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PCB焊接强度与IMC的关系
发布者:handler 发布日期:2018-11-08

  在电路板的组装焊接过程中,经常听到IMC这个名词,那究竟IMC是什么东西?它在过程当中又扮演了什么样的角色?它会影响到焊接后的强度吗?那究竟IMC的厚度应该多少才比较合理呢?下面是关于焊接强度与IMC的关系介绍。

  1. 何谓IMC?

  IMC是【Intermetallic Compound】的缩写简称,中文应该翻译成【介面金属共化物】或【介金属】。

  而IMC是一种化学分子式,不是合金,也不是纯金属。

  既然IMC是一种化学分子组成,所以IMC的形成必须给予能量,这也就是为何锡膏在焊接过程中需要加热的原因,而且锡膏的成份中只有纯锡(Sn)才会与铜基地(OSP, I-Ag, I-Sn))或是镍基地(ENIG)在强热中发生扩散反应,进而生成牢固的介面性IMC。

  2. 【合金(alloy)】与【介面金属共化物(Intermetallic Compound)】有何差别?

  介面金属化合物是两种金属元素以上以「固定比例」所形成的化合物,是一种「化学反应」后的结果,属于纯物质。比如说Cu6Sn5、Ni3Sn4、AuSn4…等这样的物质。

  而合金(alloy)则是两种金属以上的混合物,其比例并无固定,可以随时调整,只是均匀的将不同的元素混合在一起就可以了。

  3. 既然称为【锡膏】,为何还有其他的金属成份在里面?

  这是因为纯锡的融点高达232°C,不易用于一般的PCB板组装焊接,或者说目前的电子零件都无法达到这样的高温,所以必须以锡为主,然后加入其他合金焊料来降低其融点,以达到可以量产并节省能源的主要目的,其次要目的是可以改善焊点的韧度(Toughness)与强度(Strength)。

  比如说加入少许的银与铜作成SAC305,其共熔点就降到217°C。加入铜及镍作成SCNi,其共熔点就会变成227°C。这是个很有趣的题目,为什么原本两个熔点都很高的金属,以一定比率混在一起之后其共熔点反而会大大降低,有兴趣的朋友可以先找锡铅的二元平衡金相图来参考一下。

  4. 经常看到IMC中有Cu6Sn5、Ni3Sn4、Cu3Sn、AuSn4、Ag3Sn与PdSn4的化学式,请问这些化学式的形成与地点?

  铜基地的表面处理PCB,如OSP(有机保焊膜), I-Ag(浸镀银), I-Sn(浸镀锡), HASL(喷锡)与锡膏的焊接,在高热的回焊炉中会形成良性IMC的Cu6Sn5,随着时间的老化,或PCB通过回焊炉过久,就会慢慢再形成劣性IMC的Cu3Sn。

  镍基地的表面处理PCB,如ENIG, ENXG, 与ENEPIG,经过高热回焊炉与锡膏结合后会生成良性IMC的Ni3Sn4。

  金(Au)、银(Ag)、钯(Pd)也会与锡(Sn)形成AuSn4、跟Ag3Sn与PdSn4等化合物,但却是游走式的IMC,对焊点的强度是有害而无利,焊垫上的金与银的最大作用就是保护底镍与底铜免于生锈而已,金与银越厚者,焊点强度就越弱,但是不能薄到无法全面覆盖住底镍及底铜,否则就无法保护底镍或底铜了。

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