между соседними проводниками.
Т.е. чем меньше проводник/зазор, тем привлекательнее становятся покрытия, позволяющие отказаться от толстого барьерного слоя.
✏️ Поэтому сегодня развивается сразу несколько вариантов финишных покрытий без никеля, либо с его уменьшенной толщиной:
2️⃣ DIG (Direct Immersion Gold)
Cu → Au
3️⃣ EPIG (Electroless Palladium / Immersion Gold)
Cu → Pd → Au
3️⃣ ISIG (Immersion Silver / Immersion Gold)
Cu → Ag → Au
3️⃣ Ultrathin-Ni ENEPIG — компромиссный вариант, где никель остается, но его толщина значительно уменьшается.
4️⃣ IGEPIG (Immersion Au / Electroless Pd / Immersion Au)
Cu → Au → Pd → Au
Все эти технологии решают задачу немного по-разному, но направление одно — уменьшить влияние слоя никеля, сохранив паяемость, защиту меди и надежность покрытия.
При наличии таких потенциальных альтернатив логично задать следующий вопрос:
❓Почему ENIG всё еще доминирует?
ENIG хорошо изучен, стандартизован, доступен практически на любом производстве и имеет огромную накопленную статистику надежности. Плюсом к этому, для подавляющего большинства печатных плат проблемы пока не существует.
Альтернативные покрытия требуют другую химию и технологические линии, а также появления достаточного объема заказов, чтобы новый процесс был экономически оправдан.
По мере роста частот и уменьшения размеров элементов индустрия постепенно исследует границы, за которыми слой никеля перестает быть преимуществом и становится ограничивающим фактором. Вполне возможно, что следующий этап развития финишных покрытий — это не одно новое покрытие вместо ENIG, а целое семейство технологий, в которых роль толстого слоя химического никеля постепенно уменьшается или передается другим барьерным слоям.