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1、IMC定義

IMC（Intermetallic compound）即焊接界面合金間化合物，是焊料合金和所焊接的金屬之間在高溫中快速形成一薄層錫合金化合物，之后還會(huì)逐漸生長增厚。

 

2、IMC產(chǎn)生機(jī)理

在SMT焊接過程中，焊接基材表面（銅、鎳、金、銀等）和熔融錫合金焊料之間，原子相互結(jié)合、遷移、擴(kuò)散，在冷卻固化后立即出現(xiàn)一層薄薄的金屬化合物。

3、常見IMC類型

不同合金焊接后對應(yīng)的IMC合金成分如下圖所示。

不同IMC對應(yīng)的特性如下表。

 

4、IMC力學(xué)特性及影響

脆性問題：IMC本身具有脆性，若其厚度不合理，會(huì)對焊點(diǎn)的機(jī)械強(qiáng)度和壽命產(chǎn)生不利影響，尤其會(huì)嚴(yán)重危害焊點(diǎn)的抗疲勞強(qiáng)度。

強(qiáng)度與厚度的關(guān)系：當(dāng)IMC厚度合適時(shí)，焊點(diǎn)的焊接強(qiáng)度高，同時(shí)電氣連接也較為可靠，能保證產(chǎn)品的正常性能和穩(wěn)定性；若IMC厚度不足，容易使焊點(diǎn)出現(xiàn)虛焊現(xiàn)象，還會(huì)對產(chǎn)品的性能造成不良影響，導(dǎo)致產(chǎn)品在使用過程中可能出現(xiàn)各種故障；當(dāng)IMC厚度過大時(shí)，焊點(diǎn)會(huì)變得脆性增加，其機(jī)械強(qiáng)度隨之降低。這將影響產(chǎn)品的長期可靠性，使產(chǎn)品在長期使用中更容易出現(xiàn)焊點(diǎn)斷裂等問題，縮短產(chǎn)品的使用壽命。

5、IMC的生長

IMC生長速度與溫度成正比，常溫下IMC生長較慢。

OSP板在常溫下IMC生長緩慢，高溫下IMC生長則比較快速。

在高溫下鍍金板IMC生長速度比OSP板IMC生長速度慢很多。

6、推薦IMC厚度：1～4μm（也有資料推薦0.5～4μm）。

 

二、多次回流焊接后IMC厚度

1、測試樣品

取4PCS樣品，焊盤表面處理工藝是OSP，貼裝BGA芯片分別進(jìn)行1-4次回流焊接，取BGA芯片進(jìn)行切片試驗(yàn)，測量IMC厚度。如下圖所示。

2、測試結(jié)果

樣品回流1-4次后IMC厚度數(shù)據(jù)及平均值，如下表所示。

3、數(shù)據(jù)分析

回流焊接次數(shù)影響IMC生長趨勢圖如下：

結(jié)論：IMC層厚度隨回流焊次數(shù)增加而增加，第四次回流焊后IMC厚度超過了4μm。

4、繼續(xù)試驗(yàn)第5次焊接后IMC厚度

切片后的測量IMC數(shù)據(jù)5.1μm，如下圖所示：

5、IMC形態(tài)變化

隨IMC的生長，界面的合金毛刺狀結(jié)構(gòu)趨向平滑，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強(qiáng)度變?nèi)?。切片結(jié)果如下圖所示：

三、行業(yè)數(shù)據(jù)分析

從行業(yè)中購買4臺(tái)競品機(jī)器，進(jìn)行切片試驗(yàn)，測量IMC數(shù)據(jù)如下表：

從上表可以看出，各公司產(chǎn)品IMC厚度接近，都小于4μm，其中A公司的產(chǎn)品采用了三明治焊接工藝，三次回流焊接導(dǎo)致IMC厚度測量數(shù)據(jù)偏大。

 

四、ENIG 回流焊IMC厚度

取1pcs焊盤表面化學(xué)鎳金處理（ENIG）的PCB，貼裝芯片后分別回流焊接一次和五次，測量IMC厚度如下圖：

結(jié)論：沉鎳金板IMC層厚度比OSP板厚度薄，相同條件下IMC生長速度比OSP慢。

 

五、總結(jié)

IMC厚度隨回流焊次數(shù)增加而增加。4次回流焊后的IMC厚度大于4μm，超出行業(yè)要求上限。推薦產(chǎn)品生產(chǎn)焊接次數(shù)控制在3次以內(nèi)。

隨著IMC的生長，界面的合金毛刺狀結(jié)構(gòu)趨向平滑，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度變?nèi)酢?/span>

IMC厚度與焊接金屬面的表面處理有關(guān)。鍍金線路板比OSP表面處理的線路板IMC合金層薄，在相同條件下鍍金線路板IMC的生長速度緩慢。