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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 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 Cu3Sn Cu6Sn5 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 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 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50 m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I