IMC层介绍

IMC层介绍目录一、焊接二、IMC定义和一般性质三、PCB表面处理方式与IMC层的种类一、焊接熔焊焊接种类压焊钎焊钎焊压焊熔焊超声压焊金丝球焊激光焊何谓焊接?以锡铜焊接为例，将熔化的锡銲附着于很洁净的铜金属的表面，此时銲锡成分中的锡和铜变成金属化合物相互接连在一起。焊接是一种物理的，也是化学反应；即使焊锡熔解也不可能完全从金属表面上把它擦掉，因为它已变成金属的一部分，它生成了锡铜化合物。鉛錫銅合金銅銲錫锡铅铜锡化合物焊接学中，把焊接温度低于450℃的焊接称为软钎焊，所用焊料为软钎焊料。软钎焊的特点：1、钎料熔点低于焊件熔点。2、加热到钎料熔化，润湿焊件。3、焊接过程焊件不熔化。4、焊接过程需要加焊剂。（清除氧化层）5、焊接过程可逆。（解焊）焊接的重要性1.构成任何一种电子产品，绝不可能与焊锡作业无关!2.焊锡作业的良莠可能成为产品信赖度的关键之一!3.焊锡作业同时也是影响制造成本高低的因素之一。关键：在一个足够热量的条件下形成金属间化合物(IMC)。电子焊接属于软钎焊二、IMC定义和一般性质定义：能够被锡铅合金焊料(或称焊锡Solder)所焊接的金属，如铜、镍等，其焊锡与被焊底金属之间，在高温中会快速形成一薄层类似＂锡合金＂的化合物。此物起源于锡原子及被焊金属原子之相互结合、渗入、迁移、及扩散等动作，而在冷却固化之后立即出现一层薄薄的＂共化物＂，且事后还会逐渐成长增厚。此类物质其老化程度受到锡原子与底金属原子互相渗入的多少。这种由焊锡与其被焊金属介面之间所形成的各种共合物，统称IntermetallicCompound简称IMC。一般性质由于IMC层是一种可以写出分子式的＂准化合物＂，故其性质与原来的金属已大不相同，对整体焊点强度也有不同程度的影响。1、IMC之生长与温度和时间成正比。长成的厚度与时间大约形成抛物线的关系。2、IMC本身具有不良的脆性，将会损及焊点之机械强度及寿命，其中尤其对抗劳强度危害最烈，且其熔点也较金属要高。3、由于焊锡在介面附近得锡原子会逐渐移走，而与被焊金属组成IMC，对于有铅焊，使得该处的锡量减少，相对的使得铅量之比例增加，久之会出现多铅的阻绝层，使整个焊锡体的松弛。4、一旦焊盘原有的熔锡层或喷锡层，其与底铜之间已出现＂较厚＂的IMC后，在焊锡性或沾锡性上都将会出现劣化的情形。5、焊点中由于锡铜结晶或锡银结晶的渗入，使得该焊锡本身的硬度也随之增加，久之会有脆化的麻烦。三、PCB表面处理方式与IMC层的种类PCB表面处理方式分类1、喷锡2、OSP3、化学锡4、化学银5、电镀镍金6、化学镀镍金1、无铅喷锡PCB喷锡时，浸在熔融的无铅焊料中（约270℃），快速提起PCB，热风刀（温度265-270℃）从板子的前后吹平液态焊料，使铜面上的弯月形焊料变平，并防止焊料桥搭。2、OSP又称为preflux（耐热预焊剂），在铜表面上形成一层有机膜，牢固地保护着新鲜铜表面，并在高温下也能防氧化和污染。3、化学锡基于金属铜和溶液中的锡离子的置换反应。4、化学银基于金属铜和溶液中的银离子的置换反应。5、电镀镍金镍打底，再镀金6、化学镍金化镍：铜面在金属钯催化下，通过溶液中的还原剂和镍离子开始镀镍反应。溶液中的还原剂是次磷酸钠，镀镍层实际上是镍-磷（Ni-P）合金层。沉金：氧化还原反应。通过镍金置换反应在镍面上沉积上金。铜Cu3SnCu6Sn5铅最初状态锡锡份渗耗期多铅之阻绝层IMC暴露期銲锡后立即生成良性IMC(Cu6Sn5)锡成份渗向Cu6Sn5，致使铅成份比例增高，铜成份渗向Cu6Sn5而生成Cu3Sn。在锡成份不断渗向Cu6Sn5的情况下，形成了多铅之阻绝层，在多铅层的阻挡下，终于停止了锡成份的渗移。由于锡成份的流失，造成銲锡层的松散不堪而露出IMC底层，最后到不沾锡的程度。最后阶段1、锡铜IMC命名分子式含錫量W%出現經過位置所在顏色結晶性能表面能η-phase(Eta)Cu6Sn560%高溫融錫沾焊到清潔銅面時立即生成介於焊錫或純錫與銅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)Cu3Sn40%焊后經高溫或長期老化而逐漸發生介於Cu,Sn,與銅面之間灰色柱狀結晶惡性IMC將造成縮錫或不沾錫較低只有Eta的一半Cu3Sn因为组织较松散,且会形成K洞,其生成将会导致銲点老化，可靠度降低2、锡镍IMC化Ni沉Au层作无铅焊接时，金层在充足的热量下，会迅速溶入焊锡的主体中，形成四处分散的AuSn4的介面金属间化合物。金溶入的速度比镍要快几万倍（溶速为117微英寸/秒）。而只有镍和锡在较慢的速度下形成的共晶化合物Ni3Sn4而焊牢。但是，熔融的Sn易于通过NiSn的空隙进入到Ni3Sn4界面，并形成Ni3SnP的界面共晶化合物，引起Ni3Sn4破裂，造成可焊性问题。NiPCuNiNiNiNiNiNiPPNiNiNiNiNiPNiPNiNiPNiNiNiNiNiNiPPNiNiNiNiNiPNiPNiNiPNiNiNiNiNiNiPPNiNiNiNiNiPNiPNiPPPPPPPPPP基材AuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSIMCnIMCnfcnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnNiNiNiNiNiNiNiNiNiNiNiNiNiNiAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnNiNiNiNiNiNiNiNiNiNiNiNiNiNiAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuAuSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnSnNiNiNiNiIMC层焊接完成镍与锡形成IMC层（金完全融解后扩散到IMC层中，磷由于部份镍参与形成IMC再次富集在镍层与IMC层之间。）富磷层3、锡金IMC焊锡与金层之间的IMC生长比铜锡合金快了很多，由先后出现顺序所得到分子式有AuSn、AuSn2、AuSn4等。在150℃中老化300小时后，其IMC居然可增长到50μm之厚，因而镀金零件脚经过焊锡之后，其焊点将因IMC生长太快，而变得强度减弱脆性增大。幸好仍被大量柔软的焊锡所包围，故内中缺点尚不曝露出来。有人做实验将金线压入焊锡中，于是黄金开始向四周焊锡中扩散，逐渐开成白色散开的IMC,但若将金层镀在镍面上，或在焊锡中故意加入少许的铟，即可大大减缓这种黄金扩散速度达5倍之多。4、锡银IMC锡与银也会迅速形成的界面合金共化物Cu3Sn，使得许多镀银零件脚在焊锡后很快发生银份流失入锡中，使焊点结构强度恶化，即“渗银”为解决此问题，常有在焊锡中加入少量的银(2%)，从而减轻避免发生“渗银”现象，并解决焊点不牢的烦恼。