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在電路板的組裝焊接過程中，經(jīng)常聽到IMC這個名詞，那究竟IMC是什么東西？它在PCB焊接的過程當(dāng)中又扮演了什么樣的角色？它會影響到焊接后的強度嗎？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焊接強度與IMC的關(guān)系介紹。

1. 何謂IMC?

IMC是【Intermetallic Compound】的縮寫簡稱，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程中需要加熱的原因，而且錫膏的成份中只有純錫(Sn)才會與銅基地(OSP, I-Ag, I-Sn))或是鎳基地(ENIG)在強熱中發(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，其比例并無固定，可以隨時調(diào)整，只是均勻的將不同的元素混合在一起就可以了。

所以你可以說男人與女人混在一起稱之為合金；而男女結(jié)合后所生下的小孩就稱為化合物。這樣比喻會不會被打??！
 

3. 既然稱為【錫膏】，為何還有其他的金屬成份在里面？

這是因為純錫的融點高達(dá)232°C，不易用于一般的PCB板組裝焊接，或者說目前的電子零件都無法達(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降低其融點，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的韌度(Toughness)與強度(Strength)。

比如說加入少許的銀與銅作成SAC305，其共熔點就降到217°C。加入銅及鎳作成SCNi，其共熔點就會變成227°C。這是個很有趣的題目，為什么原本兩個熔點都很高的金屬，以一定比率混在一起之后其共熔點反而會大大降低，有興趣的朋友可以先找錫鉛的二元平衡金相圖來參考一下。
 

4. 經(jīng)?？吹絀MC中有Cu6Sn5、Ni3Sn4、Cu3Sn、AuSn4、Ag3Sn與PdSn4的化學(xué)式，請問這些化學(xué)式的形成與地點？

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形成良性IMC的Cu6Sn5，隨著時間的老化，或PCB通過回焊爐過久，就會慢慢再形成劣性IMC的Cu3Sn。

鎳基地的表面處理PCB，如ENIG, ENXG, 與ENEPIG，經(jīng)過高熱回焊爐與錫膏結(jié)合后會生成良性IMC的Ni3Sn4。

金(Au)、銀(Ag)、鈀(Pd)也會與錫(Sn)形成AuSn4、跟Ag3Sn與PdSn4等化合物，但卻是游走式的IMC，對焊點的強度是有害而無利，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，焊點強度就越弱，但是不能薄到無法全面覆蓋住底鎳及底銅，否則就無法保護(hù)底鎳或底銅了。
 

5. 各種IMC的強度為何？

?　再次提醒，焊接是一種化學(xué)反應(yīng)。

?　以銅基地的焊墊為例，良好的焊接時會立即生成η-phase (讀Eta)良性的Cu6Sn5，且還會隨著焊接熱量的累積與老化時間而長厚。

?　焊點在老化的過程中又會在原來的Cu6Sn5上長出惡性ε-phase (讀Epsilon)惡性的 Cu3Sn?？傮w而言銅基地的焊接強度比鎳基地來得好，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，鎳基地才會形成Ni3Sn4，不過其強度原本就不如Cu6Sn5。

命名	分子式	含錫量W%	出現(xiàn)經(jīng)過	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為焊接強度之必須	甚高
ε-phase  (Epsilon)	Cu3Sn	30%	焊接后經(jīng)過高溫或長期老化逐漸生成	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只要有長出來且長得均勻就可以了，因為IMC會隨著時間與熱量的累積而越長越厚，當(dāng)IMC長得太厚時強度反而就會變差，容易脆裂。這就有點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間的平方與溫度成正比。