在
電路板的組裝焊接過(guò)程中，經(jīng)常聽(tīng)到IMC這個(gè)名詞，那究竟IMC是什么東西？它在
PCB焊接的過(guò)程當(dāng)中又扮演了什么樣的角色？它會(huì)影響到焊接后的強(qiáng)度嗎？那究竟IMC的厚度應(yīng)該多少才比較合理呢？
下面是關(guān)于PCB焊接強(qiáng)度與IMC的關(guān)系介紹。
1. 何謂IMC?
IMC是【Intermetallic Compound】的縮寫(xiě)簡(jiǎn)稱(chēng)，中文應(yīng)該翻譯成【介面金屬共化物】或【介金屬】。
而IMC是一種化學(xué)分子式，不是合金，也不是純金屬。
既然IMC是一種化學(xué)分子組成，所以IMC的形成必須給予能量，這也就是為何錫膏在焊接過(guò)程中需要加熱的原因，而且錫膏的成份中只有純錫(Sn)才會(huì)與銅基地(OSP, I-Ag, I-Sn))或是鎳基地(ENIG)在強(qiáng)熱中發(fā)生擴(kuò)散反應(yīng)，進(jìn)而生成牢固的介面性IMC。
2. 【合金(alloy)】與【介面金屬共化物(Intermetallic Compound)】有何差別？
介面金屬化合物是兩種金屬元素以上以「固定比例」所形成的化合物，是一種「化學(xué)反應(yīng)」后的結(jié)果，屬于純物質(zhì)。比如說(shuō)Cu6Sn5、Ni3Sn4、AuSn4…等這樣的物質(zhì)。
而合金(alloy)則是兩種金屬以上的混合物，其比例并無(wú)固定，可以隨時(shí)調(diào)整，只是均勻的將不同的元素混合在一起就可以了。
所以你可以說(shuō)男人與女人混在一起稱(chēng)之為合金；而男女結(jié)合后所生下的小孩就稱(chēng)為化合物。這樣比喻會(huì)不會(huì)被打啊！
3. 既然稱(chēng)為【錫膏】，為何還有其他的金屬成份在里面？
這是因?yàn)榧冨a的融點(diǎn)高達(dá)232°C，不易用于一般的PCB板組裝焊接，或者說(shuō)目前的電子零件都無(wú)法達(dá)到這樣的高溫，所以必須以錫為主，然后加入其他合金焊料來(lái)降低其融點(diǎn)，以達(dá)到可以量產(chǎn)并節(jié)省能源的主要目的，其次要目的是可以改善焊點(diǎn)的韌度(Toughness)與強(qiáng)度(Strength)。
比如說(shuō)加入少許的銀與銅作成SAC305，其共熔點(diǎn)就降到217°C。加入銅及鎳作成SCNi，其共熔點(diǎn)就會(huì)變成227°C。這是個(gè)很有趣的題目，為什么原本兩個(gè)熔點(diǎn)都很高的金屬，以一定比率混在一起之后其共熔點(diǎn)反而會(huì)大大降低，有興趣的朋友可以先找錫鉛的二元平衡金相圖來(lái)參考一下。
4. 經(jīng)常看到IMC中有Cu6Sn5、Ni3Sn4、Cu3Sn、AuSn4、Ag3Sn與PdSn4的化學(xué)式，請(qǐng)問(wèn)這些化學(xué)式的形成與地點(diǎn)？
銅基地的表面處理PCB，如OSP(有機(jī)保焊膜), I-Ag(浸鍍銀), I-Sn(浸鍍錫), HASL(噴錫)與錫膏的焊接，在高熱的回焊爐中會(huì)形成良性IMC的Cu6Sn5，隨著時(shí)間的老化，或PCB通過(guò)回焊爐過(guò)久，就會(huì)慢慢再形成劣性IMC的Cu3Sn。
鎳基地的表面處理PCB，如ENIG, ENXG, 與ENEPIG，經(jīng)過(guò)高熱回焊爐與錫膏結(jié)合后會(huì)生成良性IMC的Ni3Sn4。
金(Au)、銀(Ag)、鈀(Pd)也會(huì)與錫(Sn)形成AuSn4、跟Ag3Sn與PdSn4等化合物，但卻是游走式的IMC，對(duì)焊點(diǎn)的強(qiáng)度是有害而無(wú)利，焊墊上的金與銀的最大作用就是保護(hù)底鎳與底銅免于生銹而已，金與銀越厚者，焊點(diǎn)強(qiáng)度就越弱，但是不能薄到無(wú)法全面覆蓋住底鎳及底銅，否則就無(wú)法保護(hù)底鎳或底銅了。
5. 各種IMC的強(qiáng)度為何？
? 再次提醒，焊接是一種化學(xué)反應(yīng)。
? 以銅基地的焊墊為例，良好的焊接時(shí)會(huì)立即生成η-phase (讀Eta)良性的Cu6Sn5，且還會(huì)隨著焊接熱量的累積與老化時(shí)間而長(zhǎng)厚。
? 焊點(diǎn)在老化的過(guò)程中又會(huì)在原來(lái)的Cu6Sn5上長(zhǎng)出惡性ε-phase (讀Epsilon)惡性的 Cu3Sn。總體而言銅基地的焊接強(qiáng)度比鎳基地來(lái)得好，可靠度也比較高。
? 鎳基地的化鎳浸金與電鍍鎳金之金較厚者，其焊點(diǎn)不但I(xiàn)MC較薄且更容易形成金脆，只有在 AuSn4游走后，鎳基地才會(huì)形成Ni3Sn4，不過(guò)其強(qiáng)度原本就不如Cu6Sn5。
|
命名 |
分子式 |
含錫量W% |
出現(xiàn)經(jīng)過(guò) |
位置所在 |
顏色 |
結(jié)晶 |
性能 |
表面能 |
|
η-phase
(Eta)
|
Cu6Sn5 |
60% |
高溫熔錫沾焊到干淨(jìng)的銅面時(shí)生成 |
介于焊錫或純錫之間的介面 |
白色 |
球狀組織 |
良性
IMC為焊接強(qiáng)度之必須 |
甚高 |
|
ε-phase
(Epsilon)
|
Cu3Sn |
30% |
焊接后經(jīng)過(guò)高溫或長(zhǎng)期老化逐漸生成 |
介于Cu6Sn5與銅面之間 |
灰色 |
柱狀結(jié)晶 |
惡性
IMC將造成縮錫或不沾錫 |
較低，只有Eta的一半 |
6. IMC的厚度是不是越厚越好？
介面IMC只要有長(zhǎng)出來(lái)且長(zhǎng)得均勻就可以了，因?yàn)镮MC會(huì)隨著時(shí)間與熱量的累積而越長(zhǎng)越厚，當(dāng)IMC長(zhǎng)得太厚時(shí)強(qiáng)度反而就會(huì)變差，容易脆裂。這就有點(diǎn)像磚塊與磚塊之間的水泥一樣，適量的水泥可以將不同的磚塊結(jié)合在一起，但水泥太厚反而容易被推倒。
IMC的生成速度基本上與時(shí)間的平方與溫度成正比。
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