【SMT核心工艺】金属间化合物IMC(Intermetallic Compound)的理解
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发布时间：2024-09-30 11:10
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时间：2024-11-10 09:38
一、焊点世界中的秘密伙伴：金属间化合物IMC</
在焊接过程中，焊点的诞生经历了三个关键步骤：润湿、融合与IMC形成。金属间化合物（IMC</），全称为Intermetallic Compound，是这个过程中的重要产物，象征着焊点质量的稳健基础。
Sn，作为焊料合金中的主要角色，主导了IMC的形成。其他元素如Cu和Ni作为配角，它们能降低熔点，控制IMC的生长。在有铅焊料中，Sn与Cu、Ni界面的IMC结构清晰，而无铅工艺的多样性则使IMC成分和形态变得复杂，如SAC305焊料与Ni基界面的IMC层结构就有所不同。
二、IMC的神秘面纱：形成、发展与影响</
尽管厚实的IMC往往被视为缺陷，因为其脆性与基材膨胀系数的巨大差异可能引发裂纹。因此，理解界面反应层的形成机制对保证焊点稳定性至关重要。IMC的厚度、结构和生长速度，都受到焊接温度、时间、焊料流动状态的影响。过高的温度和长时间的液态状态会导致IMC过厚，可能影响焊点的可靠性。
无铅工艺中的Cu与SAC305的反应，由于Cu的高熔解度，可能导致IMC层比有铅工艺更厚，这对无铅焊点的可靠性构成挑战。特别是当Cu与SAC305多次焊接时，可能形成不连续的块状IMC，对BGA焊点的可靠性构成威胁。
三、IMC引发的界面扩散失效：金脆、耦合与空洞</
金脆失效源于过厚的Au扩散到Ni/Sn界面，形成带状金属间化合物。而PCB焊盘界面的反应受器件引脚材料和涂层影响，如Cu扩散导致的复杂IMC结构，可能导致大规模的焊点失效。ENIG镀层的kirkendall空洞，是高温老化过程中的常见现象，会随着时间增长而加剧。
四、黑盘现象：断裂面的谜团</
黑盘，即因焊点断裂面呈现灰色或黑色而得名。它与Sn-Ni界面下的IMC关系密切。颜色越深，IMC越薄，断裂风险越大。黑盘断裂往往伴随着腐蚀裂纹和“金刺”特征，这些现象揭示了IMC对焊点连接强度和可靠性的微妙影响。
总结来说，金属间化合物IMC是焊接工艺中不可或缺的一部分，它既影响着焊点的形成过程，也决定了焊点的性能和稳定性。深入理解IMC的特性，对提升焊接工艺的精准度和可靠性至关重要。
