❓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.